Soutenance mémoire
Analyse aux microscopes optique et électronique à balayage
Généralités sur les rejets miniers
L’activité minière génère des retombées économiques, et constitue l’un des secteurs les plus importants de l’économie québécoise et canadienne. Durant l’activité minière, des rejets solides et liquides sont générés. Les rejets solides comprennent les stériles miniers, les résidus miniers et autres rejets solides comme les boues de traitement, le mort terrain et les rejets industriels. Les stériles miniers constituent les roches stériles extraites durant l’exploitation minière. Ces rejets ne contiennent aucun minéral ayant une valeur économique ou contiennent des minéraux en trop faibles quantités pour être exploitables. Ils sont stockés dans les haldes à stériles (Aubertin et al. 2002). Les résidus miniers sont constitués de la fraction minérale sans valeur économique issue des usines de concentration de minerai. Ces rejets sont généralement fms et sont stockés dans les parcs à résidus (Aubertin et al. 2002). Les rejets liquides, quant à eux, sont constitués des eaux issues de l’usine de traitement de minerai et de l’exploitation de la mine, et des eaux de percolation à travers les différents ouvrages du site minier, particulièrement les haldes à stériles et les parcs à résidus. Ces rejets sont stockés dans des bassins pour leur traitement (dégradation des cyanures, polissage) et pour une recirculation de l’eau dans le circuit d’exploitation. La gestion des rejets constitue l’un des défis majeurs de l’industrie minière. Un des enJeux environnementaux majeurs liés à la gestion des rejets miniers est le drainage minier contaminé. On distingue plusieurs types de drainage minier : le drainage minier acide (DMA), le drainage neutre contaminé (DNC), le drainage salin et le drainage alcalin (GARD Guide 2009; Nordstrom et al. 20 15). Plus de détails sont donnés dans ce qui suit sur les principaux drainages miniers : le drainage minier acide et le drainage neutre contaminé.
Le drainage minier acide (DMA)
La génération du DMA a lieu lorsque les rejets, contenant un taux élevé de sulfures et peu de minéraux neutralisants (ou lorsque les neutralisants ne sont pas assez efficaces pour neutraliser l’acide généré par l’oxydation des sulfures), sont exposés à la présence d’oxygène et de l’eau. Plusieurs sulfures sont rencontrés dans les gisements et les rejets miniers, mais le sulfure le plus abondant est la pyrite (Aubertin et al. 2002).La phase I correspond à l’oxydation directe des sulfures avec une baisse progressive du pH. À la phase II, il y a transformation du fer ferreux en fer ferrique avec précipitation d’hydroxyde de fer (Fe(OH)3). Ce qui génère de l’acidité. À la phase III, c’est l’étape de l’oxydation indirecte, les bactéries acidophiles contribuent à l’oxydation du fer ferreux en fer ferrique, qui peut oxyder la pyrite, en générant encore plus d’acide par mole de pyrite qu’en phase I. Le milieu devient très acide, et de grandes quantités de métaux lourds sont libérées (Aubertin et al. 2002).
Le drainage neutre contaminé (DNC)
Les eaux de drainage peuvent être à pH neutre ou proche de la neutralité (6 à 9.5) mais à des concentrations en métaux supérieures aux critères environnementaux, ce qui constitue le drainage neutre contaminé (DNC) (I’viEND 2004; STANTEC Consulting 2004; Bussière et al. 2005; Bussière
2007). Bien que la solubilité des métaux à pH neutre soit faible par rapport à celle à pH acide, certains métaux comme les métaux anioniques et les métalloïdes peuvent avoir des concentrations élevées à pH neutre (I’viEND 2004; Nicholson 2004; Nordstrom et al. 2015). Plusieurs processus sont à l’origine de la génération du DNC. Comme premier processus, on cite l’oxydation des minéraux sulfureux en présence de suffisamment de minéraux neutralisants pour consommer l’acide généré et garder le pH près de la neutralité (Percival et al. 2004; MEND 2004; Nordstrom et al. 2015). L’oxydation, à pH neutre, de minéraux sulfureux non générateurs d’acide peut aussi générer du DNC (Villeneuve 2004). La disposition subaquatique des résidus générateurs d’acide ou la mise en place des couvertures à effet de barrière capillaire sur des résidus miniers générateurs d’acide peuvent être à l’origine de la génération du DNC; la lente diffusion de l’oxygène dans l’eau ou à travers la couche de rétention d’eau entraine une plus faible oxydation des sulfures (Aubertin et al. 1999; Nicholson 2004). Bien que plusieurs outils aient été développés pour la prédiction du DMA, aucun outil n’a été spécifié pour la prédiction du DNC (Nicholson 2004). Ce sont les outils de prédiction du DMA comme les essais cinétiques qui sont le plus utilisés pour prédire la génération du DNC (Plante et al. 2011, 2014).
Les règlementations relatives à l’activité minière au Québec
L’exploitation minière étant à l’origine de problèmes environnementaux (DMA, DNC et relargage des métaux), le gouvernement du Québec a mis en place des lois, des règlements et des directives qui visent à protéger l’environnement contre les effets néfastes de l’exploitation minière (Aubertin et al. 2002). On cite notamment la loi sur la qualité de l’environnement qui comporte plusieurs règlements concernant l’industrie minière (Vachon and Amyot 1992; Aubertin et al. 2002). La Directive 019 a été proposée par le ministère de l’Environnement pour veiller à l’application de la loi sur l’environnement. La loi sur les mines (M-13.1) contient les dispositions concernant la restauration des sites miniers, et permet au gouvernement de veiller à la restauration des sites par les entreprises minières (Aubertin et al. 2002). Lors du démarrage d’une mine, le gouvernement du Québec peut demander deux études importantes : une étude environnementale répondant aux exigences de la Directive 019 et une étude d’impact environnemental. La Directive 019 contient les exigences du ministère de l’Environnement envers l’industrie minière en ce qui concerne la protection de la qualité de l’environnement, guide les entreprises minières dans la gestion de leurs résidus miniers, défmit les normes que doivent respecter les effluents miniers finaux et contient la réglementation et la législation applicables aux projets miniers (Gignac and Perron 1991; Aubertin et al. 2002). Les résultats des essais de lixiviation, comme l’essai TCLP, sont utilisés pour statuer sur la lixiviabilité des rejets miniers (Gouvernement du Québec 2012). L’étude d’impact environnemental constitue un instrument de planification qui tient compte de l’ensemble des facteurs environnementaux et qui prend en considération les intérêts et les attentes des parties prenantes dans les prises de décision (Aubertin et al. 2002). L’étude d’impact environnemental doit inclure un inventaire et une évaluation des répercussions environnementales depuis la conception jusqu’à l’exploitation en passant par la réalisation du projet (Vachon and Amyot 1992).
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Table des matières
DÉDICACE
REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONS
LISTE DES ANNEXES
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1 Généralités sur les rejets miniers
1.2 Le drainage minier acide (DMA)
1.3 Le drainage neutre contaminé (DNC)
1.4 Les règlementations relatives à l’activité minière au Québec
1.5 Contexte et objectifs du projet
1.6 Contenu du mémoire et contributions scientifiques du projet
CHAPITRE 2 REVUE DE LITTÉRATURE SUR LES ESSAIS DE LIXIVIATION
2.1 Introduction
2.2 Les essais de prédiction du DMA/DNC
2.2.1 Les essais statiques
2.2.2 Les essais cinétiques
2.3 Les essais de lixiviation
2.3.1 Les essais de lixiviation en batch
2.3.2 Les essais de lixiviation dynamiques
2.4 Paramètres influençant sur les résultats des essais de lixiviation
2.4.1 Influence du temps de contact, de la solution d’extraction et de la vitesse d’agitation
2.4.2 Influence du ratio liquide/solide, de la taille des grains et de la présence des éléments
majeurs
2.4.3 Influence de l’espace tête, du pH et du potentiel rédox
2.5 Les mécanismes contrôlant le relargage des métaux
2.6 Analyse critique de l’essai TCLP
2. 7 Critères de choix entre les essais de lixiviation dynamiques et en batch
2.8 Difficultés de la comparaison des résultats des essais de lixiviation entre eux
CHAPITRE 3 DESCRIPTION DES MATÉRIELS ET DES MÉTHODES
3.1 Description des échantillons : phases minérales et mélanges
3.1.1 Les phases minérales
3.1.2 Mélanges de minéraux purs
3.1.3 Description des données collectées
3.2 Description des méthodes de caractérisation
3. 2.1 Concassage/pulvérisation
3.2.2 Analyse au granulomètre laser
3.2.3 Analyse de la densité relative
3.2.4 Analyse de la surface spécifique
3.2.5 Analyse de la composition chimique
3.2.6 Analyse de soufre et de carbone
3.2.7 Analyse au DRX
3.2.8 Analyse aux microscopes optique et électronique à balayage
3.3 Description des essais utilisés dans l’étude
3.3.1 Les essais de lixiviation en batch
3.3.2 Les essais cinétiques
3.3.3 L’essai d’extraction séquentielle
3.4 Résultats des caractérisations initiales
3.4.1 Résultats de la caractérisation des phases minérales
3 .4. 2 Résultats de la caractérisation des mélanges
3.4.3 Résultats de la caractérisation des données collectées
CHAPITRE 4 ARTICLE 1: COMPARATIVE STUDY OF RESULTS FROM BATCH
LEACHING PROCEDURES AND KINETIC TESTS FOR MINE DRAINAGE QUALITY
PREDICTION EMPHASIS AS, NI, AND ZN
4.1 Abstract
4.2 Introduction
4.3 Literature background on the leaching tests
4.3.1 Impact of the experimental conditions on the leaching tests results
4.3.2 Critical studies on the use of batch leaching tests .
4.4 Materials and methods
4.4.1 Materials
4.4.2 Batch leaching tests
4.4.3 Kinetic tests
4.4.4 Analytical methods
4.5 Results and discussion
4.5.1 Data treatment
4.5.2 Materials characterization results
4.5.3 Comparison results
4.6 Conclusion and recommendations
4.7 Acknowledgments
4.8 References
CHAPITRE 5 ARTICLE 2: STUDY OF THE LEACHINGS TESTS IMPACTS ON THE
METALS LEACHING FROM MINING PROCESSING WASTE
5.1 Abstract
5.2 Introduction and literature background
5.3 Materials and methods
5.3.1 Pure minerais samples
5.3.2 Mixtures samples
5.3.3 Leaching tests
5.3.4 Weathering cell tests
5.3.5 Sequential extraction tests
5.3.6 Analytical methods
5.4 Results and discussion
5.4.1 Results ofthe pure minerais and mixtures characterization
5.4.2 Quality ofthe weathering cell test leachates
5.4.3 Results ofthe leaching tests on the fresh and weathered mixtures
5.4.4 Results ofthe sequential extraction tests
5.5 Conclusion and recommendations
5.6 Acknowledgments
5.7 References
CHAPITRE 6 DISCUSSION
6.1 Comparaison des essais de lixiviation en batch
6.2 Comparaisons des essais de lixiviation aux essais cinétiques
6.3 Analyse complémentaire des résultats de l’essai d’extraction séquentielle
6.4 Réactivité des minéraux purs
CHAPITRE 7 CONCLUSION ET RECOMMENDATIONS
7.1 Conclusion
7.2 Recommandations
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
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