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
Matériel et méthodes
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
Matériel et méthodes
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
Matériel et méthodes
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).