Évaluation de la ségrégation dans deux parcs à résidus inactifs situés en Abitibi

Le dépôt hydraulique des rejets (avec un pourcentage massique solide ≤ 45 %) dans les parcs à résidus peut être accompagné de la ségrégation qui est la différenciation granulométrique, chimique, minéralogique et hydrogéotechnique observée le long du parc de la digue de dépôt jusqu'à l'étang d'eau. Ainsi, la ségrégation peut affecter la performance de la technique de la nappe phréatique surélevée (NPS) avec une monocouche de protection en favorisant, par exemple, la baisse du degré de saturation dans les résidus plus grossiers de la zone proche du point de dépôt. La variation des paramètres physiques, chimiques, minéralogiques et hydrogéotechniques devrait être considérée dans la conception de la technique de la nappe phréatique surélevée avec une monocouche de protection. L'objectif du projet de recherche est d'évaluer l'ampleur de la ségrégation dans les parcs à résidus miniers non actifs en déterminant la distribution spatiale des paramètres physiques, chimiques, minéralogiques et hydrogéotechniques des résidus échantillonnés au niveau de 12 stations reparties en 3 rangées sur le parc 3 Est Doyon/Westwood et sur le parc 3 du site Manitou /Goldex. Les rangées sont désignées R1, R2, R3. Les stations sur chaque rangée sont S1, S2, S3, S4 sachant que S1 est la plus proche de la digue et S4 la plus éloignée. Au niveau des zones étudiées sur les deux sites, ces propriétés ne sont pas distinctivement distribuées en réponse à la ségrégation comme décrit théoriquement dans la littérature et comme escompté. Sur le parc 3 Est Doyon, une stratification de résidus de couleur différente a été observée. Chaque échantillon de résidus a été repéré par sa position par rapport à la surface du parc. Les analyses physiques ont été effectuées sur 121 échantillons. Les résidus de la zone d'échantillonnage sont fins. En effet, le pourcentage de fines (P80) est globalement supérieur à 50 % à l'exception de 11 échantillons prélevés à une profondeur comprise entre 100 et 125 cm sur différentes rangées pour lesquels P80 varie entre 26 et 48 %. La granulométrie, la densité relative des grains solides (Gs) et le pourcentage de minéraux lourds (pyrite, rutile) diminuent en s'éloignant de la digue 1 du parc 3 Est, tant en surface qu'en profondeur seulement pour les résidus d'une des trois rangées, la rangée R2 (la distribution est aléatoire pour les rangées R1 et R3). P80 variait, par exemple, pour la rangée R2 entre 28 et 80 % pour la station S1 et entre 47 et 100 % pour la station S4 situé à 67 m de S1. Le diamètre médian (D50) variait respectivement entre 29 µm et 155,2 µm et entre 12 µm et 85 µm pour ces mêmes stations. Sur une distance de 179 m qui sépare les stations S1 des rangées R2 et R3, P80 varie entre 28 et 80 % pour la station S1 de la rangée R2 et entre 38 et 93 % pour la station S1 de la rangée R3. Le pourcentage de diminution du rutile et de la pyrite sur une distance de 67 m, de la station S1 à S4 de la rangée R2, était respectivement de 38 % et 23 % à une profondeur de 50 cm et 33 % et 37 % à 125 cm de profondeur. La conductivité hydraulique (ksat) est plus élevée à la station S1 (ksat = 8,1×10-5 cm/s) et diminue progressivement vers la station S4 (ksat = 2,03×10- 5 cm/s) de la rangée R2. Les valeurs mesurées de ksat sont 8,1×10-5 cm/s, 5,2×10-5 cm/s; 2,6×10-5 cm/s; 2,03×10-5 cm/s respectivement pour les stations R2S1, R2S2, R2S3, R2S4. Ces valeurs sont néanmoins du même ordre de grandeur parce que les résidus appartiennent à la même classe granulométrique. Les pressions d'entrée d'air (ψa) obtenues successivement sur les stations S1, S2, S3 et S4 de la rangée R2 sont respectivement de 14 kPa, 19 kPa, 22 kPa et 23 kPa pour les échantillons de surface. Généralement, ψa de la station S1 est inférieur à celui de la station S4. Sur le parc 3 du site Manitou/Goldex, la monocouche faite de résidus Goldex était homogène sur 125 cm de profondeur. Les caractérisations physiques ont été effectuées sur 126 échantillons. Aucune différence significative n'a été observée après comparaison des valeurs de P80 et Gs. Globalement pour tous les échantillons, Gs varie entre 2,73 et 2,93. En effet, le pourcentage de fines (P80) global est supérieur à 50 %. La distribution de la granulométrie sur le parc était aléatoire. P80 variait entre 30 et 92 % pour la station S1 et entre 45 et 100 % pour la station S4 de la rangée R2. D50 est compris entre 15 µm et 61 µm et entre 13 µm et 93 µm pour ces mêmes stations. Ces stations S1 et S4 sont éloignées de 117 m. Sur une distance de 529 m qui sépare les rangées R1 et R3, P80 variait entre 50 et 81 % et D50 varie entre 30 µm et 104 µm au niveau de la station S1 à 60 cm de profondeur. Les résidus les plus grossiers et les plus lourds se sont déposés au niveau des stations proches de la digue 1 sur le parc 3 Est Doyon/Westwood. Les variations observées sur le parc 3 Manitou/Goldex étaient aléatoires si bien qu'une tendance claire n'a pas pu être déterminée. Pour les sites considérés, les distributions transversale et longitudinale des paramètres étudiés auraient pu être précisées davantage si la séquence de dépôt des résidus miniers et les chemins d'écoulement étaient connus.

Abstract

Hydraulic deposition of tailings (with a pulp density < 45 %) in tailings storage facilities (TSF) can be accompanied by the segregation, which is the particle size, chemical, mineralogical and hydrogeotechnical differentiation observed along the TSF from the deposition dike to the water pond. Thus, segregation may affect the performance of the elevated water table (EWT) technique coupled with a protective monolayer cover by promoting, for example, lower saturation levels in the coarser tailings in the area near the deposition point. Variation in physical, chemical, mineralogical, and hydrogeotechnical parameters should be considered in the design of the EWT technique with a protective monolayer cover if the underlying tailings and the cover tailings have been deposited hydraulically. This paper aims to evaluate the extent of segregation in non-active TSF by assessing the spatial distribution of physical, chemical, mineralogical, and hydrogeotechnical characteristics of the tailings sampled at 12 stations grouped in 3 rows at the Doyon/Westwood TSF 3 East and the Manitou/Goldex TSF 3 site. The rows were named R1, R2, R3. The stations on a row are S1, S2, S3, S4. S1 is the nearest station to the dike of the TSF and S4 is the farthest one. Over the study areas at both sites, these properties are not distinctively distributed in response to segregation as described theoretically in the literature and as expected. At Doyon TSF 3 East, a layering (by color) of different types of tailings was observed. Each tailings sample was identified by its position to the surface of the TSF. Physical testing was performed on 121 samples. No significant differences were observed after comparing the results from one station (or one row) to the next. The tailings from the sampling area are fine. Indeed, the percentage of fines (P80) is globally higher than 50% except for 11 samples (located on stations R2S1, R3S1, R1S2, R2S3, R2S4 at 100 to 125 cm depth) for which P80 varies between 26 and 48%. Nevertheless, the particle size, the specific gravity and the percentage of heavy minerals (pyrite, rutile) decrease away from dike 1, both at the surface and at depth for the tailings in row 2. P80 ranged, for instance, in row 2 (R2) from 28 to 80 % for station S1 and from 47 to 100 % for station S4. The median diameter (D50) ranged from 29 µm to 155.2 µm and from 12 µm to 85 µm for the stations previously cited. Over 179 m, P80 varied between 28 and 80% for station R2S1 and between 38 and 93% for station R3S1. D50 is between 29 µm and 155.2 µm and between 16 µm and 106.5 µm for these same locations. The mass percentage of rutile and pyrite decreases respectively by 38% and 23% from station R2S1 to R2S4 at 50 cm depth and by 33 % and 37 % at 125 cm depth. R2S1 and R2S4 are spaced of 67 m. Saturated hydraulic conductivity (ksat) is highest at station R2S1 and gradually decreases towards station R2S4. Ksat is highest at R2S1 and gradually decreases toward R2S4. The measured ksat are 8.1×10-5 cm/s, 5.2×10-5 cm/s; 2.6×10-5 cm/s; 2.03×10-5 cm/s respectively for stations R2S1, R2S2, R2S3, R2S4. The results are in the same order of magnitude because the tailings belong to the same particle size class. The predicted air entry values (ψa) obtained at R2S1, R2S2, R2S3 and R2S4 are successively 14 kpa, 19 kpa, 21 kpa, 23 kpa for samples located at the surface of the TSF. Generally, there is a decreasing tendency from S1 to S4. At Manitou TSF 3, the Goldex single-layer cover was homogeneous over a depth of 125 cm. Physical analyses were conducted on 126 samples. No significant differences were observed after comparing the results of the analyses. GS varies between 2.73 and 2.93 and the tailings in the sampling area are fine. Indeed, P80 is greater than 50%. The distribution of particle size across the TSF was random. P80 varied between 30 and 92% for R2S1 and between 45 and 100% for R2S4. D50 ranged from 15 µm to 61 µm and from 13 µm to 93 µm for these same stations. R2S1 and R2S4 are 117 m apart. Over 529 m, P80 was found between 50 and 81% and D50 between 30 µm and 104 µm from station R1S1 to R3S1 at 60 cm depth. The coarsest and heaviest tailings were deposited at stations near Dike 1 on Doyon TSF 3 East. The variations observed at TSF 3 Manitou were random so that a clear tendency could not be determined. For the sites considered, the interaction of particle size parameters with hydrogeotechnical properties and the influence of depth on physical quantities could have been further clarified if the tailings deposition sequence and flow channels could be known.