Influence de la teneur en pyrrhotite sur le comportement physico-chimique de remblais miniers ciment

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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 de
  lEnvironnement
• Direction Bruno Bussière, Michel Aubertin et
  Mostafa Benzaazoua

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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

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

• Approche de gestion des rejets miniers sulfureux
  durant lexploitation ? enfouissement sous forme
  de remblai cimenté

Partie intégrante de la plupart des exploitations
minières souterraines ? Méthode de minage
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Problématique de létude
1.Introduction 2.Objectifs du projet
3.Programme expérimental 4.Principaux résultats
et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

• Conséquences de linstabilité chimique des
  remblais liée à la présence de minéraux sulfureux

Seule la pyrrhotite mènerait au phénomène de
lauto-ignition
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Historique des travaux de la Chaire sur le
comportement des remblais cimentés
1.Introduction 2.Objectifs du projet
3.Programme expérimental 4.Principaux résultats
et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

• 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

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Historique des travaux de la Chaire sur la
réactivité des remblais cimentés
1.Introduction 2.Objectifs du projet
3.Programme expérimental 4.Principaux résultats
et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

• Benzaazoua et al. 2001 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 gt pyrite gt remblai cimenté
  contenant de la pyrrhotite
• Facteurs dinfluence Type de sulfures Liant
  Saturation

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

• 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

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

• 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

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

• 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

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

• 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

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

• Matériau
• 17 recettes de remblais
• 2 , 4 , 8 , 12 , 15 et 86 pyrrhotite
• Différents types de liants utilisés dans
  lindustrie
• 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

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

• 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 30C à air humide

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

• Méthodes
• Essais de consommation doxygène (CO)
• Couplés à des mesures de la température et
  analyses des gaz (O2 et SO2) au chromatographe
• Essais de résistance en compression uniaxe (UCS)

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

• 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

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

• Réactivité des échantillons contrôles (sans
  liant)

• Flux dO2 consommé peut excéder 10 000
  moles/m2/année après 3 jours de mise en place
• Diminution du flux dO2 dans le temps pour tous
  les mélanges
• (entre 10 et 50 moles/m2/année )

Tendance générale plus léchantillon contient de
la pyrrhotite, plus la réactivité est importante
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Principaux résultats Essais CO
1.Introduction 2.Objectifs du projet
3.Programme expérimental 4.Principaux résultats
et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

• 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

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

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

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

• 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 gt 2 000 kPa
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Principaux résultats Essais UCS
1.Introduction 2.Objectifs du projet
3.Programme expérimental 4.Principaux résultats
et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

• 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
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Principales conclusions de la première phase des
travaux
1.Introduction 2.Objectifs du projet
3.Programme expérimental 4.Principaux résultats
et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

• Évolution de la réactivité dans le temps
• Facteurs dinfluence
• Liant AUTRES FACTEURS
• Degré de saturation

Remblais hydrauliques
Graphic illustration of the modified Collin model
to predict the Kr value according to the Sr
(from Gosselin et al., 2007)
Remblais en pâte
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Principales conclusions de la première phase des
travaux
1.Introduction 2.Objectifs du projet
3.Programme expérimental 4.Principaux résultats
et conclusions 5.Travaux en cours et futurs

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

• Travaux en cours
• Caractérisation post-essais
• Chimiques (analyses ICP-AES quantification des
  sulfates)
• Minéralogiques (DRX, ATD-ATG-DSC, MEB)
• Compilation des résultats

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

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