importance de la rÉtention des mÉtaux en drainage neutre contaminÉ benoît plante, candidat au...

IMPORTANCE DE LA RÉTENTION DES MÉTAUX EN DRAINAGE NEUTRE CONTAMINÉ

Benoît Plante, candidat au doctorat

Dir. Benzaazoua, M., Co-dir. Bussière, B. Mai 2009

Plan de la présentation

Contexte de l’étude Objectifs du projet Matériel et méthodes Quelques résultats Interprétations Travaux en cours et à venir

Contexte de l’étude

Drainage neutre contaminé (DNC): Eaux de drainage à des pH près de la neutralité; Présence de métaux dissouts dépassant les normes (même

sporadiquement). Sources du DNC:

Traitement des eaux insuffisant; Résidus réactifs ennoyés. Rejets miniers non-générateurs d’acide

DNC en Ni: Plusieurs cas potentiels au Canada; Phénomène peu étudié; Ni très mobile à pH neutre.

Neutralisation suffisante (carbonates, silicates)

DNC en As, Sb, Zn, Ni…

Contexte de l’étude

Mine Tio – Rio Tinto, Fer et Titane: 43 km NE Havre-Saint-Pierre; Mine à ciel ouvert, 1950; Gisement d’hémo-ilménite; Gangue de plagioclase

calcique (~labradorite); Traces sulfures

(pyrite nickélifère); DNC en Ni de façon

sporadique sur certaineshaldes. Vue aérienne du site de la mine Tio

Objectifs du projet

Compréhension des phénomènes géochimiques liés au DNC en Ni: Mécanismes de génération du Ni;

Essais cinétiques en laboratoire et sur le terrain. Mécanismes d’atténuation naturelle du Ni;

Essais de rétention. Influence de l’altération des stériles;

Stériles frais vs stériles d’~25 ans d’altération. Influence de la composition des stériles;

Faible (20%) à fort (60%) en hémo-ilménite.

Matériel et méthodes

Matériel: Stériles à différentes teneurs en hémo-

ilménite; Stériles frais et altérés.

Paramètres C1 C2 C3 C4 C5 C6

Production < 2 mois < 2 mois < 2 mois ~25ans ~25ans ~25ans

Ilménite (%) 21,5 37,0 45,0 23,0 28,6 40,3

S (%) 0,543 0,533 0,755 0,142 0,164 0,172

Ni (%) 0,022 0,049 0,044 0,031 0,033 0,037

Fe (%) 12,8 20,6 30,7 23,6 27,0 30,9

Ca (%) 4,50 3,27 2,30 2,62 2,24 1,70

Al (%) 9,26 6,86 4,65 6,21 5,58 4,47

Co (%) 0,020 0,031 0,042 0,026 0,031 0,035


Méthodes: Caractérisation détaillée;

Chimie, DRX, MEB, FTIR, XPS. Essais cinétiques

laboratoire; Cellules humides; Mini-cellules d’altération

Essais de rétention; En « batch »; Essais cinétiques modifiés.

Essais in-situ en cellulesde terrain prés. Mémoire Geneviève

Pepin (ce jeudi, 14 mai 09).

Cellule humide

Cellules in-situ


Essais de rétention en « batch »: Équilibrer une solution de Ni avec du stérile

(bécher); Mesurer le Ni, déduire la rétention indirectement.

Essais de rétention en mini-cellule:

Stériles C1, C2, C3 (frais)

Entrée:pH 7,8Ni: 2,25 mg/LCo: 0,63 mg/LMn: 0,42 mg/LZn: 0,19 mg/L

Sortie: Analyses: - pH - métaux - Déduction

de l’adsorption

Résultats

Cellules humides

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

0 100 200 300 400 500 600

pH

time (days)

pH neutre pour tous les échantillons

Oxydation des sulfures indiquée par les teneurs en soufre

(sulfate)

6,58,5

0 500 1000C1 C2 C3 C4 C5 C6

6,58,5

0 500 1000C1 C2 C3 C4 C5 C6

0,01

0,1

1

10

100

0 100 200 300 400 500 600

S (m

g/L

)

time (days)

Résultats

Cellules humides (suite); Teneurs en Ni très faibles

(0,004 à 0,010 mg/L) Pas de DNC en Ni au

laboratoire, contrairementà des observations terrain;

Pourtant, sulfures génèrent du Ni en s’oxydant;

Où est le Ni durant les tests en cellules?

0,001

0,01

0,1

1

0 100 200 300 400 500 600

Ni (

mg

/L)

time (days)

6,58,5

0 500 1000C1 C2 C3 C4 C5 C6

Résultats

Mécanismes possible de rétention en surface:

Deschamps et al., 2006,

Adsorption

Complexation

Précipitation

Désorption

Inclusion

Résultats

Stériles retiennent le Ni;

Frais (C1-C3): Rapide; 100% retenu.

Altérés (C4-C6): Lent; 40-50% retenu.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

% fr

ee N

i

time (minutes)

6,58,5

0 500 1000C1 C2 C3 C4 C5 C6

Essai de rétention en « batch »Ci = 10 mg/l Ni

Résultats

Essais de rétention en mini-cellule (stériles frais):

0 100 200 300 400 500 6000.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

time (days)

Ni (

mg/

L)

Rétention de Ni

Saturation des sites de rétention

Lixiviation à l’eau déionisée

Ni retenu de façon stable

6,00

0 100 200 300 400 500 600C1-sorp C2-sorp C3-sorp Contam. water

Solution de lixiviation ajoutée les jours 3 et 7 de chaque semaine

Papier Filtre Matériau

Solution récupérée après 3 heures de contact avec le minéral

Buchner

Eau nickélifère

Interprétations

En DNC, la rétention contrôle la génération de métaux; Important d’évaluer les capacités de rétention et

les conditions de stabilité des phases retenues

Oxydation de la pyrite nickélifère,

(et autres sulfures de Ni);

Génération de Ni

Neutralisation

suffisante; pH neutre

Rétention de Ni jusqu’à

saturation de la capacité

Délai avant le relargage de Ni dans les eaux

Travaux en cours et à venir

Laboratoire: Extractions séquentielles, MEB, XPS (UQAT); Caractérisation hydrogéologique (Polytechnique).

In situ: Suite des cellules expérimentales; Caractérisation de la structure interne des haldes

par méthodes géophysiques (M. Chouteau, M. Aubertin).

Modélisations hydrogéochimiques tenant compte de l’adsorption, en collaboration avec John Molson (U. Laval).

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