IMAN-79
La production et l’entreposage des rejets miniers
Teneur en oxygène
Les essais en colonnes ont nécessité l’installation de 36 ports à échantillonnage fait en perçant un trou dans la colonne et en y insérant un tube de 1,5 ml en plastique dont le fond a été enlevé et remplacé par un géotextile afin d’empêcher que des particules solides entrent à l’intérieur (figure 43). Le petit flacon est inséré de façon à ce que la majeure partie de la longueur soit à l’intérieur de la colonne. L’ouverture du tube situé à 1 ‘extérieur de la colonne est fermée avec un bouchon à septum qui permet l’échantillonnage du gaz avec une seringue. Pour procéder aux mesures des concentrations en oxygène, on doit faire l’insertion d’une seringue de 5 ml avec joint étanche dans le bouchon à septum afin d ‘extraire un échantillon de 2 ml de gaz. L’analyse du gaz a été effectué avec un chromatographe en phase gazeuse Agilent MicroGC équipé de détecteurs d’Oz-N z et des bobines de détection de COz. Le MicroGC est un chromatographe en phase gazeuse portable avec une boucle d’injection pour assurer l’injection d’échantillon uniforme et est contrôlé par le logiciel réseau Agilent Cerity Data System. L’étalonnage a été effectué avant chaque session d’analyse en ut ilisant l’air ambiant. Avec ces données, les profils de concentration d’oxygène peuvent aussi être tracés.
Le déroulement des essais en colonnes
Les essais en colonnes impliquent le lessivage périodique des colonnes à une fréquence
– 1fois/mois. À chaque début de rinçage, 2L d’eau déminéralisée ont été ajoutés au sommet des colonnes, ce qui correspond approximativement à la moyenne mensuelle des hauteurs de précipitation reçues sur la région de l’Abitibi-Témiscamingue, soit 130 mm de pluie. À l’ intérieur des colonnes, l ‘eau s’écoule par drainage libre à travers les recouvrements et les résidus et elle est récupérée dans le récipient collecteur installé à la même hauteur que les nappes phréatiquessimulées, c’est-à-dire sous la base des colonnes. Selon la configuration des colonnes, cela peut prendre entre 1 et 7 jours pour que toute l’eau se draine. En général, la quantité d’eau récoltée lors des rinçages des colonnes avec CEBC est moindre que pour les autres colonnes, due à la rétention d’une partie de cette eau dans la couche de rétention (silt) avant de parvenir aux résidus, ainsi le temps d’écoulement est généralement plus long pour les colonnes avec CEBC. Un cycle débute à la fin d’un rinçage et la période de drainage dure 28 jours jusqu’au prochain rinçage et le cycle se répète; il y en a eu 13 dans le présent projet, pour une durée totale d’environ 14 mois.
Au cours des essais en colonnes, les colonnes avec CEBC avaient de la difficulté à s’ écouler lors des rinçages et les mesures teneur en eau (Bw) enregistrées par les sondes donnaient des valeurs
basses. Pour ces raisons, il fut décidé, après le cycle 7 au jour 200 des essais, de tenter de saturer
les colonnes puisque que sous ces conditions les recouvrements risquaient de ne pas jouer leur rôle de barrières à oxygène de façon optimale. Il a aussi été nécessaire d’ajouter une soupape de décharge de gaz pour que 1 ‘écoulement de 1 ‘eau se fasse plus rapidement lors des rinçages, ce qui a été fait environ 175 jours après le début des essais. Un sac de gaz rempli d’azot e a ét é fixé à chaque valve pour empêcher la contamination par de l’oxygène extérieur lors du drainage. La soupape de décharge de gaz a été ouverte seulement pendant le drainage à partir de conditions saturées et ensuite fermée pendant le reste du cycle.
Comme il a été discuté, l’alimentation en eau des résidus de la colonne par remontée capillaire, dans la tubulure reliant la bouteille placée à une certaine profondeur sous la colonne et la base de la colonne, ne se fait pas de façon efficace, ce qui se traduit par la vidange partielle du tube capillaire. Les tubulures reliant les réservoirs d’ eau placés sous les colonnes créent une trop grande résistance pour permettre la remontée de l ‘eau sur toute la hauteur du tube et ceux-ci se vidaient fréquemment, à l’exception de J-2 et J-3. Certains tubes capillaires se vidaient plus souvent et il était nécessaire de les remplir 2 fois par semaine, notamment pour les colonnes J-1, J-4 et CM-5.
La mesure des propriétés et de la composition chimique du lixiviat
Les eaux de lixiviation sont récupérées et analysées après chaque rinçage des 10 colonnes, pour en déterminer la qualité chimique. Ces analyses comprennent : le pH, la conductivité, le Eh, l’acidité et 1 ‘ alcalinité et les concentrations en éléments dissouts dans les eaux lixiviées. Toutes les méthodes d’analyses sont décrites dans ce qui suit et les résultats complets du suivi sont présentés à 1 ‘annexe A.
À la fin d’un rinçage (lorsque 1′ eau ne s’écoule plus de la colonne), 1′ eau de lixiviation est recueillie, pesée et transférée dans une bouteille d’un litre. Une petite quantité (10 ml) est extraite immédiatement, filtrée sur des filtres à seringue de 0,45 !-lm et acidifiée avec de l’acide nitrique (HN03) à 2% pour être conservée jusqu’à l’analyse de la concentration des éléments chimiques. Les échantillons acidifiés ont été conservés à l’intérieur d’éprouvettes en plastique hermétiques à la température de la pièce. Les échantillons pour les analyses électrochimiques et les titrages sont conservés pour un maximum de 2 semaines à 4 °C dans un réfrigérateur. Le Tableau 3.7 est un résumé de toutes les mesures effectuées lors des essais en colonnes et les méthodes sont décrites dans ce qui suit.
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Table des matières
DÉDICACE
REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRACT
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONS
LISTE DES ANNEXES
CHAPITRE 1 : INTRODUCTION ET MISE EN CONTEXTE
1.1 La production et l’entreposage des rejets miniers
1.2 Facteurs géologiques et minéralogique d’influence
1.2.1 Le potentiel de génération d’acide et de drainage neutre contaminé
1.3 La restauration des sites miniers
1.3.1 Les lois et les règlements relatifs à la restauration des aires d’ accumulation des rejets miniers
1.3.2 Un aperçu des méthodes de restaurations et de gest ion des résidus miniers
1.4 Les besoins en recherche de solution pour le DNC
1.5 La description du proj et de recherche
1. 5.1 L’obj ectifprincipal
1. 5.2 Les obj ectifs spécifiques
1. 5. 3 Structure du document
CHAPITRE 2 : REVUE DE LA LITTÉRATURE
2.1 Les réactions hydrogéochimiques à la base du DMA et du DNC
2.1.1 L’oxydation des sulfures
2.1.2 Les réactions de neutralisation de l’acidité
2.1.3 La formation du DNC
2.1.4 L’atténuation par précipitation de phases secondaires et sorption
2.2 La prédiction du DMA et du DNC
2.2.1 Les essais statiques
2.2.2 Les essais cinétiques
2.3 Mouvement de l’eau en milieu poreux saturé et non-saturé
2.3.1 Écoulement de l’eau en milieu poreux saturé
2.3.2 Écoulement de l’eau dans les matériaux poreux non-saturés
2.3.3 La courbe de rétention d’ eau (CRE)
2.3.4 Estimation des propriétés hydrauliques des sols non-saturés
2.4 Mouvements des gaz en milieu poreux
2.4.1 La loi de Fick
2.4.2 Estimation des coefficients de diffusion effectif(De) et du taux de réaction (Kr)
2.4. 3 Mesure des coefficients de diffusion effectif (De) et de réaction (Kr)
2.5 Les méthodes de restauration
2. 5.1 Les recouvrements en eau
2. 5. 2 Le recouvrement monocouche avec nappe surélevée
2.5.3 La couverture à effet de barrière capillaire (CEBC)
2. 5.4 Les approches de concept ion des recouvrements
2. 5. 5 Les essais en labor atoire et sur le terrain
2. 5.6 Des exemples d’application des sites restaurés
CHAPITRE 3 : MATÉRIELS ET MÉTHODES
3.1 Les sites de provenance des résidus miniers : mise en contexte et échantillonnage
3.1.1 Résidus miniers de Joutel
3.1.2 Résidus miniers de Canadian Malartic
3.1.3 Échantillonnage des matériaux
3.1.4 Préparation des échantillons
3.2 Méthodologies d’analyses chimiques sur les échantillons solides
3.2.1 Analyse chimique élémentaire par ICP-AES
3.2.2 Sulfates
3.2.3 Carbone et soufre totaux par fournaise à induction
3.2.4 Essais statiques
3.3 Méthodologies pour la caractérisation minéralogique
3.3.1 Diffraction des rayons X (DRX)
3.3.2 Microscopie opt ique MO
3.3.3 Microscope électronique à balayage MEB – Étude microstructurale et microanalyse
3.4 Méthodologies pour la caractérisation hydrogéologique
3.4.1 Essais de perméabilité
3.4.2 Courbe de rétention d’eau (CRE)
3.5 Méthodologies pour les propriétés physiques des matériaux
3.5.1 Densité relative des grains (Gs)
3.5.2 Analyse granulométrique au laser Malvem (résidus et silt)
3.5.3 Analyse granulométrique par tamisage sec (sable)
3.5.4 Surface spécifique
3.6 Résultats de la caractérisation des matériaux
3.6.1 Les caractéristiques chimiques des résidus
3.6.2 Carbone et soufre totaux par fournaise à induction
3.6.3 Bilan acide-base (ABA) et PNN
3.6.4 Composition minéralogique des résidus de Joutel et de Canadian Malartic
3.6.5 Observation et identification des minéraux et d’éléments en traces
3.6.6 Caractéristiques physiques et hydrogéologiques des matériaux
3.6. 7 Les courbes de rétention d’eau (CRE)
3. 7 Méthodologie pour les essais en colonnes
3. 7.1 La conception et le montage des modèles physiques
3.7.2 Le montage des colonnes
3. 7. 3 Instrumentation des colonnes pour les mesures de succion, de teneur en eau
volumique et de concentration en oxygène
3.8 Méthodes de suivi
3. 8.1 Mesure de la teneur en eau volumique et de la succion
3.8.2 Teneur en oxygène
3.8.3 Le déroulement des essais en colonnes
3.8.4 La mesure des propriétés et de la composition chimique du lixiviat
3.8.5 La mesure du flux d’oxygène
CHAPITRE 4: LES RÉSULTATS DES ESSAIS EN COLONNES
4.1 Les succions et les teneurs en eau
4.1.1 Colonnes témoins et avec n.p.s
4.1.2 Colonnes multicouches
4.2 Les flux d ‘oxygène
4.2.1 Flux dans les colonnes Joutel
4.2.2 Flux dans les colonnes Canadian Malartic
4.3 :Qualité de l’eau de lixiviation
4.3.1 : Qualité de 1 ‘eau pour les colonnes Joutel
4.3.2 Qualité de l’eau pour les colonnes Canadian Malartic
4.3.3 L’hydrolyse du fer
4.4 La précipitation de minéraux secondaires
4.5 Démantèlement des colonnes
4.5.1 La description du démantèlement des colonnes
4.5.2 Profils des teneurs en eau volumiques et porosités mesurées au démantèlement
4.5.3 Description visuelle des résidus au démantèlement
4.5.4 Composition chimique et minéralogique finale des résidus
4. 5. 5 Identification des minéraux secondaires au MEB
4.5. 6 Autres facteurs d’influence sur la réactivité de la pyrite
CHAPITRE 5 : DISCUSSION ET INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS
5.1 L’influence du flux d’oxygène sur la qualité de l’eau de lixiviation
5.1.1 Influence du degré de saturation et de la teneur en pyrite sur les flux d ‘oxygène
5.1. 2 Relation entre les flux d’oxygène à l ‘interface résidus/recouvrement et la lixiviation des métaux et métalloïdes
5.1.3 Facteurs atténuant la lixiviation d’éléments chimiques
5.1.4 Détermination du niveau de contrôle nécessaire pour contrôler la génération de DNC
pour les r ésidus de Joutel et de Canadian Malartic
5.2 Prédiction à long terme du potentiel de génération d’acidité
5.2.1 Les calculs d’épuisements
CHAPITRE 6 : CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
6.1 Conclusion
6.2 Recommandations
BIBLIOGRAPHIE
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