Évaluation et prédiction de la conductivité hydraulique saturée des mélanges sol-bentonite utilisés dans la construction des structures d'entreposage des rejets miniers

La disponibilité limitée de matériaux fins à proximité des sites miniers pose des défis lors de la construction des structures de confinement et de stockage des rejets miniers, telles que les digues et les recouvrements miniers (recouvrement à faible conductivité hydraulique et couvertures à effet de barrière capillaire). Cela peut entraîner une complexité et des coûts accrus dans la construction. Une solution prometteuse réside dans l’utilisation de mélanges sol-bentonite en tant que matériaux à faible conductivité hydraulique. L’objectif principal de ce projet de recherche est d’évaluer le potentiel d’utilisation des mélanges sol-bentonite dans la construction des structures de confinement et de stockage des rejets miniers. Différents essais de caractérisation hydrogéologique ont été réalisés sur trois types de mélanges gravier-, sable- et résidu-bentonite à des teneurs en bentonite allant de 5.0 à 9.0% bentonite. Des essais de perméabilité ont été entrepris pour évaluer les effets de différents facteurs, tels que le type et la teneur de bentonite et la distribution granulométrique du matériau de base sur la conductivité hydraulique saturée (ksat) des mélanges sol-bentonite testés. De plus, des essais de gel-dégel ont été effectués pour évaluer l’influence des cycles de gel-dégel sur les ksat des différents mélanges. Les résultats obtenus montrent que les ksat des mélanges CR1-B1, CR2-B1, R-B1 et S-B1 diminuent avec l’augmentation de la teneur en bentonite. Les valeurs de ksat des mélanges CR1-B1 et CR2-B1 varient de 5.8×10-7 à 3.5×10-8 cm/s et de 7.7×10-6 à 3.6×10-7 cm/s respectivement pour des teneurs en bentonite de 5.0% à 9.0%. Et pour S-B1 et R-B1, les valeurs de ksat varient de 9.5×10-7 à 9.0 ×10-8 et 2.3×10-6 et 2.1×10-7cm/s respectivement pour les mêmes teneurs en bentonite. En plus, en comparant les valeurs ksat des mélanges CR1-B1 et CR2-B1, ayant des matériaux de base de distribution granulométrique différente, il est observé que plus la granulométrie du matériau de base est étalée, plus la valeur de ksat du mélange est faible. Il est remarqué également que le type de bentonite n’a pas d’influence significative sur la valeur de ksat des mélanges CR1-B1,CR1-B2 et CR1-B3 dans ce cas d’étude. L’impact des cycles de gel-dégel sur les ksat des mélanges CR1-B1, CR1-B2, R-B1 et S-B1 s’est avéré relativement limité, mais dépend du type de bentonite et de la granulométrie du matériau de base surtout pour les mélanges du gravier-bentonite.

Abstract

The limited availability of fine materials close to the mining sites poses challenges in the construction of mine waste confinement structures, such as dams and mining covers (low hydraulic conductivity covers and capillary barrier covers). This can lead to increase the complexity and the cost of the construction. A promising solution lies in the use of soil-bentonite mixture as low permeability materials. The main objective of this research project is to assess the potential use of soil-bentonite mixture in mine waste confinement structures. Several hydrogeological characterization tests were conducted on three types of mixture crushed rock- sand-, and tailing-bentonite with bentonite contents ranging from 5.0% to 9.0%. Permeability tests were performed to evaluate the effects of different factors, such as the type and content of bentonite and the particle size distribution of the base material, on the saturated hydraulic conductivity (ksat) of the tested soil-bentonite mixtures. Additionally, freeze-thaw tests were realized to assess the influence of freeze-thaw cycles on the ksat of the different mixtures. The results obtained showed that the ksat of CR1-B1, CR2-B1, R-B1, and S-B1 mixture decreased with the increase in the bentonite content. The ksat of CR1-B1 and CR2-B1 mixtures varied from 5.8×10-7 to 3.5×10-8 cm/s and from 7.7×10-6 to 3.6×10-7 cm/s respectively for bentonite contents of 5.0% to 9.0%, for S-B1 and T-B1 mixtures, ksat ranged from 9.5×10-7 to 9.0 ×10-8 cm/s and from 2.3×10-6 to 2.1×10-7 cm/s for the same bentonite contents. In addition, by comparing the ksat values of CR1-B1 and CR2-B1 mixtures with base materials of different particle size distribution, it’s observed that the more graded particle size of the base material, the lower the ksat of mixture. It’s also noted that the type of bentonite has no significant influence on the ksat value of CR1-B1, CR1-B2 and CR1-B3. The impact of freeze-thaw cycles on the ksat of CR1-B1, CR1-B2, R-B1, and S-B1 mixtures was relatively limited, but it depends on the type of bentonite and the particle size distribution of the base material, especially for mixtures with crushed rock in general, the characterization results indicate that CR1-B1, CR1-B2, R-B1, and S-B1 mixtures have the hydrogeological properties required to be used as low permeability materials but more work needs to be done, especially on crushed rock-bentonite mixtures.