INNOVATIONS EN ENVIRONNEMENT MINIER : ENTRE GESTION ...

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    05-Jan-2017

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INNOVATIONS EN ENVIRONNEMENT MINIER :ENTRE GESTION INTEGRE EN AMONT ETRESTAURATION EN AVALPar Mostafa BENZAAZOUA, PhDProfesseur titulaire Universit du Quebec (UQAT)Introduction : Impactsenvironnementauxde lindustrie minire3IntroductionPour beaucoup de pays, lindustrie minire constitueun bonne part de leur PIB;Les mines exploitent divers types de gisementsmais laissent en fin de procds dimportantesquantits de rejets solides et liquides;Une mine doit grer ses rejets sur le site mme;La bonne gestion de leau en surface est essentielle;tente de minimiser son utilisation et de la rutiliserautant que possible;Il faut traiter leau leffluent final, si elle ne respectepas les critres environnementaux.4IntroductionEn termes de gestion des rejets miniers on peutsans trop faire derreurs dire que lanne 1990 a tun tournant ici au CanadaDmarrage du programme NEDEM (MEND enanglais): vaste programme de R&D dans le domainede lenvironnement minier;Ca a permit de progresser significativement lesconnaissances qui sous-tendent la gestion et lecomportement des rejets et la restauration des sitesminiers;On voudrait tendre vers des mines plus propres(clean mines).5IntroductionA lUQAT (Rputation de renomme mondiale)URSTM Unit de recherche et de service en technologieminrale: beaucoup de projet en environnement minier;La chaire industrielle Ecole Polytechnique UQAT en Gestion etrestauration des sites miniers (M Aubertin et B Bussire);Chaire de recherche du Canada en Restauration des siresminiers abandonns (B Bussire).Chaire de recherche du Canada en Gestion intgre des rejetsminiers (M Benzaazoua)Chaire internationale du CRDI en Gestion et stabilisation desrejets miniers et industriels (M Benzaazoua et Rachid Hakkou)Chaire de recherche du Canada en Tacitement passif des eauxminires (C Neculita)Institut de Recherche en Mines et EnvironnementGestion conventionnelle des rejets6Parc rsidus Bassin de dcantationUT eauxMineHalde striles ConcentrateurConcentrs, lingots Striles/MineraisEmpreinte cologiqueSurfaceExploitationPilliersBouesIntroduction: origine des rejetsMine COMine ST71000 kg de minerai donne5-10 g dAu, et engendre4 5 tonnes de rejets solides et liquides.Minerai/TeneurTonnage extrait/MineraiIntroduction: origine des rejets8INNOVATION MAJEURE: Il faut aborder laproblmatique environnementale toutesles tapes de la vie dune mine :Exploration et dveloppement: prdiction.Exploitation: prvention, rutilisation et contrle.Fermeture (aprs mine): contrle long terme.Approvisionnement montaire tout le long delexploitation: on ne veut plus de site abandonnsIntroduction9Dposition de rejets en surfaceRsidus de concentrateurStrilesBouesContamination des eauxSous terre : eau dexhaureEn surface : Drainage neutre et acide, eaux de procd,etc.Autres nuisancesPoussiresBruitsEsthtiqueIntroduction: Principaux impacts10Traitement ncessaire sicritres environnementaux nonrespects (Directive 019)Leau dans la mineSite contrlet tanchifi!!!Car leau est laprincipale source dediffusion de lacontamination11Aspects environnementaux trs varisPour les rejets solides : DMASulfure mtallique ? : MxSyMineraissulfursConcentrsulfurTraitementRejetsulfurParcs rsidusHaldes strilesSulfurede valeur ou strileStrilessulfursDrainage minier acide (DMA)Systme industriel linaire12Exemple: Site Manitou (abandonn), situ prs de Val-dOr (Canada)Exemples de DMA13Zone dpanchementExemple: Site Manitou (abandonn), situ prs de Val-dOr (Canada)Exemples de DMA14Problmatique grande chelleExemple: Site Aldermach (abandonn), situ prs de Rouyn-Noranda (Canada)Exemples de DMA15Loxydation directe :2FeS2 + 7 O2 + 2 H2O 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+Loxydation indirecte :2Fe2+ + 1/2O2 + 2H+ 2Fe3+ + H2OFe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O 15 Fe2+ + 2SO42- + 16 H+Raction globale :FeS2 + 15/4O2 + 7/2H2O Fe(OH)3 + 2H2SO4Oxydation des sulfures: Drainage minier acide (DMA)bactriesDrainage minier acide (DMA)TRITEMENT DES EAUX ACIDES NECESSAIRETrs couteux!!!pH AcidespH Neutres16Loxydation directe :2FeS2 + 7 O2 + 2 H2O 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+Loxydation indirecte :2Fe2+ + 1/2O2 + 2H+ 2Fe3+ + H2OFe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+FeS2 + 14Fe3+ + 8H2O 15 Fe2+ + 2SO42- + 16 H+Raction globale :FeS2 + 15/4O2 + 7/2H2O Fe(OH)3 + 2H2SO4Oxydation des sulfures: Drainage minier acide (DMA)Barrire O2Barrire l eauliminer S Recouvrement en eauRecouvrement en matriaux naturelsbactriesDrainage minier acide (DMA)pH AcidespH Neutres17La responsabilit environnementale duneexploitation minire ne s'arrte pas la prioded'exploitation; demeure prsente aprs lafermeture du site; la fin de la vie de la mine, il faut remettre en tatle site en procdant au dmantlement desinfrastructures et la restauration des airesd'entreposage des rejets; (Empreinte cologique)Cette restauration engendre des cots levs, etdes dfis techniques et pratiques.Aprs mineDivers modes de gestiondes rejets miniersModes de gestionconventionnels19Les eaux de mine : diffrents types decontaminants;Classifis selon:Solubles : acides gnrs par le DMA, mtauxlourds et contaminants provenant du traitementdu minerai (cyanures, agents de traitement,thiosels).Non solubles : particules en suspensionRadioactifs : radium, thorium et du plomb 210Si les eaux sont contamines, il faut les traiterde faon respecter les lois et les rglements.Traitement actif surtout (chaullage)Rejets miniers liquides20Principaux rejets miniers solides gnrspar les exploitations minires sont :le mort-terrain rsultant du dcapage et del'excavation de la surface (cas de mine cielouvert);les roches striles issues des oprationsdextraction;les rejets du concentrateur produits lors dutraitement minralurgique;les boues provenant du traitement chimique deseaux.Rejets miniers solides21Les striles miniers : stocks dans deshaldes;Le mode de dposition entrane unegrande htrognit dans la halde;La principale proccupation relie auxempilements de striles est leurstabilit physique et chimique (DMA).Rejets miniers solides : striles22LaRonde, Abitibi, QcRejets miniers solides : striles23Goldstrike, NevadaSouvent, haldes de grandes dimensionsRejets miniers solides : striles24Les striles miniers : peuvent servir aussipour le remblayage des cavits souterrainespour un meilleur support de terrain + gainenvironnementalRejets miniers solides : strilesSource Miner's Toolbox25Les rejets de concentrateur : habituellementtransports sous forme de pulpe jusqu'au bassind'entreposage;Ils sont dans un tat lche et fortement satur; seconsolident lentement en raison du mode de miseen place, de sa teneur en eau initiale et de safaible conductivit hydraulique; peut entranerdes problmes de stabilit physique;Tout comme pour les striles, il peut y avoir desproblmes de DMA avec ce type de rejet (selonminralogie).Rejets miniers solides : rsidus26Rsidusdverss sousforme de pulpeRejets miniers solides : rsidus27Mont Wright,Qubec CartierInstallations de grandes dimensionsParc est une partie intgrante du complexe minierRejets miniers solides : rsidusEmpreinte cologique!28Parcs rsidus miniers (rejets de concentrateur et boues)Rejets miniers solides : rsidusSite prs de Rouyn,InmetEmpreinte cologique!29Digues de retenue, avec DMARejets miniers solides : rsidus30Risques gotechniquesRuptures frquentes de digues...Rejets miniers solides : rsidus31Lorsquil y a gnration dacide durant lopration,il faut traiter leau afin de respecter les normesenvironnementales;Habituellement, on a recours au traitementchimique qui produit des boues de traitement;Ces boues doivent tre entreposes de faonconvenable, mais prennent de la place!;On connat peu leurs proprits physiques, et leurstabilit chimique long terme.Boues de traitement32 Dposition deboues Parfoisredposes dans leparc rsidusBoues de traitementDivers modes de gestiondes rejets miniersModes de gestionrcents34Dsulfuration des rsidus miniersDsulfuration environnementaleRsidu initialGnrateur dacideRejet dsulfurNon gnrateur dacideConcentr de sulfuresAPNPAP NP AP + Securit = NPV0VfVf20 kg CaCO3/tAGP=NP/AP>235Dsulfuration: Faisabilit technique et conomique01002003004005006007008000 200 400 600NP, kg CaCO3/tAP, kg CaCO3/tAcid generatinguncertain zoneNP/AP=1NP/AP=2PMGD Non-acid generating0204060801000 2 4 6 8 10 12Time, min.Sulphur recovery, % 4.8 g/t12 g/t24 g/t48 g/t120 g/t240 g/t 05101520250 2 4 6 8 10 12Time, min.Residual sulphur, wt% 4.8 g/t12 g/t24 g/t48 g/t120 g/t240 g/t Flottation comme technique Importance du temps de flottation Importance de la concentration en collecteur Importance de conditions opratoires : pH, EhDsulfuration des rsidus miniersDesulphurizedtailingsInitialtailings Sulphideconcentrate36SouterrainSurfaceGestion des rejets miniersRemblayage minier% Solide lev37Rsidus en remblai en pte souterrainUsine deremblaiTransport pompage,gravitRsidusCimentEauChambresPiliers?Plusieurs avantages:- conomie,- support de terrain,- environnement, etc.TransportabilitRsistance mcaniqueStabilit chimiqueCots38Rejets paissis Bulyanhulu(Tanzanie)Rsidus en remblai en pte de surface39Disposition en surface des rejets miniers sulfureuxsous forme de pteSite Buyanhulu (Tanzanie)Rsidus en remblai en pte de surface40Disposition en surface des rejets miniers sulfureuxsous forme de pteRejets demeurent saturs en profondeur Possibilit dajout de cimentsRsidus en remblai en pte de surface41Potentiel dinclusion des boues de traitement (HDS,rouges) dans les RMPCGestion des boues dans les remblaisMlange Zn (mg/L)Rsidus 0.991PC10-50 2% 0.037PC10-50 5% 0.015PC10-50 7% 0.010PC10-laitier 2% < 0.02PC10-laitier 5% < 0.02PC10-laitier 7% < 0.02Rsistance mcanique Lixiviation0500100015002000250030000 28 56 84 112 140 168 196Curing time (days)Strength (kPa)a)7% T10-T507% T10-T50,Mat A 0.15%7% T10-T50,Mat A 0.30%7% T10-T50,Mat B 0.15%7% T10-T50,Mat B 0.30%7% T10-T50,Mat C 0.15%7% T10-T50,Mat C 0.30%7% T10-Slag7% T10-Slag,Mat A 0.15%7%T10-Slag,Mat A 0.30%7%T10-Slag,Mat B 0.15%7%T10-Slag,Mat B 0.30%7%T10-Slag,Mat C 0.15%7%T10-Slag,Mat C 0.30%Intressant !42Potentiel de recyclage de certains mtaux comme lecuivre dans les boues de traitement (Degussa)Valorisation des boues de traitement430 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200020406080100Dissolution, %Temps de contact, mn Cu CaValorisation des boues de traitementBonne slectivit de mise en solution par lacidesulfurique du cuivre par rapport au calcium.La cintique de mise en solution est totale et rapide,Le solide rsiduel = gypse, avec de trs faibles teneursen mtaux lourds.Le cuivre pass en solution peut tre extrait soit pardiverses mthodes44Trois faons de faire (Bussire, 2005):1- Les rejets de concentrateur et les striles minierssont pralablement mlangs puis dposs2- Les rejets de concentrateur sont dpos encouche intercalant les striles miniers3- Les striles miniers sont dposs dans les pacs rsidus.Rsidus + striles = co-dispositionDiffrentes mthodes derestauration46Restauration et fermeture de sitesObjectif : remettre le site dans un tatsatisfaisant 1.liminer les risques et assurer la scurit2.Limiter la production et la propagation desubstances polluantes (DMA).3. Remettre le site dans un tat visuellementacceptable et mme rutilisable.47Techniques prouves pour la prvention dela production du DMA?Doivent: liminer, ou du moins de rduire niveaux trs faibles la disponibilit : eau sulfures air (ou de loxygne) bactries ?Restauration et fermeture de sites48Appropri en climats humidesAppropri en climats (semi) arides(Aubertin et al. 2002)Restauration et fermeture de sites49Barrires de recouvrementsFonction principale: empcher les changes entre les rejets et lextrieur; rduire les infiltrations deau; contrler la migration des gaz.Doit satisfaire diverses exigences, notamment : rsister aux phnomnes drosion ; assurer un ruissellement contrl ; stabiliser les surfaces ; viter les accumulations deau ; rtablir lesthtique du site ; faciliter toute utilisation future du terrain.Restauration et fermeture de sites50Barrires hydrogologiques et entreposage des rejetsRestauration et fermeture de sites51Rsidus miniersdigueCouvertureCouvertures schesMonocoucheMulticouchesO2O2Rejets NeutresRejets Acides52Restauration par recouvrement en eauOptions possibles: Dpt subaquatique: Construire les infrastructurestanches avant la mise en opration et dposer lesrsidus frais directement dans leau ( ex. Louvicourt). Utiliser des ouvertures souterraines (chantiers et galeries demines souterraines) ou ouvertures en surface (mines cielouvert) comme rservoir. Inondation de rsidus: couverture aqueuse estrige aprs la vie de la mine (ex. : Solbec-Cupra);possibilit que les rsidus miniers aient djcommenc soxyder; peut nuire lefficacit de lacouverture.Restauration et fermeture de sites53Dpt subaquatiqueEnnoiement Louvicourt (96 ha)1m deau par-dessus les rejets2.5 km de diguesRestauration et fermeture de sites54Inondation de rsidusRestauration et fermeture de sites55 Tous les terrains ayant connu une activit miniredoivent tre remis en vgtation. La mise en vgtation vise contrler l'rosion (eauet air) et redonner au site minier son aspectnaturel. Les caractristiques de la vgtation mise en placedoivent se rapprocher de celles que prsente lavgtation du milieu environnant l'exception de lavgtation de dpart, cest--dire qui permetd'tablir le substrat organique.Revgtation des sitesRestauration et fermeture de sites56Restauration et fermeture de sitesRecouvrementCEBC du site LTA57Site Lorraine; restaur avec recouvrement CEBCRestauration et fermeture de sites58Site minier Capelton restaur avecrsidus de dsencrage et revgtRestauration et fermeture de sitesNotion de gestion intgre desrejets miniers60Avoir le moins de rejets problmatiquesen surfaceRutiliser le plus de rejets sous forme deremblais ou dans des couverturesRutiliser le plus deau dans le procd ettraiter au mieux leffluent finalValoriser le plus possible des rejets dotsde valeursGestion intgre : objectifsEn dautres termes, il faut viserdes mines propres (Clean mines)61CouverturesCouche de rtentionFraction dsulfureStockage localisen surfaceFraction sulfureDsulfurationpar flottationRemblayage souterrain Remblayage en surfaceFabrication deremblaisRsidusgnrateurs d'aciditProcd de traitementFlottation, cyanuration ...MineraisMine souterraineExtraction minerais Striles francs etde dcouvertureConcentrs mtauxStabilisation-solidificationLe moins de pnalits !Hydrocyclonage ?Recyclages ?Besoin pour le remblai ?Parcs rsidusceinturs de diguesGestion intgre des rejets miniers62Aspects environnementaux trs varisPour les rejets solides : DMASulfure mtallique ? : MxSyMineraissulfursConcentrsulfurTraitementRejetsulfurParcs rsidusHaldes strilesSulfurede valeur ou strileStrilessulfursDrainage minier acide (DMA)Systme industriel linaire63Aspects environnementaux trs varisPour les rejets solides : DMASulfure mtallique ? : MxSyMineraissulfursConcentrsulfurTraitementRemblaiscimentsRemblayagesouterrainRejetsulfurParcs rsidusHaldes strilesSous terreSulfurede valeur ou strileStrilessulfursDrainage minier acide (DMA)Systme industriel circulaire INNOVATION!Gestion conventionnelle des rejets64Parc rsidus Bassin de dcantationUT eauxMineHalde striles ConcentrateurConcentrs, lingots Striles/MineraisEmpreinte cologiqueSurfaceExploitationPilliersBouesIntroduction: origine des rejetsGestion integre des rejets65Parc rsidus (petit et - problmatique)MineConcentrateurConcentrs, lingots Striles/MineraisEmpreinte cologiqueSurfaceExploitationIntroduction: origine des rejets66Avantages et inconvnientsGestion intgre en amont Gestion conventionnelleFacteurs TechniquesSparation de la fraction polluante par dsulfuration La totalit des rsidus sont problmatiquesMeilleur support souterrain grce au remblai Support de terrain amoindri cause des videsPas de DMA traiter DMA traiter si les rejets sont ractifsPossibilit de produire in-situ du matriel pour une couverture Faut sapprovisionner du matriel pour une couvertureFacteurs conomiquesParc de moindre superficie Grande superficie du parcMoins de digues Plus de digues souvent hautes et dangereusesDpenses de restauration lors de lopration Dpenses de restauration essentiellement post-oprationMeilleure exploitation du gisement sous terre Exploitation incomplte du gisement et surtout des piliersFacteurs EnvironnementauxFaible superficie perturbe Grande superficie perturbeProduction de drainage minier quasi absente Risque de gnration de drainage minierMoins de risque cause de la stabilit des digues Risque de rupture de digues en cas de mauvais designMeilleure gestion de leau Plus de consommation deau fraiche sur le siteRecyclage et valorisation possible des boues de traitement Gestion des boues de traitement ncessaireStabilisation de rejets sous terre par les ciments Eaux dexhaure traiterExemple fictif68Mine polymtallique: Gestion/restaurationObjectif : Comparer diffrents scnarios degestion/restauration dun site minierMthodologie : valuation des couts de gestiondes rsidus ($/m3) pour une nouvelle mine o lePGA est prouv. Quatre scenarios ont ttudis:InondationCouverture scheDsulfuration de la totalit des rsidus miniersDsulfuration dune partie des rsidus miniersBois, Poirier, Benzaazoua and Bussire, 200569Caractristiques de la mine fictive choisiepour ltude comparative de diffrentsscnarios de gestion/restaurationOre reserves 25 M m.t.Ore Grades 3,5% Cu (chalcopyrite)2,5% Zn (sphalerite)1 g/t AuTailings Sulphide content 24 % before desulphurisationNeutralisation potential 40, 90 and 140 kg CaCO3/t (3 scenarios)Mill capacity 6 000 m.t./dayMining method Underground mine, backfilled stopesBackfill 50% of total tailings used as paste backfillMine polymtallique: Gestion/restauration70Site 1 Site prs dune valleMine polymtallique: Gestion/restauration71Site 2 Site topographie plateMine polymtallique: Gestion/restauration72Couverture sche (CEBC) paisseur de la couverture variant entre 1,1 1,5 m. Matriaux de construction viennent dune carrire situeentre 1,5 et 7 km du site.Mine polymtallique: Gestion/restauration73Couverture deau Stockage des rejets sous eau pour prvenirloxydation des sulfures Lpaisseur de la couverture deau varie entre 0,8 et1,2 m.Mine polymtallique: Gestion/restauration74Dsulfuration des rejets miniers Sparation des sulfures partir des rejets totauxutilisant la flottation afin de produite un rejetsdsulfur non PGA. Le concentr sulfureux peut tre utilis dans leremblais en pte. Diffrents potentiels de neutralisation sont simuls:NP variant de 40 140 kg CaCO3/t.Mine polymtallique: Gestion/restauration75Dsulfuration dune partie des rejets miniers Les rejets sont dsulfurs uniquement durantles dernires annes de lopration, pourproduire un couvert sec non PGA. La couverture estsense maintenir une nappe phratique surleve, quimaintiendra les rejet du bas (PGA) toujours saturs. Comme la prcdente option, quelquesinvestissements en capital sont ncessaires mais descouts dopration bas.Mine polymtallique: Gestion/restauration760,75 $ 1,00 $ 1,25 $ 1,50 $ 1,75 $Cost estimation per metric tonUnderwater disposalPartial desulphurisationComplete desulphurisationCCBE CouvertureInondationDsulfurationIntrt de la dsulfuration comme techniqueconomique et environnementaleMine polymtallique: Gestion/restauration1. Linondation et la dsulfuration partielle sont les plus conomiques.2. La dsulfuration totale est viable quand la construction de digues est chre.3. Il existe un large champs o les diffrentes techniques sont comparablesdun point de vue conomique, donc lavantage environnemental permettrade les dpartager.Conclusion : Avantagesdune gestion intgredes rejets miniers78ConclusionLe vieux dicton : Vaut mieux prvenirque gurir , est vrai aussi pourlexploitation minire !Toute exploitation doit envisager unemeilleure gestion et un meilleur contrledes impacts environnementaux durantlopration !Cette faon de faire facilitera la fermeturede site, et surtout conomiquement, ellepeut tre trs avantageuse !79Unit de recherche et de service en technologieminrale UQATChaire de recherche du Canada en Gestionintgre des rejets miniers sulfureux parremblayage UQATChaire industrielle CRNSG Poly-UQAT enEnvironnement et gestion des rejets miniersFin : questionset discussions .

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