Modifications d'une couverture à effets de barrière capillaire pour un meilleur contrôle du drainage minier acide provenant de rejets miniers fortement réactifs

Le drainage minier acide (DMA) est une source importante de pollution produite par l’oxydation des minéraux sulfureux présents dans les rejets miniers. Pour limiter cette oxydation, diverses méthodes de restauration ont été développées, qui ont pour but de réduire l’accès aux rejets des deux responsables principaux de l’oxydation : l’oxygène et l’eau. La couverture à effets de barrière capillaire (CEBC) est un recouvrement multicouche qui agit comme barrière à l’oxygène, lorsqu’installé sur des rejets miniers (Demers & Pabst, 2021). De précédents travaux ont démontré l’efficacité d’une CEBC correctement conçue à contrôler le DMA provenant des résidus miniers typiques (Aubertin et al., 1997; Bussière et al., 2003; Dagenais et al., 2005). Toutefois, sa performance est inférieure à celle attendue quand elle est utilisée pour restaurer des résidus miniers fortement réactifs. Les travaux de Kalonji-Kabambi et al. (2020a; b), ont montré que les concentrations en fer et en zinc dans le lixiviat (entre 10 et 100 mg/L) étaient encore supérieures aux critères des normes sur la qualité des effluent miniers. Les résidus fortement réactifs sont caractérisés par la présence d’au moins 30% de minéraux sulfureux, une faible quantité de minéraux neutralisants et/ou une capacité à diminuer le pH à l’effluent final à des valeurs proche de 2 (Kalonji-Kabambi, 2020). L’objectif principal de ce projet de recherche est de modifier physiquement la CEBC et/ou chimiquement les rejets miniers fortement réactifs afin d’améliorer la performance de la CEBC lorsqu’utilisée pour restaurer ce type de rejets miniers. Pour cela, trois approches de modification ont été élaborées : (i) une modification physique, par l’ajout d’un géocomposite bentonitique (GCB) à la base de la couche de rétention d’humidité (CRH); (ii) une modification chimique, par l’ajout d’une couche de résidus amendés avec de la dolomie, sous la CEBC et; (iii) une modification à la fois physique et chimique par un ajout combiné du GCB et de la couche amendée. Pour évaluer l’évolution des comportements hydrogéochimiques de ces scénarios, des colonnes expérimentales ont été construites comportant les trois types de CEBC modifiée. Ces colonnes ont été équipées de sondes (succion et teneur en eau volumique) et de système de récolte de lixiviat (bouteille), dans le but d’effectuer une surveillance hydrogéologique et géochimique sur une période d’un an. Cinq colonnes témoins ont également été construites, l’une d’entre elles comportant les résidus miniers fortement réactifs exposés. Les quatre autres colonnes ont permis d’étudier la performance du calcaire et de la dolomie comme amendement alcalin et de la technique de mélange (sur l’ensemble de la couche de résidus ou sur la partie supérieure uniquement).

Abstract

Acid mine drainage (AMD) is an important pollution source. It is generated by oxidation of sulfide minerals when present in mine waste. To control this phenomenon, many reclamation methods were developed to control the presence of the two main ingredients of the sulfide oxidation reaction: oxygen and water. Covers with capillary barrier affects (CCBE) are multi-layer cover systems that act as an oxygen barrier when installed on top of mine waste. Previous studies showed the efficiency of well designed CCBEs to control AMD from typical sulfide mine tailings (Aubertin et al., 1997; Bussière et al., 2003; Dagenais et al., 2005). However, its performance is lower than expected when it is used to reclaim highly reactive tailings. The study from Kalonji-Kabambi et al. (2020a; b) showed that iron and zinc concentrations in leachates can still be greater than typical regulation criteria for mining effluents (between 10 and 100 mg/L). Highly reactive tailings are characterized by low proportion of neutralizing minerals, high proportion of sulfur minerals (higher than 30%), and a capacity to decrease the leachates pH to a value around 2 (Kalonji-Kabambi, 2020). The main objective of this study is to modify physically the CCBE and/or chemically the highly reactive tailings to improve the CCBE efficiency when used on highly reactive tailings. Three approaches were tested: (i) physical modification of the CCBE by adding a geosynthetic clay liner (GCL) at the base of the moisture retention layer (MRL); (ii) chemical modification by adding a neutralizing amendment (dolomite) in the reactive tailings layer underneath the CCBE and; (iii) chemical and physical modifications by adding an amended layer and the GCL. Experimental laboratory columns were built with the three modified CCBE scenarios to assess the hydrogeochemical evolution of those scenarios. Columns were equipped with probes (suction and volumetric water content) and leachates collector (bottle), in order to monitor the hydrogeological and geochemical evolution during a testing period of a year. Five control columns were also built, one of them was composed of the highly reactive tailings alone and exposed. The four other control columns were constructed to assess the performance of calcite and dolomite as alkaline materials and of the blending techniques (all tailings layer or only the upper part of it). It is worth mentioning that a small-scale study with mini-weathering cells was also performed to help identifying the best alkaline material to be used as amendment and to assess the impact of the neutralizing amendment ratio on the water quality.