Activation mécanique et chimique des scories de cuivre de la Fonderie Horne en vue de leur valorisation comme ajout cimentaire dans les remblais miniers en pâte cimentés

« RÉSUMÉ : L’utilisation du remblai minier en pâte cimenté (RPC) est devenue une pratique incontournable dans les mines souterraines, grâce à ses nombreux avantages en termes de productivité, de sécurité des travailleurs et de réduction de l’impact environnemental sur les sites miniers. Cependant, la hausse continue des coûts du ciment Portland et des ajouts cimentaires, notamment le laitier de haut fourneau granulé et broyé (GGBFS ou slag), rend ce matériau de plus en plus onéreux. Dans de nombreux cas, les liants (ciments et ajouts cimentaires) représentent plus de 75% des coûts totaux liés aux opérations de remblayage. Pour faire face à cette problématique tout en maintenant les performances du RPC, il est crucial de développer des liants alternatifs qui offrent des propriétés mécaniques satisfaisantes à moindre coût. Une des voies prometteuses consiste à optimiser les formulations en intégrant des matériaux aluminosilicatés disponibles localement, comme les scories de cuivre (CS) de la Fonderie Horne. Cette voie permettrait de réduire le coût global des liants et les émissions de CO2 liées à la production du clinker servant à la fabrication du ciment Portland, tout en diminuant l’exploitation excessive des ressources naturelles non renouvelables (argiles, gypse, calcaire, etc.). En outre, cette voie de valorisation contribuera à la résolution des problèmes environnementaux liés au stockage en surface des scories, considérées comme des matériaux potentiellement dangereux. Dans ce contexte, l’objectif principal de ce projet de maîtrise est d’optimiser différentes stratégies d’activation de la capacité pouzzolanique de trois types de CS issues de la Fonderie Horne, située à proximité des mines abitibiennes. Cela permettrait de valoriser ces scories en tant qu’ajouts cimentaires dans la fabrication de remblais en pâte cimentée (RPC). Pour ce faire, il est nécessaire d’évaluer l’effet de différentes méthodes d’activation, telles que le broyage mécanique et l’activation chimique. Ces approches reposent sur l’utilisation de divers agents, tels que le Na₂SO₄, le NaOH, ainsi que des sous-produits industriels à faible coût, comme la poussière de four à chaux (LKD) et la poussière de l’épurateur à sec circulant (CDSD). Ces agents permettent notamment une substitution partielle du ciment Portland (GU) par CS activées.»

Abstract

« ABSTRACT : The use of cemented paste backfill (CPB) has become a key practice in underground mining operations due to its numerous advantages in terms of productivity, worker safety, and reduction of the environmental footprint at mine sites. However, the continuous increase in the cost of Portland cement and supplementary cementitious materials (SCMs), such as ground granulated blast furnace slag (GGBFS or slag), is making CPB increasingly expensive. In many cases, binders (cement and SCMs) account for more than 75% of the total backfilling costs. To address this challenge while maintaining CPB performance, it is essential to develop alternative binders that are both cost-effective and mechanically reliable. A promising approach involves optimizing binder formulations using locally available aluminosilicate materials, such as copper slag (CS) from the Horne Smelter. This strategy would help reduce binder costs and CO₂ emissions associated with clinker production, while limiting the overexploitation of non-renewable natural resources (e.g., clay, gypsum, limestone). Furthermore, valorizing CS contributes to solving the environmental problems related to surface storage of these potentially hazardous materials. In this context, the main objective of this master’s research project was to optimize various activation strategies to enhance the pozzolanic reactivity of three types of copper slag (CS2, CS3, and CS4) produced by the Horne Smelter, located near Abitibi mining operations. The goal was to valorize these slags as supplementary cementitious materials in the production of CPB. This involved evaluating the effects of different activation methods, including mechanical grinding and chemical activation. These methods employed various agents, such as Na₂SO₄, NaOH, and low-cost industrial by-products like lime kiln dust (LKD) and circulating dry scrubber dust (CDSD), enabling partial replacement of Portland cement (GU) with activated CS.»