Stabilisation des résidus miniers générateurs d’acide par amendements alcalins et

2.5.1 Introduction

L’oxydation des sulfures contenus dans les rejets miniers peut générer du drainage minier acide et des concentrations non-négligeables en contaminants. La prévention de la génération d’acide peut se faire en agissant au niveau de l’une des composantes de l’oxydation des sulfures (sulfures, eau, oxygène). Les techniques de stabilisation/solidification (S/S) sont souvent utilisées avec succès pour la décontamination et la stabilisation des sols pollués ainsi que les déchets industriels

(Kogbara & Al-Tabbaa, 2011a; Kogbara et al., 2011b; Wang et al., 2018; Wang et al., 2015b). Dans le domaine minier, cette technique est souvent restée au stade expérimental malgré l’engouement grandissant envers cette pratique. L’objectif principal des techniques de S/S est de fixer les contaminants dans une matrice monolithique ce qui entraine la réduction de la lixiviation des contaminants et la neutralisation de l’éventuelle acidité produite. Les mécanismes impliqués durant les techniques de stabilisation et solidification diffèrent selon la technique utilisée ce qui en engendre plusieurs variantes au niveau pratique. Ci-dessous, on en citera deux catégories.

2.5.2 Amendements alcalins

Les amendements alcalins consistent en l’ajout d’un ou plusieurs additifs neutralisants à des résidus miniers générateurs d’acide pour augmenter leur pouvoir de neutralisation ce qui permet de contrer l’acidité produite par l’oxydation des sulfures. Ce procédé est très souvent appliqué pour des sites miniers avant de procéder à une réhabilitation. Différents matériaux et sous-produits industriels ont été utilisés avec succès pour stabiliser des sols contaminés et aussi des résidus miniers générateurs d’acide (Alkattan et al., 1998; Doye et al., 2003; Duchesne & Reardon, 1998; Holmström et al., 1999; Komnitsas et al., 2004; Mylona et al., 2000; Rodríguez et al., 2018). La chaux et les calcaires sont parmi les additifs les plus utilisés dans la catégorie des amendements alcalins. Un amendement alcalin peut être appliqué de deux manières : i) par mélange qui consiste à mélanger les ajouts alcalins avec les résidus problématiques à des dosages prédéfinis, ii) ou par épandage, qui consiste à l’ajout des amendements comme une couche au-dessus des résidus miniers. La formule proposée pour le calcul de l’ajout d’un amendement alcalin est présentée dans le chapitre 8 et dépend du PN et du PA du résidu et de l’amendement. Dans le cas des résidus miniers générateurs d’acide, l’ajout d’un agent neutralisant permit de tamponner l’acidité produite et diminuer la mobilité des contaminants suite à des mécanismes chimiques (Alkattan et al., 1998; Deschamps et al., 2009; Doye et al., 2003; Fatahi et al., 2015; Forján et al., 2014; Holmström et al., 1999). En effet, la dissolution des neutralisants dans des conditions acides permet d’augmenter l’alcalinité du milieu et tamponne le pH. En général, dans des conditions proches de la neutralité, la mobilité de nombreux éléments chimiques (incluant la plupart des métaux) devient faible et leur solubilité est minimale (Cravotta III, 2008a, 2008b; Doye et al., 2003; Fleri & Whetstone, 2007). De plus, dans ces conditions, plusieurs phases secondaires sont précipitées, ce qui permet de réduire la mobilité des espèces chimiques. Les processus chimiques impliqués après ajout d’amendements alcalins

sont :i) la précipitation (co-précipitation, adsorption, etc.) des oxy-hydroxydes de fer qui permet d’atténuer les concentrations des métaux et métalloïdes comme le plomb et l’arsenic (Cornell et al., 2004a; Coston et al., 1995; España et al., 2006; Fendorf & Fendorf, 1996; Fukushi et al., 2003; Giménez et al., 2007; Jönsson et al., 2005) et ii) la passivation des sulfures : la précipitation des phases secondaires à leur surface réduit leurs disponibilités à réagir avec l’eau et l’oxygène, ce qui entraine une diminution des taux d’oxydation des sulfures, et enfin iii) diminuer l’activité bactérienne (bactéries acidophiles) dans des conditions proches de la neutralité (Evangelou et al., 1995a; NEDEM, 1997; Nordstrom et al., 1997).

2.5.3 Amendements cimentaires

Par comparaison aux amendements alcalins, les amendements cimentaires consistent en l’ajout d’additifs cimentaires (ciments conventionnels ou alternatifs à base de sous-produits industriels). Ils permettent de modifier la texture du résidu minier en question en une matrice monolithique. Ils permettent aussi d’augmenter le pouvoir de neutralisation des résidus comme les amendements alcalins en plus de modifier la cohésion et la perméabilité du composite final. Ils sont généralement utilisés comme méthode efficace pour la solidification et la stabilisation in-situ des sols et déchets industriels contaminés (Duchesne & Laforest, 2006; Ichrak et al., 2016; Nehdi & Tariq, 2007; Wang et al., 2015b). Le ciment Portland est l’additif le plus utilisé à cet effet mais, parfois, il a été substitué par des sous-produits industriels à caractère hydraulique et/ou pozzolanique comme les cendres volantes de la combustion du charbon et de la biomasse dans les centrales thermiques (Benzaazoua et al., 2008; Benzaazoua et al., 1999; Criado et al., 2007; Kogbara et al., 2011a; Kogbara et al., 2011b; Nehdi et al., 2007; Rodríguez et al., 2018; Tariq & Yanful, 2013; Wang et al., 2018; Wang et al., 2015b). Ceci permet de réduire le coût lié à l’utilisation du ciment et valoriser les déchets d’autres industries. Les contaminants sont stabilisés lors de ce processus grâce à différents mécanismes : i) le piégeage physique des contaminants lors de l’hydratation du liant, ii) la réduction de la surface réactive du résidu, iii) l’augmentation de la cohésion et de la résistance du résidu ce qui permet de développer une imperméabilité à long terme et enfin iv) la sorption des contaminants lors de la précipitation des minéraux secondaires (Benzaazoua et al., 2004b; Deschamps et al., 2009; Nehdi et al., 2007; Tariq et al., 2013; Wang et al., 2018; Wang et al., 2015b).