Évaluation de la performance des polymères super-absorbants comme alternative de déshumidification des résidus miniers en pulpe avant leur entreposage en surface ou sous terre


Traditionnellement, les résidus miniers (RM) générés par l'exploitation minière sont transportés sous forme de pulpe (pourcentage de solides cW% de 50%) vers des aires d'entreposage ceinturées de digues (parcs à résidus). Ces digues peuvent parfois rompre suite à des défaillances entraînant le déversement des RM causant de nombreux dégâts matériels et des impacts environnementaux majeurs. L'un des facteurs communs pour les défaillances semble être la façon dont l'eau était stockée dans le parc à résidus. L'industrie minière a alors commencé à envisager d'autres solutions dont la déshumidification des RM avant leur dépôt en surface (résidus densifiés). Une autre alternative de gestion des RM consiste à les retourner sous terre sous forme de remblai en pâte cimenté (RPC) pour le comblement des vides.

Plusieurs techniques existent pour la densification des résidus en pulpe. Mais, vu que les minerais sont broyés de plus en plus finement pour un maximum de récupération des métaux, ces techniques de densification s'avèrent parfois incapables d'atteindre le cW% ciblé. Lorsque la cible n'est pas atteinte, les parcs à résidus se remplissent plus rapidement que prévu, engendrant ainsi un excédent d'eau à gérer et des risques de défaillances (rupture des digues, etc.).

Afin de remédier à ce problème, l'objectif principal de ce projet était d'évaluer la performance des polymères super-absorbants (PSA) comme une nouvelle alternative de déshumidification et de densification des RM en pulpe avant leur entreposage en surface ou sous terre.

Dans la présente étude, huit différents types de PSA (no 1 à no 8), de type polyacrylate de sodium, ont été utilisés afin d'évaluer leur performance en matière de capacité d'absorption et de rétention des eaux minières en vue de la déshumidification et de la densification des RM en pulpe. Ces pulpes de résidus ont été échantillonnées sur quatre sites miniers : Mine Canadian Malartic (MCM), Westwood (WW), LaRonde (LRD) et Goldex (GLX). En fixant un cW% cible de 68% (RM épaissit) pour la mine MCM, les résultats obtenus montrent que cette cible était atteinte en utilisant un dosage entre 6 et 30 kg de PSA/t de RM en pulpe, à partir de RM en pulpe ayant un cW% initial compris entre 25 et 50% (essaie par trempage à l'aide de sacs de géotextile). De plus, en augmentant cette plage de dosage a entre 10 et 40 kg/t, il a été possible d'obtenir des résidus densifiés ayant la consistance de pâte (cW% entre 72 et 75%). Toutefois, cette capacité de déshumidification des RM en pulpe dépend du pH et de la chimie des eaux minières. En effet, les résultats montrent que la capacité de densification des RM en pulpe avec le PSA#1 pouvait diminuer entre 13 et 22% en présence de chlorures (KCl > MgCl2 > CaCl2 > FeCl3), et entre 14 et 24% en présence de sulfates (K2SO4 > MgSO4 > Fe2[SO4]3).

Les résultats montrent clairement que la performance des PSA dépend de la charge ionique de l'eau minière testée. De plus, il a été observé que le PSA#7 pouvait « séquestrer » certains éléments chimiques par le biais d'échanges ioniques et de sorption. Le pH optimal pour une meilleure séquestration serait de 5. Après 2 cycles de gel/dégel, l'hydrogel formé avec le PSA#7 avait perdu 44% de sa masse avec l'eau minière de MCM, comparativement à 29% avec l'eau désionisée. En ce qui concerne l'ajout des PSA directement dans les RM en pulpe afin de les densifier (ex. : fabrication du RPC), les résultats montrent que, pour des dosages de PSA#1 dans la gamme 8 – 10 kg/t, il a été possible d'avoir un mélange PSA-résidus MCM avec cW% final compris entre 75% et 81% après seulement 15 minutes (cW% initial = 50%).

Même si ce projet de recherche a confirmé que les PSAs constituaient une alternative attrayante pour l'industrie minière en ce qui concerne la gestion écoresponsable des résidus en pulpe destinés au stockage en surface ou au remblayage souterrain, de nombreuses interrogations subsistent quant à la mise en œuvre de cette technique à grande échelle.

Chercheur responsable

Tikou Belem, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue

Équipe de recherche

  • Jean-François Lemay, Centre national en électrochimie et en technologie environnementales (CNETE)
  • Abdelkabir Maqsoud, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue
  • Mamert Mbonimpa, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue
  • Ammar Yahia, Université de Sherbrooke
  • Tikou Belem, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue

Durée

3 ans

Montant

300 000 $

Partenaire financier

  • Ministère de l'Énergie et des Ressources naturelles

Appel de propositions

Développement durable du secteur minier