POTENTIEL D’UTILISATION DU BAUXSOLTM COMME ... ... This project studies the use of permeable...

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Transcript of POTENTIEL D’UTILISATION DU BAUXSOLTM COMME ... ... This project studies the use of permeable...

  • FÉLIX LAPOINTE

    POTENTIEL D’UTILISATION DU BAUXSOLTM COMME MATÉRIEL RÉACTIF D’UNE BARRIÈRE PERMÉABLE POUR CONTRÔLER LE DRAINAGE

    MINIER ACIDE

    Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures de l'Université Laval

    dans le cadre du programme de maîtrise en génie des mines pour l’obtention du grade de Maître ès Sciences (M.Sc.)

    FACULTÉ DE SCIENCES ET GÉNIE

    UNIVERSITÉ LAVAL QUÉBEC

    DÉCEMBRE 2005 © Lapointe, Félix, 2005

  • i

    Résumé

    L’exploitation minière d’un gisement contenant des minerais sulfurés peut mener à la

    production d’effluents acides. En effet, les stériles sulfures exposés aux éléments

    atmosphériques (air, eau) s’oxydent pour produire de l’acide sulfurique. Ce phénomène se

    nomme drainage minier acide (DMA). Outre le pH acide, ces effluents sont caractérisés par

    de fortes teneurs en métaux lourds et peuvent parcourir de grandes distances par la nappe

    phréatique.

    Le présent projet de recherche étudie l’utilisation d’une barrière perméable réactive (BPR)

    pour le traitement du DMA. Cette technique consiste à remplacer une partie du sol

    ceinturant le site problématique par un matériel ayant des propriétés détoxifiantes. Le

    matériel réactif évalué est un dérivé de boues rouges d’aluminerie, le BauxsolTM, développé

    par la compagnie Virotec International inc.

    La simulation des BPR est réalisée en utilisant cinq colonnes de Plexiglas contenant les

    mélanges réactifs à tester. L’effluent acide est pompé, selon différents débits, par le bas de

    la colonne et dix ports d’échantillonnages permettent d’étudier l’évolution des réactions.

    Les résultats démontrent que cette technique est efficace pour augmenter le pH et enlever

    les métaux de l’effluent. Ces derniers sont majoritairement adsorbés par les boulettes de

    BauxsolTM. En plus d’être intéressante économiquement, cette méthode s’inscrit dans un

    contexte de développement durable en revalorisant un déchet industriel.

  • ii

    Abstract

    Mining of sulphide ores can lead to the formation of acidic effluents. With the contact of air

    and water, the sulfide phase can be oxidized to produce sulfuric acid. This process is called

    acid mine drainage (AMD). These effluents are characterized by high concentrations of

    sulphate and metals, and a pH under 4.

    This project studies the use of permeable reactive barriers (PRB) to treat AMD. In a PRB, a

    reactive material is placed in the ground subsurface by excavating the aquifer material. The

    reactive material studied in these experiments was a pelletized form of alkaline residues

    from the aluminium extractive industry. The pellets, called BauxsolTM, were provided by

    Virotec International Inc.

    Results show that a PRB using BauxsolTM can treat acid mine effluents by removing heavy

    metals and increasing the pH. Metals are mainly trapped inside the pellets and the

    carbonates, that give the alkaline properties to BauxsolTM, are in a form that is slowly

    leachate. Therefore, a PRB using BauxsolTM present a feasible option using an industrial

    waste to treat another waste.

  • iii

    Avant-Propos Tout au long de mes recherches, j’ai eu la chance de travailler et d’être supporté à différents

    niveaux. J’aimerais profiter de l’occasion pour remercier ces personnes qui m’ont permis

    d’aller jusqu’au bout :

    • Kostas Fytas, mon directeur de recherche et co-auteur des articles de ce mémoire,

    pour m’avoir donné la chance de faire un diplôme de deuxième cycle et m’avoir

    laissé tant de latitude durant mon projet;

    • David McConchie, également co-auteur des articles de ce mémoire, pour son

    soutien technique et ses conseils;

    • Les compagnies Virotec International inc. et Cambior pour leur soutien financier;

    • Katia Bilodeau, pour ne pas avoir abandonné avant d’atteindre son objectif, pour les

    nombreuses heures consacrées à m’aider et envers qui j’ai contracté une dette

    substantielle (remboursable selon mes termes);

    • Sylvie Savard, ma mère, pour son support indéfectible et sa confiance;

    • Pierre Lapointe, mon père, pour m’avoir mis une hache entre les mains à l’âge de

    quatre ans;

    • Yvan Couette, pour toutes ces séances d’élevage qui m’ont forgé;

    • James Wang, pour ses conseils en anglais;

    • Tom et Jerry, pour avoir éparpiller si soigneusement mes articles chaque matin.

  • iv

    Table des matières

    RÉSUMÉ ............................................................................................................................... I

    ABSTRACT..........................................................................................................................II

    AVANT-PROPOS.............................................................................................................. III

    TABLE DES MATIÈRES................................................................................................. IV

    LISTE DES TABLEAUX.................................................................................................. VI

    LISTE DES FIGURES .....................................................................................................VII

    CHAPITRE 1. INTRODUCTION ................................................................................1 1.1. PROBLÉMATIQUE .....................................................................................................1 1.2. OBJECTIF DU PROJET ................................................................................................3 1.3. STRUCTURE DU MÉMOIRE ........................................................................................3 1.4. RÉFÉRENCES ............................................................................................................4

    CHAPITRE 2. DRAINAGE MINIER ACIDE ............................................................5 2.1. CONTEXTE GÉOLOGIQUE DU DMA ..........................................................................5 2.2. RÉACTION D’OXYDATION DE LA PYRITE...................................................................6 2.3. FACTEURS INFLUENÇANT LA PRODUCTION DU DMA ...............................................9

    2.3.1. Effet des bactéries...........................................................................................9 2.3.2. Autres facteurs ..............................................................................................11

    2.4. MÉTHODES DE PRÉVENTION ET DE CONTRÔLE DU DRAINAGE MINIER ACIDE ..........13 2.4.1. Collecte et traitement des effluents ...............................................................13 2.4.2. Barrière de recouvrement.............................................................................13 2.4.3. Entremêlement par couche et co-disposition................................................15 2.4.4. Barrières perméables réactives (BPR) .........................................................15

    RÉFÉRENCES ......................................................................................................................20

    CHAPITRE 3. USING PERMEABLE REACTIVE BARRIERS FOR THE TREATMENT OF ACID ROCK DRAINAGE ...............................................................22

    3.1. RÉSUMÉ .................................................................................................................23 3.2. ABSTRACT .............................................................................................................24 3.3. INTRODUCTION ......................................................................................................24 3.4. EXPERIMENTAL SETUP, MATERIALS USED ..............................................................26 3.5. REACTIVE MIXTURE AND COLUMN.........................................................................28 3.6. MINE EFFLUENTS...................................................................................................28 3.7. COLUMN TESTS ......................................................................................................29 3.8. CONTAMINANT EVOLUTION ...................................................................................30 3.9. CONCLUSIONS........................................................................................................35 3.10. REFERENCES ..........................................................................................................36

  • v CHAPITRE 4. EFFICIENCY OF BAUXSOLTM IN PERMEABLE REACTIVE BARRIER TO TREAT ACID ROCK DRAINAGE .......................................................37

    4.1. RÉSUMÉ .................................................................................................................38 4.2. ABSTRACT .............................................................................................................39 4.3. INTRODUCTION ......................................................................................................39 4.4. MATERIALS............................................................................................................42 4.5. METHODS .