Contrôle du DMA des stériles du projet Lac Guéret de Mason Graphite à l'aide d'amendements alcalins

L’exploitation minière engendre des rejets qui peuvent être riches en minéraux sulfureux qui peuvent produire le drainage minier acide (DMA), lorsque ceux-ci sont exposés à l’eau et à l’oxygène de l’air et qu’ils ne contiennent pas suffisamment de minéraux neutralisants. Durant les opérations d’exploitation, une préoccupation est portée sur la qualité des lixiviats qui sont produits (doivent respecter la réglementation en vigueur). Des actions qui visent à atténuer l’impact de l’oxydation des rejets miniers peuvent être envisagées dès le début d’exploitation. Certains gisements de graphite du Canada sont particulièrement riches en pyrrhotite, un des principaux minéraux qui engendrent la formation du DMA. La pyrrhotite est connue pour avoir une vitesse d’oxydation assez rapide d’environ 20 à 100 fois plus rapide que la pyrite. Vu la rapidité de la pyrrhotite à s’oxyder, il est nécessaire de trouver un moyen de contrôler ou de retarder la survenue du DMA avant d’entamer les opérations de restauration. Plusieurs moyens sont utilisés pour contrôler le DMA sur les résidus miniers, mais ces moyens sont difficilement applicables pour les stériles. La technique d’amendement des rejets miniers au moyen des matériaux alcalins est parfois préférée. Les amendements ont pour but de retarder la production de DMA (eau caractérisée par un pH bas, une teneur en métaux élevée, une concentration en sulfate élevé). Il faudrait donc que les lixiviats issus des stériles amendés aient des caractéristiques qui présentent une amélioration de leur qualité vers les critères de la Directive 019. Ce projet de recherche porte sur la caractérisation du comportement géochimique des stériles du Gisement Lac Guéret, ainsi qu’une utilisation des amendements alcalins (marbre dolomitique et cendres de bois), avec une masse de marbre représentant 10 % de la masse de stérile à amender. La première étape des travaux de ce projet consiste en l’échantillonnage des stériles et des matériaux d’amendement. Les échantillons de stériles sont des carottes provenant des campagnes d’exploration. Ils ont permis de constituer différentes sortes de composites pour les différents essais. La deuxième étape a consisté en la caractérisation des échantillons de composites de stérile et d’amendements, et enfin, des essais cinétiques sont réalisés en cellules humides, en colonne de laboratoire et en colonne de terrain. Des essais en cellules humides sont réalisés sur quatre composites de stériles à savoir : un composite de 16 % soufre, de 9 % soufre, de 2 % soufre et de 1 % soufre. Ces essais en cellules humides permettent de statuer sur le potentiel de génération du DMA à long terme. Des essais en colonnes de laboratoire sont menés sur deux sortes de composites de stériles reconstitués (un composite soufre élevé et un composite soufre faible). Les essais sont constitués des colonnes de stériles témoins et des colonnes de stériles amendés. Trois scénarios d’amendement sont testés pour chaque type de composite de stérile. Un scénario est formé du marbre au fond de la colonne et des stériles par-dessus. Un autre scénario consiste en des stériles au fond de la colonne et du marbre par-dessus, et un autre consiste en des stériles en dessous et la cendre par-dessus. Les essais en colonnes de terrain ont permis d'étudier le comportement géochimique de trois composites de stériles (soufre élevé, soufre moyen et soufre faible). Les amendements sont testés sur le composite de stérile moyen suivant le même scénario que ceux des colonnes laboratoire, sauf que le scénario avec le marbre au-dessus dans les colonnes terrain va être reconfiguré au cours des essais, dû au fait que le marbre par-dessus n’est visiblement pas efficace. Les essais de caractérisation ont montré que les échantillons de stériles pouvaient contenir jusqu’à 30 % de pyrrhotite et jusqu’à 7 % de pyrite dans des échantillons à soufre élevé, comme le cas du 16 % soufre en cellule humide. Les échantillons sont pauvres en minéraux neutralisants carbonatés. Les concentrations en silicates sont variables d’un échantillon à l’autre; il y’a tout de même moins de minéraux silicatés dans les échantillons à teneur en soufre élevé. La présence de certains minéraux (pentlandite, rambergite, sphalérite, arsénopyrite, sillimanite, chalcopyrite) est la source de la lixiviation de métaux. Les essais de bilan acide base (ABA) ont montré que tous les composites de stériles sont potentiellement générateurs d’acide. Les essais géochimiques ont montré que les lixiviats produits avaient des pH moyens variables selon l’échantillon. La moyenne maximale de pH est de 7, observée dans les lixiviats de l’échantillon de soufre faible des colonnes de laboratoire. La moyenne minimale de 3,16 a été observée dans les lixiviats de l’échantillon de soufre élevé en colonne terrain. Des thiosulfates et des tétrathionates ont été observés dans les lixiviats des essais en cellule humide. L’apport des amendements a permis d’avoir des améliorations au niveau des pH ainsi que du taux de lixiviation des métaux. Les perspectives d’utilisation des amendements en marbre dolomitique pour retarder le DMA dans les haldes à stérile riche en pyrrhotite sont prometteuses. Il faut tout de même faire des essais à l’échelle terrain en intercalant les couches de marbre dolomitique de faible granulométrie pour suivre la qualité des lixiviats qui sont produits. Il est fortement recommandé de déposer les stériles dans les haldes de manière à constituer des bancs de stérile à teneur en soufre faible à moyenne, et éviter de constituer des bancs de stérile riche en pyrrhotite.

Abstract

ining operations generate waste that is generally rich in sulphide minerals that can produce acid mine drainage (AMD) when exposed to water and oxygen from the air and does not contain sufficient neutralizing minerals. During operations, concern is given to the quality of the leachate that is produced (must comply with current regulations). Actions aimed at mitigating the impact of oxidation of mining discharges can be envisaged from the beginning of operations. Some of the Canadian graphite deposits are particularly rich in pyrrhotite, one of the main minerals that lead to the formation of AMD. Pyrrhotite is known to have a rapid oxidation rate, in the order of 20 to 100 times faster than pyrite. Due to the rapidity of pyrrhotite oxidation, it is necessary to find a way to control or delay the occurrence of AMD before remediation operations can begin. Several means are used to control AMD on tailings, but these means are not easily applicable to waste rock. The technique of amending tailings with alkaline materials is sometimes preferred. The purpose of the amendments is to delay the production of DMA (water characterized by low pH, high metal content, high sulfate concentration). The leachate from the amended waste rock should therefore have characteristics that improve its quality towards the criteria of Directive 019. This research project focuses on the characterization of the geochemical behavior of the Lac Guéret deposit waste rock, as well as the use of alkaline amendments (dolomitic marble and wood ash), with a marble mass representing 10% of the waste rock mass to be amended. The first step in the work of this project is the sampling of the waste rock and amendment materials. The waste rock samples are drill cores from exploration campaigns. They were used to create different types of composites for the various tests. The second step consisted in the characterization of the samples of waste rock and amendment composites, as well as kinetic tests in humidity cells, in laboratory columns, and in field columns. Humidity cell tests are carried out on four waste rock composites, namely: 16% sulfur, 9% sulfur, 2% sulfur and 1% sulfur composites. These humidity cell tests are used to determine the long-term AMD generation potential. Laboratory column tests are conducted on two types of reconstituted waste rock composites (a high sulfur composite and a low sulfur composite). The tests consist of control and amended waste rock columns. Three amendment scenarios are tested for each type of waste rock composite. One scenario consists of marble at the bottom of the column and waste rock on top. Another scenario consists of waste rock at the bottom of the column and marble on top, and the last scenario consists of waste rock at the bottom and ash on top. The field column tests investigated the geochemical behavior of three waste rock composites (high, medium, and low sulfur). The amendments are tested on the medium waste rock composite following the same scenario as the laboratory columns, except that the scenario with marble on top in the field columns will be reconfigured during the tests, due to the fact that the marble on top was obviously not effective. Characterization tests showed that waste rock samples could contain up to 30% pyrrhotite and up to 7% pyrite in high sulfur samples such as the 16% sulfur humidity cell sample. The samples are poor in carbonate neutralizing minerals. Silicate concentrations are variable from sample to sample, but there are fewer silicate minerals in the high sulfur samples. The presence of certain minerals (pentlandite, rambergite, sphalerite, arsenopyrite, sillimanite, chalcopyrite) is the source of leaching of certain metals. Acid-base accounting (ABA) tests showed that all waste rock composites are potentially acid generating. The geochemical tests showed that the leachates produced had varying average pH values depending on the sample. The maximum average pH was 7, observed in the low sulfur sample leachates from the laboratory columns. The minimum average of 3.16 was observed in the leachates of the high sulfur sample in the field column. Thiosulfates and tetrathionates were mostly observed in the humidity cell test leachates. The amendments resulted in improvements in pH as well as metal leaching rates. The prospect of using dolomitic marble amendments to delay AMD in pyrrhotite-rich waste rock piles is promising. However, field scale tests must be conducted by intercalating the dolomitic marble layers with small grain sizes to monitor the quality of the leachate that is produced. It is strongly recommended that the waste rock be deposited in the waste rock piles in such a way as to form waste rock banks with low to medium sulphur content and avoiding creating pyrrhotite-rich waste rock benches.