Amélioration de la résistance mécanique des remblais miniers en pâte cimentés : étude des effets de l'ajout d'adjuvants et de liants alternatifs

Le remblai minier en pâte cimenté (RMPC) est une des méthodes de gestion intégrée des résidus miniers issus du traitement de minerais. C'est un mélange de résidus miniers, d'eau et de liant. Il présente plusieurs avantages d'ordre technique (support de terrain), économique et environnemental. En effet, il permet une exploitation minière plus complète (car laissant moins de pilier) et de retourner sous terre jusqu'à 50% des résidus (problématiques s'ils étaient déposés en surface). Cependant, cette pratique engendre d'importants coûts reliés à l'achat des liants qui représentent près de 80% des coûts globaux d'une opération de remblayage par RMPC. Dans cette perspective, le but de la présente étude était d'améliorer les résistances mécaniques des RMPC, tout en réduisant les coûts engendrés par la fabrication de ces derniers. Deux approches ont été investiguées. D'une part la substitution des liants traditionnels par des liants alternatifs sans ou avec faible valeur économique, et d'autre part par l'ajout d'adjuvant tels que les superplastifiants qui permettent de mieux optimiser l'ajout d'eau prouvée comme néfaste sur les propriétés mécaniques des RMPC. Par conséquent, il s'agit, en premier lieu, d'investiguer l'effet des divers additifs utilisés lors de la fabrication des RMPC comme les agents floculant. En second lieu, afin d'étudier la substitution optimale des liants traditionnels, le plan expérimental Taguchi a été utilisé pour déterminer les recettes optimales de liant suivi de leur géopolymérisation pour améliorer leur performances mécaniques tout en s'attardant sur l'effet pouzzolanique de ces sous-produits. En dernier lieu, l'évaluation de l'effet de diverses familles de superplastifiants sur les performances du remblai a été réalisée à l'aide d'essais de mesure du slump (affaissement), de compression uniaxiale, microcalorimétrie et la mesure du potentiel Zêta. Pour ce faire, quatre types de résidus (4 points d'échantillonnage dans l'usine de remblai) provenant de la mine polymétallique de LaRonde, quatre différentes familles de superplastifiants (lignosulfonate, polynaphtalène sulfonate, polymélamine sulfonate et polycarboxylate), différents liants alternatifs (sous-produits industriels ayant des propriétés pouzzolaniques) et du silicate de sodium ont été utilisés

Abstract

Cemented paste backfill is one of the methods of integrated management of tailings from ore processing. It consists of filtered mine tailings, water and binders. CPB has some technical (ground support), economic, and environmental benefits. Indeed, it allows to increase ore extraction (leaving less pillar support) and to place underground up to 50% of tailings (which are problematic for surface disposal). However, paste fill practice involves significant costs and binders make up 80% of backfilling overall costs. Therefore, the main goal of this work is to enhance mechanical properties of CPB and reduce costs related to its manufacture. Two approaches were investigated. On the one hand, substituting traditional binders with alternative binders (by-products with low or no commercial values) and on the other hand, adding admixtures such as superplasticizers which allow optimizing the amount of mixing water recognized as deleterious for CPB mechanical properties. Consequently, it was, firstly, to assess the influence of additives used in CPB manufacture as flocculent agent. Secondly, to study the optimal substitution of traditional binders, Taguchi experimental design was used to determine the optimal recipes followed by their alkali-activation to improve theirs mechanical performances while focusing on by-products pozzolanicity. Finally, assessment of superplasticizers effects on CPB performances was made by using measurement tests of slump, uniaxial compression, microcalorimetry, and zeta potential measurements. To attain this aim, four types of tailings (four sampling points in the backfill plant) from LaRonde polymetallic mine, four different superplasticizers groups (lignosulfonate, polynaphthalene sulfonate, polymelamine sulfonate and polycarboxylate), alternative binders (industrial by-products having pozzolanic properties) and sodium silicate were used.