Contexte de la mine du Lac Tio

La mine du Lac Tio est une mine à ciel ouvert localisé au Québec, à 43 km au nord-est de la ville de Havre-Saint-Pierre. Depuis 1950, on y exploite le plus gros gisement d’ilménite massive au monde, et le propriétaire actuel, la compagnie minière Rio Tinto, Fer et Titane, prévoit une durée de vie de la mine d’encore au moins 40 ans. Les stériles de la mine, une gangue composée majoritairement de plagioclases calciques, d’hémo-ilménite et contenant des traces de sulfures (Plante et al. 2010; Plante et al. 2015), sont disposés sur le site en trois haldes : la Halde Petit- Pas, la Halde Leo et la Halde Puyjalon. L’eau qui percole dans ces hadles oxyde les sulfures, et génère un drainage minier neutre qui s’écoule ensuite par quatre effluents (Figure 2.2).

La pyrite est le sulfure prédominant dans les stériles de la mine du Lac Tio, où l’on trouve également de très petites quantités de millérite (NiS) et de chalcopyrite (CuFeS2). Certains grains

de pyrite montrent un enrichissement en nickel qui peut atteindre jusqu’à 10% pour certaines zones (Plante et al. 2015). Outre le nickel, le fer et le cuivre, les sulfures de la mine du Lac Tio libèrent du cobalt et du zinc (Plante 2010). Des modélisations thermodynamiques indiquent que la précipitation de minéraux secondaires de Cu et de Fe permet, du moins en partie, de maintenir ces métaux à des concentrations faibles (Plante 2010). Toutefois, les conditions thermodynamiques ne sont pas favorables à la précipitation de minéraux secondaires contenant du nickel (Pépin 2009). Une certaine proportion du nickel, du cobalt et du zinc libéré lors de l’oxydation des sulfures est retenue par sorption sur les minéraux des stériles (Plante 2010). Pour cette raison, les stériles altérés, dont les sites de sorption sont pratiquement saturés, génèrent plus de nickel en solution que les stériles frais.

Le minéral neutralisant prédominant dans les haldes à stériles est un plagioclase calcique proche de la labradorite ((Ca, Na)(Si, Al)4O8) (Plante et al. 2015). La réaction de neutralisation par ce type de plagioclase peut être illustrée par la réaction suivante :

CaAl2Si2O8 + 4H2SO4 => Ca++2Al3+ + 2SiO2(aq)+ 4SO42-+4H2O Éq 2.3 La neutralisation de l’effluent par les plagioclases et les autres minéraux de la gangue produit des cations métalliques légers tels que le calcium ou le sodium, qui demeurent en solution. L’effluent de la mine se maintient généralement à des pH entre 6,5 et 7,8, et il n’est pas prévu à long terme qu’un pH acide soit généré (Pépin 2009; Plante 2010; Plante et al. 2015). La température sur le site de la mine oscille au courant de l’été (mai à octobre) entre -3 et 22°C avec une moyenne de 10.6 °C, et la moyenne annuelle de température enregistrée à la station météorologique de l’aéroport de Sept-Île (200 km à l’OSO de la mine) est de 2.62 °C (Pépin 2009; Plante 2010).

Figure 2.2: Localisation des haldes à stériles et des effluents de la mine du Lac Tio

Selon le rapport de développement durable de la compagnie (QIT 2007), le monitoring annuel des quatre effluents indique un dépassement de la norme québécoise de 0,5 mg/L pour le nickel lors de 34% des mesures. Depuis 2008, un système de traitement temporaire par ajout d’agents coagulants permet de conserver les niveaux de nickel en deçà de la norme (RTFT 2008; RTFT 2012; RTFT 2017). Depuis 2013, un projet pilote d’usine de traitement basée sur la technologie de la résine échangeuse d’ion est à l’étude. Peu de données concernant la géochimie des effluents de la mine du Lac Tio sont disponibles. Le Tableau 2.1 résume la géochimie de quelques échantillons d’eau filtrés (0,45 μm) et non-filtrés prélevés sur le site de la mine ainsi que leur date d’échantillonnage.

Tableau 2.1: Géochimie d’échantillons d’eau filtrés (0.45μm) et non-filtrés prélevés sur le site de la mine ainsi que leur date d’échantillonnage.

Échantillons non-filtrés Échantillon filtré (0.45 μm) (2016-01-21) (2016-03-17) (2016-05-19) (2016-07-12) Paramètre Unités Al mg/L < 0,01 0.02 0.03 0.02 As mg/L < 0,0003 < 0,0003 < 0,0003 < 0,0003 Cd mg/L 0.0008 0.0007 0.0003 0.0005 Ca mg/L 241 268 97.1 197 Cr mg/L 0.0007 0.0010 0.0010 < 0,0005 Co mg/L 0.858 0.751 0.229 0.377 Cu mg/L 0.0494 0.0341 0.0345 0.0340 Fe mg/L 0.06 0.13 0.29 < 0,03 Mg mg/L 64.6 75.6 23.4 50.4 Mn mg/L 0.415 0.452 0.077 0.153 Hg mg/L < 0,00001 < 0,00001 < 0,00001 ND Mo mg/L 0.0008 0.0004 0.0007 0.0006 Ni mg/L 2.27 2.61 0.88 1.37 Pb mg/L 0.0007 0.0009 0.0007 0.0006 K mg/L 4.0 < 0,2 2.5 4.3 Na mg/L 59.8 63.7 32.4 56.8 Zn mg/L 0.517 0.484 0.165 0.289 SO42- mg/L 891 1000 ND ND Cl- mg/L 76 88 40 ND Solides dissous mg/L 1460 1610 562 ND Turbidité UTN 0.2 0.6 1.1 ND Alcalinité mg/L 49 50 27 ND pH - 7.44 7.30 7.09 ND

Carbone organique dissous mg/L ND1 ND ND 1.9

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Mesure non-effectuée ou résultats non-disponibles.

Si plusieurs études passées se sont penchées sur la minéralogie des stériles, les mécanismes influençant la géochimie du drainage et la prédiction du drainage de la mine du Lac Tio (Demers et al. 2013; Pépin 2009; Plante 2010), peu de travaux ont étés menés à ce jour sur le traitement à long terme des effluents de la mine.

Dans une récente thèse de doctorat réalisée à l’Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue (UQAT) (Hamani 2020), le potentiel de différents mélanges réactifs à séquestrer des métaux à partir d’un DNC synthétique dont la composition en métaux (Ni, Mn, Zn) reproduisait des

concentrations typiques de cas réels au Québec a été évalué. L’objectif de ce projet était d’évaluer la capacité d’un système de traitement de type BPSR (bioréacteur passif sulfato- réducteur) pour le traitement du DNC. Dans le cadre de ce projet, plusieurs mélanges de matériaux organiques, conçus initialement pour le traitement du DMA par BPSR, ont été testés lors d’essais de sorption à court terme, d’essais en batch à moyen terme, et d’essais en colonnes à long terme. Les différents mélanges testés ont été faits à partir des matériaux suivants : copeaux d’érable, sciures d’érable, fumier de volaille, compost de feuilles, tourbe de sphaigne, et cendres de bois. Les résultats des essais en colonnes (10,4 L) effectués dans le cadre de cette étude montrent que malgré les différences significatives entre les différents types de mélanges à générer des conditions favorables à la sulfato-réduction, les performances de traitement ont été similaires dans toutes les colonnes, et ce, peu importe si le TRH était de 1,5 ou de 3 jours. De plus, l’efficacité d’enlèvement des métaux a été élevée pour le nickel et le zinc, tandis que pour le manganèse le traitement a été inefficace. Enfin, le nickel a été fixé en quasi-totalité dans le bas des colonnes ayant reçu une alimentation ascendante ce qui suggère la présence de réactions rapides, pouvant être attribuées à des mécanismes abiotiques, tels que la sorption.

La principale différence entre la thèse de Hamani (2020) et ce travail est que dans le projet réalisé précédemment, des mélanges de matériaux (similaires aux mélanges réactifs utilisés dans le traitement passif du DMA) ont été testés, tandis que le présent projet testera chaque substrat individuellement.