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Influence de la teneur en pyrrhotite sur le comportement physico-chimique de remblais miniers cimentésJovette GodboutCandidate au doctorat en Sciences de l’EnvironnementDirection : Bruno Bussière, Michel Aubertin et Mostafa Benzaazoua
Plan de la présentation
Introduction Contexte de l’étude Problématique Historique des travaux de la Chaire sur le sujet Justification de l’étude
Objectifs du projet Programme expérimental Premiers résultats et conclusions Travaux en cours et futurs
Contexte de l’étude
Approche de gestion des rejets miniers sulfureux durant l’exploitation → enfouissement sous forme de remblai cimenté
Partie intégrante de la plupart des exploitations minières
souterraines→ Méthode de minage
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Problématique de l’étude
Conséquences de l’instabilité chimique des remblais liée à la présence de minéraux sulfureux
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Seule la pyrrhotite mènerait au phénomène de l’auto-ignition
Historique des travaux de la Chaire sur le comportement des remblais cimentés Plusieurs travaux permettant de définir le
comportement mécanique, hydrique et environnemental des remblais en pâte cimentés
Réactivité des remblais Projet de doctorat de Serge Ouellet
Réactivité de remblais cimentés en pâte contenant de la pyrite (en laboratoire et en chantier)
Bonne corrélation entre les résultats en laboratoire et en chantier
Liant: effet bénéfique sur la réactivité des remblais contenant de la pyrite
Autres facteurs d’influence que le liant: Saturation + Passivation + Couche indurée en surface
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Historique des travaux de la Chaire sur la réactivité des remblais cimentés Benzaazoua et al. 2001 – FUQAT
Mise en évidence du phénomène d’auto-ignition dans les remblais cimentés Évaluation dans des colonnes de la réactivité de la pyrite,
de la pyrrhotite et d’un remblai cimenté contenant de la pyrrhotite
Réactivité pyrrhotite > pyrite > remblai cimenté contenant de la pyrrhotite
Facteurs d’influence: Type de sulfures – Liant – Saturation
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Justification du projet
Partenaire de la Chaire Fabrication d’un remblai avec un rejet de
concentrateur riche en pyrrhotite (produit du concentrateur 86 % Po) Mandat:
Définir le meilleur type de remblai: hydraulique ou en pâte
Propriétés de drainage différentes → Conditions de saturation différentes
Quantité de pyrrhotite admissible pour obtenir un remblai sécuritaire et performant → stable chimiquement et physiquement
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Justification du projet
Remblais formés de rejet de concentrateur contenant de la Po ≠ problématique unique Plusieurs mines touchées par cette problématique
Connaissance limitée au niveau des mécanismes d’oxydation de la Po dans les remblais et sur le potentiel d’auto-ignition des remblais en général Incompréhension des facteurs d’influence
Pas d’outil pour prédire la réactivité (ou le potentiel d’auto-ignition) des remblais cimentés sulfureux
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Objectifs du projet
Étudier la réactivité de remblais cimentés (hydrauliques et en pâte) contenant de la pyrrhotite Identifier et comprendre les facteurs
d’influence Effet du liant Effet des propriétés hydriques
Perméabilité et capacité de rétention d’eau Effet de la passivation des surfaces et de la
couche indurée formée en surface lors de l’oxydation
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Programme expérimental
Première phase des travaux - Essais en batch Évaluer le comportement physico-chimique
général des remblais cimentés (hydrauliques et en pâte) contenant de la pyrrhotite Étudier en parallèle la réactivité et la résistance
mécanique (UCS) sachant que les deux paramètres peuvent être reliés
Dégager les principaux facteurs d’influence
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Programme expérimental
Matériau 17 recettes de remblais
2 %, 4 %, 8 %, 12 %, 15% et 86 % pyrrhotite Différents types de liants utilisés dans
l’industrie : CP10, CP50, CP10 SG, CP10 FA
10 recettes de remblais hydrauliques 7 recettes de remblais en pâte
7 échantillons contrôles (sans liant) 2 %, 4 %, 8 %, 12 %, 15% et 86 % pyrrhotite
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Programme expérimental
Préparation et curage des mélanges Remblai hydraulique –
critère de design: 65 % solide -avec drainage
Remblai en pâte – critère de design: affaissement 200 mm - sans drainage
Curage à 30°C à air humide
Photo 1
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Photo 2
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Programme expérimental
Méthodes Essais de
consommation d’oxygène (CO) Couplés à des mesures
de la température et analyses des gaz (O2 et SO2) au chromatographe
Essais de résistance en compression uniaxe (UCS)
SeptumO2 Sensor
Thermocouples O2 Data
T° Data
Dispositif expérimental essai CO
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Programme expérimental
Méthodes Essai de consommation d’oxygène
Mesure de la diminution de la concentration de l’oxygène dans une chambre scellée à volume fixe, située au dessus du matériau réactif.
Relation entre le flux d’oxygène (qui est utilisé pour exprimer la réactivité des sulfures) et la diminution de la concentration en oxygène donnée par:
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Principaux résultats – Essais CO Réactivité des échantillons contrôles
(sans liant) • Flux d’O2 consommé peut excéder 10 000 moles/m2/année après 3 jours de mise en place•Diminution du flux d’O2 dans le temps pour tous les mélanges (entre 10 et 50 moles/m2/année )
Tendance générale: plus l’échantillon contient de la pyrrhotite, plus la réactivité est importante
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Principaux résultats – Essais CO Réactivité des remblais
• L’addition de liant permet de réduire la réactivité du matériel – réduction davantage marquée dans le cas des remblais en pâte que dans le cas des remblais hydrauliques
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Principaux résultats – Essais CO Évolution de la réactivité
Remblais hydrauliques Remblais en pâte
Pic de réactivité pour les RH et les contrôles à 3 jours (cf. aux conditions de mise en place) puis diminution de la réactivité de tous les mélanges
après cette période
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Principaux résultats – Essais CO
• L’écart entre la réactivité des échantillons contrôles et celles des remblais peut excéder 10 000 moles/m2/année → effet considérable du liant dans les premiers jours de durcissement•L’écart entre la réactivité des remblais et celle des échantillons contrôles évolue dans le temps
D’autres facteurs que le liant participent à l’évolution de la réactivité dans le temps
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Principaux résultats – Essais UCS Résistance en compression uniaxiale des
remblais • En général, les remblais en pâte acquièrent des UCS plus élevées que les remblais hydrauliques•Les valeurs de UCS dépassent rarement 500 kPa pour les remblais hydrauliques alors qu’elles dépassent ces valeurs pour la majorité des mélanges de remblais en pâte
Le remblai en pâte contenant 86 % Po atteint des UCS > 2 000 kPa
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Principaux résultats – Essais UCS Évolution de la résistance en
compression uniaxiale
Remblais hydrauliques Remblais en pâte
Perte de résistance dans le temps pour tous les mélanges de remblais – davantage marquée pour les RH que les CPB - Attaque sulfatique
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
0
2
4
6
8
10
12
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
S r
K r
x2 =0.115
x2 = 1.756
b c 1
K1
D = 1
K 1 = 10b = 0.2c 1 = 0.8c 2 = 0.5x 1 = 0.5
D = 8
Principales conclusions de la première phase des travaux Évolution de la réactivité
dans le temps Facteurs d’influence
Liant + AUTRES FACTEURS Degré de saturation
Graphic illustration of the modified Collin model to predict the Kr value according to the Sr
(from Gosselin et al., 2007)
Remblais hydrauliques
Remblais en pâte
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Principales conclusions de la première phase des travaux Facteurs d’influence
Liant + AUTRES FACTEURS Couche indurée de faible porosité
Passivation des surfaces
Binary image at 200x magnification (653μm x 470μm) showing theporosity in black (epoxy) and grains in white. The black line approximates the
oxidation zone limit.(from Ouellet et al., 2005)
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Travaux en cours
Travaux en cours Caractérisation post-essais
Chimiques (analyses ICP-AES – quantification des sulfates)
Minéralogiques (DRX, ATD-ATG-DSC, MEB) Compilation des résultats
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Travaux futurs
Deuxième phase des travaux→ Comprendre en profondeur les facteurs
d’influence sur la réactivité des remblais cimentés Étude de la réactivité de la Po, de l’effet de la
passivation des surfaces et du liant Électrochimie + FTIR
Étude des propriétés hydriques Perméabilité au gaz Courbe de rétention d’eau avec des solutions
salines
1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs
Remerciements
Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail
Chaire industrielle CRSNG Polytechnique – UQAT Environnement et gestion des rejets miniers