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).