Principaux types de résidus miniers

En se basant sur le pourcentage solide des résidus, on peut classifier les résidus selon plusieurs catégories décrites dans la section suivante.

1.2.1 Résidus conventionnels

On qualifie les résidus de conventionnels ou traditionnels, lorsqu’ils se présentent à l’état pulpeux sursaturé en eau tel que produit à l’usine de traitement. Les résidus conventionnels forment généralement une boue peu consistante qui s’écoule assez facilement. Ils correspondent au terme général «slurry» en anglais. Le pourcentage de solides massique (Cw) typique de ces résidus est compris entre 25 et 45% selon Bussière (2007) ou la concentration solide volumique (Cv) est inférieure à 40% selon Pullum (2007). Cela correspond à de teneurs en eau massiques supérieures à 300 % et 122 %. Les résidus conventionnels provenant du concentrateur sont constitués de roches broyées non utiles et d’eau de procédé après circulation dans les cellules de flottation. La taille des particules, à leur sortie de l’usine, est de l’ordre de la maille de libération des minerais en question. Dans les résidus de roches dures, leurs diamètres D10 (diamètre de particules correspondant à 10% passant sur la courbe granulométrique) sont compris le plus souvent entre 1 µm et 4 µm et leurs diamètres D60 (diamètre de particules correspondant à 60% des particules passant) varient entre 10 µm et 50 µm, ce qui donne un coefficient d’uniformité (Cu = D60/D10) situé entre 8 et 18 (Bussière, 2007). En général, 70 à 97 % des grains ont un diamètre inférieur à

80 µm (Bussière, 2007). Cette distribution granulométrique a été observée par d’autres auteurs tels Vick (1990), Aubertin et al. (2002a), Benzaazoua et al., (2003). Cela permet de les classifier comme des silts sableux non plastiques (ML) selon la classification USCS (McCarthy, 2007). Leur transport se fait par pipeline équipé de pompes centrifuges.

1.2.2 Résidus densifiés

Comme déjà mentionné, les résidus densifiés peuvent être classés, selon le pourcentage de solides massique, comme des résidus épaissis, des résidus en pâte (incluant les remblais miniers en pâte cimenté), ainsi que les résidus filtrés.

Les résidus épaissis ont un pourcentage de solides massique compris entre 50 et 70 % (Robinsky, 1999; Sofra et Boger, 2002). Ils résultent d’une filtration modérée des résidus conventionnels par usage d’équipements d’épaississage et de filtration. Leur transport se fait par pipeline équipé de pompes centrifuges.

Lorsque le niveau de filtration est plus élevé en utilisant une série d’équipements incluant des filtres sous vide ou à presse, des épaississeurs à cyclones et des mélangeurs, on obtient à la sortie un pourcentage solide élevé de l’ordre de 70 à 85 %. Les résidus sont alors dans un état pâteux. Ils sont donc plus consistants et leur maniabilité est plus difficile. En raison de leurs propriétés rhéologiques et les fortes pertes de charge générées lors du transport dans les pipelines, ces types de résidus ne peuvent être transportés en pipeline que par l’usage de pompes plus performantes, en occurrence les pompes à déplacement positif.

Les remblais miniers en pâte sont des matériaux obtenus par le conditionnement particulier des résidus du concentrateur dans le but de remplir les chantiers déjà exploités et de constituer un support de terrain secondaire pour assurer la stabilité des ouvrages miniers souterrains et la sécurité des travailleurs miniers. Le remblai minier cimenté en pâte (RMCP) est un matériau

confectionné à partir d’un mélange composé de trois ingrédients : les résidus de concentrateurs tout venant encore humides filtrés ou en pâte (pourcentage solide de 70 à 85 % selon la granulométrie et la densité) dans lesquels sont additionnés un liant hydraulique (ciments portland, laitier, pouzzolanes, etc.) à des proportions comprises entre 2 % et 7 % et une certaine quantité d’eau pour assurer le gâchage et le malaxage du mélange et assurer le taux d’affaissement désiré (Benzaazoua et Belem 2003, Belem et Benzaazoua 2008). En général, une des exigences fondamentales auxquelles le mélange de remblai en pâte doit «absolument» répondre du moins empiriquement, est qu’au moins 15 % en masse de la concentration solide doivent être constitués de particules de taille inférieure à 20 µm (Landriault, 1995). Cela a pour effet de retenir suffisamment d’eau, de le maintenir sous forme de pâte et de faciliter son transport (Landriault, 1995). Cette capacité de rétention d’eau intervient également dans le durcissement et le gain de résistance progressif de la phase cimentaire. La proportion des principaux ingrédients du remblai est choisie en fonction des objectifs de sa mise en place. Cette technique présente des avantages au plan environnemental par la réduction de la quantité de résidus à entreposer en surface car elle permet d’éliminer une grande partie de rejets jusqu’à 60% (Belem et al., 2009).

Les résidus filtrés sont des résidus miniers qui ont atteint des niveaux de retrait d’eau très élevés induisant une concentration en particules solides supérieure ou égale à 85 %. Les résidus dans cet état sont presque secs, ce qui leur donne l’aspect d’un matériau granulaire compressé appelé en anglais « filter cake ». Leur transport ne peut se faire par pipeline, mais requiert des systèmes de convoyeurs à bandes ou de camion ou train (Gowan et Williams, 2002).

1.2.3

Du point de vue géotechnique, les mélanges de particules solides d’un sol et d’un liquide peuvent être abordés selon leur contenu en eau qui détermine leur aptitude à l’écoulement comme présenté dans la Figure 1.1. Aux deux extrémités, on a respectivement les poudres constituées uniquement de grains solides et l’eau dépourvue d’éléments solides. Les phases intermédiaires sont formées des sols, des pâtes et des boues qui sont obtenus par une addition progressive d’eau.

Les propriétés qui sont considérées lorsqu’on s’intéresse à l’un ou l’autre de ces matériaux ne sont pas identiques. Ainsi pour les sols, on s’intéresse à la résistance au cisaillement ou sa capacité portante dans le cadre de son utilisation pour supporter une fondation. Lorsque le matériau est à l’état de pâte saturée en eau, son comportement au cisaillement simple et ses paramètres rhéologiques constituent les données déterminantes pour son transport. Pour ce qui concerne les boues qui sont plutôt sursaturées en eau, les paramètres rhéologiques et la ségrégation des particules constituent les préoccupations relatives à leur transport. Évoquant l’état des connaissances pour chaque matériau, Li et al., (2002) estimaient que l’écoulement visqueux des matériaux granulaires était le moins bien compris, ce qui appelle à davantage de recherches dans ce domaine.

Figure 1.1: Liens entre les matériaux et quelques caractéristiques géotechniques (tiré de Li et al., 2002)

Le Tableau 1.1 résume les ordres de grandeurs des différents paramètres pour chaque type de matériau. Si les sols ne peuvent pas s’écouler à cause de leur résistance au cisaillement élevée (comprise entre 10 et 100 kPa), les pâtes et les boues peuvent s’écouler avec des comportements différents déterminés par leurs paramètres rhéologiques, notamment le seuil de cisaillement (τ₀) qui est respectivement compris entre 0,1 à 1 kPa pour les pâtes et presque inexistant pour les

boues diluées. Cela implique des frottements plus accentués lors de l’écoulement des pâtes que celui des boues, rendant ainsi leur écoulement plus complexe et moins bien maîtrisé que les autres matériaux comme précisé sur Figure 1.1. En se référant à cette approche géotechnique, les résidus miniers conventionnels ont donc des propriétés semblables à celles des boues.

Tableau 1.1: Caractéristiques géotechniques de différents matériaux (tiré de Li et al., 2002).