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Généralités sur l’exploitation des mines
Définition et principe
L’exploitation des mines est l’ensemble des procédés d’obtention des minéraux utiles provenant de l’écorce terrestre. Ces techniques consistent en des excavations dans des mines souterraines ou à ciel ouvert. Elle résume tous les travaux exécutés pour atteindre le minerai, le séparer de la masse inutile et de l’amener à la surface ou à l’usine de traitement.
C’est aussi toute action effectuée pour l’extraction, la concentration, la fonte et l’affinage de minéraux économiques à partir de gisements miniers. Elle comprend notamment :
la prospection, la recherche de gisements ;
l’aménagement du complexe minier ; et
l’extraction et le traitement du minerai et des résidus miniers.
Cette dernière phase est divisée en plusieurs opérations :
· l’excavation ;
· le transport vers les laveries (usines de lavage) et/ou vers les usines de traitement ;
· le traitement des minerais et des résidus miniers ;
Mode et méthode l’exploitation
Un mode d’exploitation est la manière d’accéder au minerai :
à ciel ouvert ou en découverte ; ou
en souterraine.
Un mode d’exploitation peut avoir plusieurs méthodes d’exploitation :
– Par gradins (Droit, oblique, normal, renversé) ;
– Par cratère ;
– Par stripping ou longue tranchée ;
– Etc.
Une méthode d’exploitation est caractérisée par :
– une forme géométrique bien déterminée ;
– le sens de progression de l’exploitation ;
– l’orientation par rapport au gisement.
Le traitement des minerais
Les minerais tout-venant de la mine, sont transportés vers les usines de traitement, où ils vont être séparés des impuretés afin d’obtenir le concentré.
Définition
La minéralurgie appelée aussi traitement des minerais traite de la libération des minéraux d’une roche mère le minerai et de leur enrichissement par des méthodes physico-chimiques. La minéralurgie a recours à l’application d’un ensemble de techniques de séparation basée sur de différentes propriétés physiques, comme la densité, la susceptibilité magnétique ou électrique, ou des propriétés physico-chimiques telle que la propriété de surface entre les différents constituants du produit traité sans destruction de la structure de la matière.
But
A partir du tout-venant de mine, l’enrichissement des minerais permet d’obtenir les différents types de substances suivantes :
Le concentré qui est constitué de minéral valorisable. Il est caractérisé par des normes techniques comme la teneur, la dimension des éléments, les impuretés contenus, le pourcentage d’humidité défini par l’utilisateur.
Le rejet qui est l’ensemble des espèces minérales qui ne sont pas à valoriser
Le mixte qui est un ensemble de deux ou plusieurs substances valorisables liées intimement entre elles. Il peut aussi être une substance minérale contenant à la fois du stérile et du concentré de faible teneur.
Le sous-produit qui est une substance utile associée dans le minerai aux produits recherchés.
Les étapes de la concentration des minerais
Les opérations d’une usine de concentration ont généralement plusieurs étapes :
La préparation mécanique qui consiste à libérer les entités minéralogiques valorisables des minéraux de la gangue. C’est le stade de la fragmentation. Cette opération est toujours couplée avec des opérations de classement appelées criblages qui consistent à obtenir un simple calibrage de la matière fragmentée ou à soustraire à la fragmentation les grains de dimensions requises.
Le prélèvement des espèces à valoriser par des opérations basées sur les caractéristiques des minéraux comme la densité, la susceptibilité électrique ou la perméabilité magnétique, etc.
L’évacuation des stériles constitués par les minéraux des gangues, opération généralement menée par l’édification des terrils (bassins ou digues destinés pour l’emplacement des stériles). Pour les traitements par voie humide, une unité de récupération et de recyclage des eaux de traitement sera nécessaire.
Ainsi, les stériles se libèrent au niveau de la phase de concentration des minerais. Depuis les premières phases du traitement des minerais jusqu’à l’obtention du concentré, les minéraux valorisables sont séparés étapes après étapes des substances stériles liquides et solides. Ces rejets sont alors composés des matériaux de la gangue, des réactifs utilisés pour le traitement des minerais (réactifs de flottation), et d’eau. Ces rejets sont appelés aussi résidus miniers.
Les résidus miniers
Définition
On entend par résidu minier toute substance solide ou liquide, à l’exception de l’effluent final, rejetée par l’extraction, la préparation, l’enrichissement et la séparation d’un minerai, y compris les boues et les poussières résultant du traitement ou de l’épuration des eaux usées minières ou des émissions atmosphériques. Sont considérées comme des résidus miniers, les scories et les boues, y compris les boues d’épuration, rejetées lors du traitement utilisant majoritairement un minerai ou un minerai enrichi ou concentré par pyrométallurgie, hydrométallurgie ou par extraction électrolytique. Sont également considérés comme des résidus miniers, les substances rejetées lors de l’extraction d’une substance commercialisable à partir d’un résidu minier et qui correspondent à celles déjà définies aux deux premiers alinéas. Sont exclus, les résidus rejetés par l’exploitation d’une carrière.
Caractérisation
Les résidus miniers varient considérablement selon leurs propriétés physiques, chimiques et minéralogiques. Il n’existe donc aucune catégorisation toute faite pour classifier les résidus miniers; et, l’étude d’un résidu minier quelconque doit être spécifique à lui-même.
Les caractéristiques des résidus miniers déterminent leur comportement dans les aires d’accumulation et la qualité de l’eau de drainage. Une bonne compréhension des propriétés des résidus miniers est alors indispensable pour établir les critères de la conception des installations de stockage.
Ainsi, les critères de classification suivants sont adoptés en vue de ressortir le plan de stockage convenable pour chaque type de résidu minier.
Propriétés physiques
Ces caractéristiques portent sur les matériaux tels que produits, en place ou après compaction, dépendant des usages. Elles portent principalement sur :
– la granulométrie du matériau ;
– les paramètres géotechniques tels que :
le poids propre ;
l’angle de frottement interne ;
la cohésion ;
– la vitesse de sédimentation des particules
Propriétés chimiques et minéralogiques
La composition minéralogique des résidus miniers détermine le poids spécifique des différentes particules qui, à leur tour, détermineront leur faculté à se sédimenter et à se compacter. Les résidus oxydés sont généralement lents à se sédimenter et à se consolider.
La composition minéralogique des particules peut affecter :
– la production d’eaux acides ;
– la lixiviation des métaux lourds ;
– la présence des réactifs utilisés par le concentrateur.
Les propriétés chimiques des résidus miniers devront être déterminées afin de prévoir leur comportement en présence d’éventuels contaminants. Cela permettra aussi d’envisager les réactions probables entre les eaux de drainage et les eaux de surface ou entre les eaux de drainage et la surface du sol.
Problématique et mesures d’approche
La notion de résidus miniers évoque principalement un intérêt environnemental. En effet, les résidus miniers doivent être principalement accumulés dans des endroits prédéfinis que sont les retenues de résidus miniers.
Toutefois, ils ne sont pas effectivement inertes dans ces endroits et, les impacts sur l’environnement en sont essentiellement négatifs. Les principaux soucis concernent :
d’une part la contamination des sols, des eaux souterraines et des eaux de surface par l’eau de drainage des résidus miniers ;
d’autre part les encombrements causés par la dispersion de ces matériaux, liquides et/ou solides, directement vers les milieux naturels ;
de la contamination de l’air par les poussières ; et
de la perte en biodiversité sur le site
La pollution des eaux
Dans les régions à pluies abondantes, quelques formes de protection contre l’érosion hydrique sont habituellement exigées. De même, le drainage minier acide (DMA) constitue un problème permanent à résoudre. Le DMA résulte surtout de l’oxydation des sulfures, en particulier la pyrite et les pyrrhotites, en présence d’oxygène libre (Voir Annexe 8). Les résidus miniers peuvent aussi contenir des bactéries naturellement actives qui, au fil des années, dégradent les oxydes métalliques présents dans ces résidus. Ces bactéries produisent de l’acide sulfurique qui contamine le sol, les eaux souterraines et les eaux de surface en drainant les rejets.
Des études et analyses doivent être opérées dans le but de prédire et de minimiser les impacts du stockage des résidus miniers sur les eaux de surface et les eaux souterraines. Les études hydrogéologiques et géochimiques en sont essentielles.
Pour la protection des eaux, la prise en compte des conditions suivantes est requise :
identification des points d’eau (ruisseaux, rivières, lacs) ;
évaluation environnementale des points d’eau (service des eaux, l’aquaculture, usages domestiques, etc.) ;
considération des propriétés physiques et chimiques des résidus miniers, et leurs effets sur les réservoirs d’eaux et sur le système écologique.
La dispersion des résidus
Les retenues de résidus miniers sont des structures fermées, destinées à accumuler les résidus, à retenir les matières solides et à laisser les liquides s’évaporer ou s’infiltrer à travers le sous-sol ou à travers des barrages de retenue. Ces barrages sont construits afin de maintenir la stabilité de l’ouvrage de stockage.
La déstabilisation d’une retenue de résidus miniers est due particulièrement à la défaillance de ces barrages. Les principales causes sont :
Les tremblements de terres qui engendrent la liquéfaction des résidus ;
L’action des tempêtes et les fortes pluies ;
L’infiltration à travers les digues ;
L’action des vagues ; et
Les crues.
La génération de poussières
Généralement, les dimensions des particules solides des résidus miniers sont très fines. Le problème de génération de poussières concerne principalement les régions arides. Les paramètres indicatifs sont :
La force et la direction des vents ;
Le climat et la force des érosions par le vent.
Méthodologie de gestion des résidus miniers
La gestion des résidus miniers des exploitations artisanales et mécanisées est relativement méconnue à Madagascar. Les résidus solides et semi liquides sont rejetés directement à l’environnement causant un tort considérable particulièrement au milieu aquatique en raison des matières mises en suspension et des polluants.
Pour cela, il est souhaitable d’élaborer une méthodologie pour la gestion appropriée des résidus miniers. Le guide qui en résultera devra pouvoir être utilisé tant par les promoteurs d’exploitations minières que par les agents gouvernementaux spécialisés en environnement qui procèderont à des inspections environnementales des sites miniers.
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Table des matières
METHODOLOGIE DE GESTION DES RESIDUS MINIERS – CAS DE L’EXPLOITATION DE GRAPHITE DE TSARAVONIANA ANDASIBE
REMERCIEMENTS
Les haldes de stériles
Les barrages de retenue
Géologie
Pédologie
Géomorphologie
les ressources en eaux pluviales
les ressources en eaux de surface
Eaux de surface
Eaux souterraines
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