Étude expérimentale et numérique du comportement hydro-géochimique de recouvrements placés sur des résidus sulfureux partiellement oxydés

Les résidus miniers produits par le concentrateur sont généralement entreposés dans des parcs à résidus, en surface. Les minéraux sulfureux qu'ils contiennent parfois (pyrite, pyrrhotite, arsénopyrite, etc.) peuvent réagir avec l'oxygène de l'air et l'eau pour former du drainage minier acide (DMA), caractérisé par un pH faible, une conductivité électrique élevée, et d'importantes concentrations en sulfates et en métaux lourds. Les méthodes de restauration applicables à la fermeture des sites visent à limiter l'accès de l'eau ou de l'oxygène aux résidus réactifs. En climat humide, on peut limiter le mouvement de l'oxygène vers les résidus avec des couvertures en eau, des couvertures à effets de barrière capillaire (CEBC) ou encore en utilisant la méthode de la nappe surélevée. Chacune de ces techniques nécessite une étude particulière pour être adaptée et optimisée pour le site étudié. Les travaux de restauration devraient être bien planifiés avant la fermeture du site et mis en place dès la fin des opérations ou rapidement après. Les parcs à résidus longtemps exposés aux intempéries sont souvent déjà partiellement oxydés lorsque les travaux de restauration débutent. Dès lors, le choix de la méthode de recouvrement nécessite de prendre en compte le passif de contamination, en particulier lorsque le pH de l'eau interstitielle est suffisamment bas pour permettre aux ions ferriques en solution d'oxyder de façon indirecte les minéraux sulfureux. La présente étude se concentre sur l'évaluation de techniques de restauration appliquées à deux parcs à résidus miniers partiellement oxydés. Pour le site Manitou, près de Val d'Or, la méthode de restauration retenue consiste à installer sur les résidus réactifs une couverture de résidus légèrement alcalins et non générateurs d'acide, couplée à une remontée de la nappe. Pour le site Selbaie, situé au nord de La Sarre, au Québec, le parc à résidus a été partiellement restauré au moyen d'une couverture monocouche de moraine (till) de 1 à 2 mètres d'épaisseur. Ces résidus réactifs ont aussi été partiellement oxydés et l'eau d'exhaure est acide et contaminée et doit être traitée à la chaux avant d'être retournée dans l'environnement.

Abstract

Mine tailings, produced during ore treatment, are usually stored at surface disposal sites. The iron sulfides (pyrite, pyrrhotite, arsenopyrite, etc.) that the tailings may contain can react with oxygen and water to generate acid mine drainage (AMD). The resulting acidic effluent is generally characterized by high concentrations of dissolved metals and sulfates, a low pH and a high electrical conductivity. Reclamation methods at mine closure mainly tend to inhibit access of water or oxygen to the sulfide minerals. In humid climates, oxygen access can be decreased using water covers, covers with capillary barrier effects, or an elevated water table. Each technique needs to be adapted for the specific site conditions so that the design can be optimized. Reclamation work should be planned well ahead of the site closure and implemented near the end of operation or shortly thereafter to maximize efficiency. Old tailings sites that have been left exposed for some time typically include tailings that have been altered before the reclamation work starts. In such cases, the selected reclamation technique must take into account the contamination history of the site, especially when the pH of the leachate is low enough to maintain ferric ions in solution, which can then indirectly oxidize iron sulphide minerals. This study focuses on the evaluation of the efficiency of several reclamation methods applied to two partially oxidized tailings impoundments. At the Manitou mine site, located near Val-d'Or, Québec, the adopted reclamation method consists of adding a layer of slightly alkaline (non acid generating) tailings onto the surface, together with an elevated water table. For the Selbaie mine site, located north of La Sarre, Quebec, the impoundment has already been covered by a 1 m to 2 m thick monolayer cover made of till. The reactive tailings have also been partially oxidized and the discharge water is acidic and contaminated, and has to be lime-treated. Reactive tailings and cover material (till) samples were collected in situ in 2007 from both disposal sites. Non acid-generating tailings were provided by the Goldex mine. These materials have been characterized in the laboratory to define their hydrogeological and geochemical properties (water retention curves, saturated hydraulic conductivity, oxygen diffusion and consumption parameters, mineralogical compositions, total C and S contents, etc.).