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Influence de la teneur en pyrrhotite sur le comportement physico-chimique de remblais miniers cimentés Jovette Godbout Candidate au doctorat en Sciences.

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1 Influence de la teneur en pyrrhotite sur le comportement physico-chimique de remblais miniers cimentés Jovette Godbout Candidate au doctorat en Sciences de lEnvironnement Direction : Bruno Bussière, Michel Aubertin et Mostafa Benzaazoua

2 Plan de la présentation Introduction Contexte de létude Problématique Historique des travaux de la Chaire sur le sujet Justification de létude Objectifs du projet Programme expérimental Premiers résultats et conclusions Travaux en cours et futurs

3 Contexte de létude Approche de gestion des rejets miniers sulfureux durant lexploitation enfouissement sous forme de remblai cimenté LIANT (généralement entre 5% et 7 % de ciment Portland, cendres volantes, laitiers de hauts fourneaux) REJET DE CONCENTRATEUR (tout venant pour le remblai en pâte – déshlammé pour le remblai hydraulique. Dans le cas des RH des matériaux drainants (sable) peuvent être ajoutés au mélange EAU (pulpe entre 75 % et 85 % solide pour les remblais en pâte et entre 65 % et 75 % solide pour les remblais hydrauliques) 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

4 Problématique de létude Conséquences de linstabilité chimique des remblais liée à la présence de minéraux sulfureux ENVIRONNEMENTAL DRAINAGE MINIER ACIDE CONTAMINATION DES EAUX SOUTERRAINES STABILITÉ PHYSIQUE DES REMBLAIS ATTAQUE SULFATIQUE PERTE DE RÉSISTANCE MÉCANIQUE SANTÉ SÉCURITÉ DES TRAVAILLEURS / PRODUCTION AUTO-IGNITION DÉGAGEMENT DE GAZ TOXIQUES / ABANDON DE CHANTIERS 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 lauto-ignition

5 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 dinfluence 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

6 Historique des travaux de la Chaire sur la réactivité des remblais cimentés Benzaazoua et al – FUQAT Mise en évidence du phénomène dauto-ignition dans les remblais cimentés Évaluation dans des colonnes de la réactivité de la pyrite, de la pyrrhotite et dun remblai cimenté contenant de la pyrrhotite Réactivité pyrrhotite > pyrite > remblai cimenté contenant de la pyrrhotite Facteurs dinfluence: 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

7 Justification du projet Partenaire de la Chaire Fabrication dun 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

8 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 doxydation de la Po dans les remblais et sur le potentiel dauto-ignition des remblais en général Incompréhension des facteurs dinfluence Pas doutil pour prédire la réactivité (ou le potentiel dauto-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

9 Objectifs du projet Étudier la réactivité de remblais cimentés (hydrauliques et en pâte) contenant de la pyrrhotite Identifier et comprendre les facteurs dinfluence Effet du liant Effet des propriétés hydriques Perméabilité et capacité de rétention deau Effet de la passivation des surfaces et de la couche indurée formée en surface lors de loxydation 1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

10 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 dinfluence 1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

11 Programme expérimental Matériau 17 recettes de remblais 2 %, 4 %, 8 %, 12 %, 15% et 86 % pyrrhotite Différents types de liants utilisés dans lindustrie : CP 10, CP 50, CP 10 SG, CP 10 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

12 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 1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

13 Programme expérimental Méthodes Essais de consommation doxygène (CO) Couplés à des mesures de la température et analyses des gaz (O 2 et SO 2 ) au chromatographe Essais de résistance en compression uniaxe (UCS) Dispositif expérimental essai CO 1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

14 Programme expérimental Méthodes Essai de consommation doxygène Mesure de la diminution de la concentration de loxygène dans une chambre scellée à volume fixe, située au dessus du matériau réactif. Relation entre le flux doxygène (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

15 Principaux résultats – Essais CO Réactivité des échantillons contrôles (sans liant) Flux dO 2 consommé peut excéder moles/m 2 /année après 3 jours de mise en place Diminution du flux dO 2 dans le temps pour tous les mélanges (entre 10 et 50 moles/m 2 /année ) Tendance générale: plus léchantillon 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

16 Principaux résultats – Essais CO Réactivité des remblais Laddition 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

17 Principaux résultats – Essais CO Évolution de la réactivité Remblais hydrauliquesRemblais 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

18 Principaux résultats – Essais CO Lécart entre la réactivité des échantillons contrôles et celles des remblais peut excéder moles/m 2 /année effet considérable du liant dans les premiers jours de durcissement Lécart entre la réactivité des remblais et celle des échantillons contrôles évolue dans le temps Dautres facteurs que le liant participent à lévolution 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

19 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 quelles dépassent ces valeurs pour la majorité des mélanges de remblais en pâte Le remblai en pâte contenant 86 % Po atteint des UCS > kPa 1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

20 Principaux résultats – Essais UCS Évolution de la résistance en compression uniaxiale Remblais hydrauliquesRemblais 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

21 Principales conclusions de la première phase des travaux Évolution de la réactivité dans le temps Facteurs dinfluence Liant + AUTRES FACTEURS Degré de saturation Graphic illustration of the modified Collin model to predict the K r value according to the S r (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

22 Principales conclusions de la première phase des travaux Facteurs dinfluence Liant + AUTRES FACTEURS Couche indurée de faible porosité Passivation des surfaces Binary image at 200x magnification (653μm x 470μm) showing the porosity 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

23 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

24 Travaux futurs Deuxième phase des travaux Comprendre en profondeur les facteurs dinfluence sur la réactivité des remblais cimentés Étude de la réactivité de la Po, de leffet de la passivation des surfaces et du liant Électrochimie + FTIR Étude des propriétés hydriques Perméabilité au gaz Courbe de rétention deau avec des solutions salines 1.Introduction 2.Objectifs du projet 3.Programme expérimental 4.Principaux résultats et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

25 Remerciements Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail Chaire industrielle CRSNG Polytechnique – UQAT Environnement et gestion des rejets miniers


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