Comportement hydrogéologique d'une couverture monocouche sur des résidus miniers sulfureux: Essais en colonne et simulations numériques

Le principal problème environnemental auquel fait face l'industrie minière découle de l'entreposage en surface des rejets miniers contenant des minéraux sulfureux. Au contact de l'air et de l'eau, ces minéraux sulfureux s'oxydent et engendrent la formation d'eaux acides appelées drainage minier acide (DMA). Ces eaux acides présentent des pH faibles (pH ≤ 3) et souvent de fortes concentrations en sulfates et en métaux lourds. Pour répondre aux normes environnementales actuelles, les compagnies minières doivent empêcher ou du moins réduire la formation de DMA. Afin d'inhiber les processus géochimiques menant à la formation du DMA, on doit exclure un des éléments constitutifs des réactions d'oxydation, soit l'eau ou l'oxygène. En climat humide, les principales méthodes de prévention du DMA sont les barrières à l'oxygène tel que : les recouvrements en eau et les couvertures à effets de barrière capillaire (CEBC). Une méthode alternative au recouvrement en eau est l'utilisation de la méthode de la nappe phréatique surélevée appliquée conjointement avec un recouvrement monocouche qui sert alors de barrière à l'évaporation. Relativement peu de travaux ont été réalisés sur la méthode de la nappe surélevée et sur l'utilisation du recouvrement monocouche pour des situations réelles de terrain. Ce projet a pour but d'étudier le comportement d'un recouvrement monocouche mis en place sur un parc à résidus miniers qui comporte aussi une nappe surélevée (du moins sur une partie du site). On vise notamment à évaluer l'impact de certains facteurs sur la capacité du recouvrement à agir comme barrière à l'évaporation ou à l'oxygène. L'étude est basée en partie sur certaines des caractéristiques du site minier Selbaie situé au nord ouest du Québec qui a été restauré à l'aide d'un recouvrement monocouche. Les rejets et le sol de recouvrement utilisés pour procéder aux essais de caractérisation et au montage des colonnes ont été prélevés sur ce site. La caractérisation des propriétés hydrogéologiques des résidus et du sol a été réalisée en laboratoire afin de déterminer la courbe granulométrique des matériaux, la densité relative des grains, le poids unitaire optimal Proctor, la composition minéralogique, la conductivité hydraulique saturée, la courbe de rétention d'eau, le coefficient de diffusion et le coefficient du taux de réaction à l'oxygène. Les résultats expérimentaux obtenus pour la conductivité hydraulique saturée, la courbe de rétention d'eau et le coefficient de diffusion se comparent bien aux valeurs obtenues avec divers modèles prédictifs (présentés dans le mémoire). Une campagne de travaux de terrain a été menée pour aider à compléter la caractérisation du comportement hydrogéologique.

Abstract

One of the main environmental problems facing the mining industry results from the surface storage of reactive tailings. Such tailings result from the milling process, where the extracted ore is crushed and treated to concentrate selected minerals and metals. When in contact with water and air, sulphide minerals contained in the tailings can oxidise and generate acid mine drainage (AMD). These acidic waters have a low pH (< 3) and may contain high concentrations in dissolved sulphates and metals. To meet environmental regulations, mining companies need to prevent or at least reduce AMD production. The oxidation reactions can be controlled by excluding one of the constitutive components of the reactions, i.e. water or oxygen. The main methods used under humid climates to prevent AMD formation are oxygen barrier such as water covers and covers with capillary barrier effects (CCBE). An alternative method is the use of the elevated water table technique applied in conjunction with a monolayer cover. To date however, relatively little work has been done on this technique for practical situations. This project aims at studying the behaviour of a monolayer cover implemented with an elevated water table on reactive tailings. The investigation includes the evaluation of the effect of various parameters on the capacity of the cover to act as an oxygen barrier or as an evaporation barrier, depending on the position of the water table. The study is loosely based on some of the characteristics of the Selbaie mine site situated in the north-west of Québec. This tailings impoundment has been partly reclaimed with a monolayer cover. The tailings and the cover material used in the laboratory column tests conducted here were collected from this site. The characterisation of the tailings and cover properties was done in the laboratory to determine their grain size distribution, relative density, optimum Proctor unit weight, saturated hydraulic conductivity, water retention curve, oxygen diffusion and reaction coefficients, and mineralogical composition. The results indicate that the values obtained for the saturated hydraulic conductivity (ksat), water retention curve (WRC), and diffusion coefficient (De) are comparable to estimated values calculated from predictive models. A field work campaign was also conducted to assess some aspects of the in situ hydrogeological behaviour in terms of water table position and water content, and to collect additional samples of the cover material (till) to evaluate its heterogeneity.