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Étude expérimentale et numérique de la sédimentation et de la consolidation des boues de traitement des eaux acides

Lincar Pedroni

Ph.D. thesis (2011)

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Abstract

The mining industry generates large quantities of waste materials. The development and implementation of effective methods for storing and managing these materials represent a major challenge for the mining industry. Sludge from the water treatment of acid mine drainage (AMD) presents such a challenge because they contain a high concentration of pollutants which must be stabilized to protect the environment. Storage ponds have to be designed for this purpose. However, there is little information available about sludge behaviour. A good characterization of the properties of AMD treatment sludge during sedimentation and consolidation is required to optimize ponds design and filling strategy.Little work has been done on these aspects of the behaviour of sludge. Nonetheless, the behaviour of materials with more or less similar characteristics (i.e. consisting of fine particles with very high water content) has already been studied both theoretically and experimentally. This information on sedimentation and consolidation of very low density suspensions (taken from the literature) was used as the starting point for this research project.The characterization of sludge from acid water treatment required the development of physical characterization tests. An experimental setup, developed previously at École Polytechnique de Montreal by Dromer et al. (2004), was modified to improve the quality of experimental data obtained on the treatment sludge after deposition in an instrumented large size column. Changes made to the experimental device and to the testing procedures increased the accuracy of measurements and lead to a more representative characterisation of the physical properties of the sludge. These changes included the use of hydraulic loading, rather than mechanical loading, during the consolidation phase. A database of experimental results was built from the laboratory tests on the AMD treatment sludge and on a suspension of kaolin (used to validate some of the results). These results were analysed to obtain parameters (never measured on AMD treatment sludge) and new constitutive relations which characterize their behaviour. Further analyses were then carried out using numerical simulations. Additional tests (more conventional) completed the characterization of the sludge.

Résumé

Des grandes quantités de rejets sont générées par l'industrie minière. Un grand défi pour cette industrie est le développement et l'application de techniques efficaces pour la gestion de ces rejets afin de les entreposer de façon adéquate. A cet égard, les boues de traitement des eaux de drainage minier acide (DMA) engendrent des défis particuliers car elles contiennent une importante concentration de substances polluantes qu'il faut stabiliser afin de protéger l'environnement. Des bassins d'entreposage doivent être conçus à cette fin. Toutefois, il y a peu d'information disponible sur le comportement de ces boues. Une bonne caractérisation des propriétés des boues de traitement du DMA lors de leur mise en place dans les bassins, durant les phases de sédimentation et de consolidation, est requise pour optimiser la conception des bassins et la stratégie de remplissage.Peu de travaux ont été menés sur ces aspects du comportement de telles boues. Cependant, le comportement de matériaux avec des caractéristiques plus ou moins semblables (i.e. constitués de particules fines et avec des teneurs en eau très élevées), a été étudié d'un point de vue théorique et expérimental. Ces informations tirées de la littérature sur la sédimentation et la consolidation de suspensions de très faible de densité a servi de point de départ à ce projet de recherche.La détermination des caractéristiques des boues de traitement des eaux acides a nécessité la mise au point d'essais de caractérisation physique. Un dispositif expérimental, développé préalablement à l'École Polytechnique de Montréal par Dromer et al. (2004), a été modifié pour améliorer la qualité des données expérimentales relatives à la réponse des boues suite à leur déposition dans une colonne instrumentée de grande dimension. Les changements apportés au montage et aux procédures d'essais ont permis d'accroitre la précision des mesures, et d'obtenir des caractéristiques plus représentatives, notamment en appliquant un chargement de nature hydraulique (plutôt que mécanique) durant la phase de consolidation. Une base de données de résultats expérimentaux a ainsi été construite suite à une série d'essais de laboratoire sur les boues de traitement, et sur une suspension de kaolin (utilisée pour valider certains résultats).
Department: Department of Civil, Geological and Mining Engineering
Program: Génie minéral
Academic/Research Directors: Michel Aubertin
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/559/
Institution: École Polytechnique de Montréal
Date Deposited: 16 Aug 2011 16:05
Last Modified: 08 Nov 2022 21:37
Cite in APA 7: Pedroni, L. (2011). Étude expérimentale et numérique de la sédimentation et de la consolidation des boues de traitement des eaux acides [Ph.D. thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/559/

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