Dans les opérations minières souterraines, la rentabilité et le niveau de sécurité dépendent également de la séquence d’extraction. Pour cela, cette dernière doit être constamment mise à jour, pour être adéquate et optimale. Ce mémoire présente les résultats de l’étude d’optimisation de la séquence d’extraction à la mine de Zinc de Perkoa, au Burkina Faso. Toutefois, l’étude s’est basée sur l’exploitation de la lentille principale, dans la Zone 310-400 du gisement. Au terme des travaux, une séquence pyramidale ascendante a été jugée favorable. Elle associera des chantiers transversaux et, longitudinaux primaires et secondaires, pour réduire le coût unitaire d’opération, tout en augmentant la flexibilité, ainsi que la productivité dans les chantiers d’abattage. Cependant, le sommet des pyramides et particulièrement, celui de la pyramide inversée dans la séquence, sera sous hautes contraintes induites. Par conséquent, un soutènement intensif du Toit des chantiers d’abattage et des épontes y est impératif. / Profitability and safety in underground mining operations also depend on stopes sequencing. Therefore, continuous update of a mining sequence makes it adequate and optimal. This thesis presents the results of a study carried out to optimize the extraction sequence at Perkoa Zinc Mine, located in Burkina Faso. The study is focused on mining of the portion located between level 310 and level 400 in the main lense of the orebody. This thesis proposes an ascendant pyramidal stoping sequence to mine this area. It also shows that a suitable combination of transverse and longitudinal primary and secondary stopes in the said sequence will reduce the operating cost, while increasing both flexibility and productivity. Nevertheless, accumulation of induced stresses will be observed on top of the pyramids. Particularly, the top of the inverse pyramids will be highly stressed. To enhance stability in such areas, a heavy ground support of backs and stopes walls is required.

Doctorat en sciences politiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Les matériaux mésoporeux à base de silice sont des plateformes polyvalentes qui offrent une réponse aux besoins de domaines variés comme l’environnement, la santé et les énergies. La fonctionnalisation avec des groupements organiques en fait des matériaux hybrides qu’il est aisé d’orienter vers une application spécifique. Ainsi, afin de fournir une alternative aux procédés industriels, dommageables pour l’environnement actuellement utilisés pour l’extraction et la purification des terres rares, à savoir l’extraction liquide-liquide (ELL) majoritairement, les silices mésoporeuses ont été sollicitées à titre d’adsorbant dans l’extraction sur phase solide. Cette dernière, en opposition à l’ELL, présente de nombreux avantages dont, la suppression des solvants organiques, le contrôle de la sélectivité envers et parmi le groupe des éléments de terres rares (ÉTR) à travers l’ancrage du ligand sur un support solide et la possibilité de réutiliser plusieurs fois l’adsorbant. Les ÉTR sont des métaux qui participent à la transition vers des technologies moins coûteuses en énergie, il est donc primordial de rendre leurs procédés d’extraction plus verts. Dans le cadre de ce travail, différents types de silices ordonnées mésoporeuses, MCM-41, SBA-15 et SBA-16, ont été synthétisées, fonctionnalisées avec un ligand approprié, et leurs comportements vis à vis de ces éléments, comparés. Ces matériaux ont de nombreux points communs mais certaines caractéristiques les différencient néanmoins : la taille et la géométrie des pores, la connexion entre les pores, l’épaisseur des parois, l’accessibilité aux pores ou encore la diffusion des liquides ou gaz dans la matrice. C’est pourquoi, le but de cette étude est d’élucider l’impact de ces diverses propriétés sur l’adsorption sélective des ÉTR en condition statique et dynamique. / Ordered mesoporous silica materials are versatile platforms that can offer answers in different areas: environment, healthcare and energy. Furthermore, the possibility of functionalization with a variety of organic molecules permits to dedicate them to a specific application. Thus, in order to address alternatives to the industrial extraction processes of Rare Earth Elements (REEs) which are often environmentally hazardous, functionalized silica materials appear to be well suited as adsorbent for the solid-phase extraction (SPE). Indeed, oppositely to liquid-liquid extraction (LLE), SPE is more advantageous in terms of organic solvent consumption, fine-tuning of the selectivity for and among REEs and lastly, the possibility to regenerate the sorbents after each extraction procedure. REEs became important and critical metals as they are participating in the transition to new technologies with low energy cost, therefore, any greener extraction process is required. In this work, different ordered silica materials such as MCM-41, SBA-15 and SBA-16, have been synthesized, functionalized with an appropriate ligand and their behavior towards REEs have been studied and compared. Despite their similarities, these materials have some disparities in their textural properties, their pore size, geometry and connection, their wall thickness, the accessibility to the pore and the diffusion of gases and liquid through the porous matrix, for example. Therefore, this study wishes to investigate the role of these various properties on the REEs adsorption in both static and dynamic conditions.

Ce mémoire rend compte d’une étude avec un minerai aurifère pour quantifier l’effet de la dilution excédentaire sur l’extraction de l’or. Depuis une quinzaine d’années, une tendance d’augmentation de la profondeur des mines souterraines est observée au Canada et dans le monde. Lorsque ces exploitations souterraines atteignent des profondeurs supérieures à 1000 m, elles deviennent sujettes à de fortes pressions et tensions causées par la roche. Cependant, l’effet résultant sur l’extraction du minerai est difficilement quantifiable occasionnant une dilution opérationnelle excédentaire à celle planifiée. Le projet de maîtrise analyse l’impact de cette dilution excédentaire sur le traitement du minerai d’une mine d’or située dans la région de l’Abitibi (nord-ouest du Québec). Pour ce faire, deux types de dilution sont considérés : la roche stérile et le remblai. Les résultats du test de Bond et de données de cyanuration issues de la littérature illustrent dans quelle mesure le taux d’alimentation peut être augmenté pour mitiger l’effet de cette dilution excédentaire et la perte de production en or. La discussion étudie également les points positifs et négatifs du montage conçu pour l’automatisation de la cyanuration du projet.

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Le Brésil et le Canada sont deux pays dont l’activité minière joue un rôle économique très important. Dans ces pays, les investissements dans l’exploitation d’une ressource minérale sont souvent associés aux besoins des marchés nationaux et internationaux. En même temps, nous ne pouvons pas négliger les impacts sur l’environnement associés à cette activité. Au Brésil, l’ancienne mine d’uranium de l’INB est responsable des impacts majeurs sur l’environnement de la région de Caldas, à Minas Gerais. À part la problématique de la radioactivité inhérente à l’uranium, la présence de sulfures dans les roches stériles et dans les résidus miniers est la cause de la génération du drainage acide, lequel peut affecter les eaux de surface et souterraines. Malgré des instruments légaux brésiliens très pertinents, les démarches entreprises par cette compagnie minière sont encore plutôt palliatives et l’extension de la problématique du drainage acide ne cesse de s’accroître sur ce site. Cette problématique environnementale a été bien étudiée par le secteur minier canadien, dû à sa présence dans plusieurs sites miniers. Ainsi, nous sommes allés chercher l’expertise acquise dans la région uranifère d’Elliot Lake, en Ontario, et dans la région minière de l’Abitibi, au Québec. Les gouvernements et l’industrie minière canadienne se sont impliqués dans le développement de politiques et de programmes de recherche qui visent la compréhension et la minimisation de cette problématique. Des investissements majeurs ont été requis et plusieurs solutions technologiques ont été mises en place. Ces solutions ne sont pas encore efficaces à 100% et demandent un suivi à très long terme, cependant la problématique est significativement minimisée et la performance environnementale du secteur minier canadien est beaucoup en avance sur le secteur minier brésilien. Les démarches politiques et technologiques entreprises au Canada peuvent servir d’exemple au secteur minier brésilien, et plusieurs technologies environnementales peuvent ainsi être évaluées et adaptées par l’INB, à Poços de Caldas. Le développement de politiques environnementales de coopération internationale, en particulier entre le Brésil et le Canada, pourrait jouer un rôle important dans la minimisation des problématiques environnementales brésiliennes, pays moins développé et dont le pouvoir d’investir en technologie environnementale est limité. / Mining has been historically recognized as one of the most important sources of economic activity in the world. Environmental hazards are intrinsically related to this activity. New environmental policies and mining technologies are continually being discussed in many countries. Nowadays acid mine drainage and other waste streams are the biggest challenges for the worldwide mining industry. The generation of acid drainage at the uranium mine from the brazilian governmental company INB has been recognized as an environmental hazard to the Poços de Caldas region. Despite all the political and technological steps taken by this company, the environmental impacts are still a problem at the uranium mine. With the goal of solving the problems resulting from acid mine drainage in the mining sector, Canada has developed many policies and research programs. Some technological alternatives have been implemented and evaluated by the canadian government and mining companies. These alternatives are not yet 100% efficient and are not long-terme solutions. Monitoring for many years or centuries will be necessary. However, the environmental performance of the the canadian mining sector is notably better than brazilian mining sector. Consequently, all the steps realized by the canadian government and mining industry can be a good example to the brazilian mining sector. Some technological alternatives developed in Canada to minimize acid mine drainage generation can be evaluated by the brazilian government and applied to the environmental management of the INB uranium mine. The development of international environmental policies is also an important tool to minimize environmental problems in some countries whith limited capacity to invest in environmental technologies. / A antiga mina de urânio das Indústrias Nucleares do Brasil, situada no Complexo Mínero industrial de Poços de Caldas/CIPC, em Minas Gerais, no Brasil, cujas atividades de explotação mineral foram encerradas em 1995, é responsável pela geração de drenagem ácida. A drenagem ácida é decorrente da presença de sulfetos, mais especificamente a pirita, na jazida mineral, na rocha estéril et nos rejeitos da mineração. Constitui um impacto ambiental que pode contaminar as águas superficiais e o lençol freático. Consequentemente, a flora, a fauna, as atividades agro-pastoris e a saúde da população local podem ser afetadas. Apesar da existência de uma legislação ambiental brasileira abrangente e, inclusive, de uma Lei de Crimes Ambientais extremamente rigorosa, as medidas adotadas por essa empresa estatal com o intuito de minimizar os impactos e os riscos ambientais decorrentes da atividade mineral no CIPC, são extremamente pontuais e paliativas. Desta forma, a ocorrência de drenagem acida é frequentemente encontrada dentro dos limites deste complexo minero-industrial. No Canadá, diversas políticas governamentais e programas de pesquisa foram desenvolvidos em colaboração com a indústria mineral, afim de caracterizar e minimizar os impactos decorrentes da geração de drenagem ácida, problemática associada à diversas minas canadenses em explotação ou desativadas. Com o intuito de solucionar o problema ambiental encontrado no CIPC, as alternativas tecnológicas adotadas em diversos sítios minerais canadenses foram avaliadas. As pesquisas centrarem-se mais especificamente na regíão uranífera de Elliot Lake, em Ontario et na região mineira da Abitibi, em Quebéc. Apesar das alternativas adotadas no Canadá não serem consideradas 100% eficazes, e necessitarem de um monitoramento durante alguns séculos, os impactos e os riscos ambientais de maior magnitude foram minimizados. Consequentemente, as medidas políticas e técnicas adotadas no Canadá, constituem um exemplo a ser avaliado pelo governo brasileiro durante a elaboração de um plano de gestão ambiental adequado ao CIPC. Dentro deste contexto, o desenvolvimento de políticas ambientais de cooperação internacional, inclusive entre o Brasil e o Canadá, é considerado um instrumento extremamente importante a ser utilizado para a compreensão e minimização dos impactos e riscos ambientais relacionados às atividades de explotação mineral no Brasil.

L’or, en raison de sa rareté et de ses nombreuses applications, est l’un des métaux les plus convoités. Il est principalement recherché pour sa valeur monétaire élevée qui a d’autant plus subi une hausse importante au cours des dernières années. Cette hausse de la valeur de l’or a grandement contribué à modifier le visage des nouveaux projets aurifères mis de l’avant en permettant à plusieurs compagnies d’exploiter des gisements à faibles teneurs ou contenant des minerais difficiles à traiter. Une chute drastique du prix de l’or aurait un impact important sur la rentabilité de ces nouveaux projets. L’une des façons de minimiser ce risque est de cibler une optimisation économique des circuits de cyanuration. Ce projet propose d’optimiser les circuits de cyanuration de l’or par simulation en basant son raisonnement sur la caractérisation de l’accessibilité des surfaces d’or. Pour ce faire, on caractérise cette accessibilité et on exploite ensuite l’information obtenue pour modéliser les différentes étapes d’un circuit conventionnel d’extraction de l’or par cyanuration. Lors de l’étape de broyage, les particules aurifères sont fragmentées pour libérer les surfaces d’or. Étant donné la grande différence de densité entre l’or et la gangue, cette libération a un impact considérable sur la classification gravimétrique des particules. Finalement, lors de l’étape de lixiviation, l’accessibilité des surfaces facilite l’attaque de l’or par le cyanure en présence d’oxygène et joue un rôle primordial sur l’optimisation du circuit. Pour créer des modèles représentatifs, il est essentiel d’avoir en main des données cohérentes et justes. Sans une bonne qualité de données, la calibration et même l’identification de la structure d’un modèle peuvent être faussées. Dans le cas des minerais aurifères, la nature intrinsèque du minerai et les difficultés associées à l’analyse des concentrations en or dans les phases liquides et solides peuvent entraîner des mesures non représentatives de la population globale à caractériser. La première étape de ce projet de recherche consiste donc à explorer l’application de la réconciliation de données aux procédés d’extraction de l’or. Ceci permet de rendre cohérentes les données issues de campagnes industrielles d’échantillonnage et de créer des modèles représentatifs de fragmentation, de classification et de lixiviation. La vitesse de cyanuration est fortement dépendante du degré de libération de l’or et par conséquent de la taille des particules aurifères. Il est donc important d’identifier dans quelle classe granulométrique se trouvent les grains d’or dans le minerai. Le premier modèle proposé dans ce projet permet de caractériser la distribution de l’or dans les différentes classes granulométriques ainsi que son accessibilité. Ceci est effectué en combinant un modèle de libération cubique et un modèle de broyage qui fait intervenir des fonctions de broyage et de sélection différentes pour les particules porteuses d’or et celles de gangue. Le modèle proposé est calibré et validé sur une série d’essais de broyage effectués en laboratoire. La classification gravimétrique influence différemment le partage des particules mixtes, d’or libre et de gangue entre la surverse et la sousverse d’hydrocyclones. Étant donné que les particules mixtes et d’or libre ont des degrés d’accessibilité différents et, par conséquent, des cinétiques de lixiviation différentes, la classification influence la performance des circuits de cyanuration positionnés en aval d’hydrocyclones. On propose donc de coupler le degré d’accessibilité, obtenu par le modèle de broyage, au modèle de Plitt à l’aide de la densité des particules. En bref, selon que l’or est totalement libéré ou attaché à une particule de minerai, son comportement en classification est différent puisqu’il est influencé par la densité de la particule. Le modèle développé est ensuite appliqué à des données industrielles. Pour ce faire, il est cependant nécessaire de faire intervenir un second modèle puisqu’une cyanuration a lieu à l’intérieur des broyeurs de ce circuit. Un modèle simplifié permettant de caractériser la lixiviation de l’or simultanément à la fragmentation du minerai est donc proposé. L’information relative au degré d’exposition des surfaces d’or alimente un modèle phénoménologique de cyanuration. Le modèle intègre les concepts d’exposition et de diffusion tout en tenant compte de la stœchiométrie de la réaction de dissolution de l’or et de la consommation du cyanure par les cyanicides. Des essais en laboratoire sont utilisés pour confirmer la prédominance de la réaction diffusionnelle dans le processus de cyanuration industriel. Ces essais sont également utilisés pour calibrer et valider le modèle proposé. L’ensemble des modèles développés est regroupé dans un simulateur d’usine couplant l’accessibilité des surfaces d’or à sa dissolution. À cette fin, les modèles développés pour des conditions discontinues sont adaptés à une application continue. Finalement, le simulateur est utilisé pour étudier différents scénarios d’optimisation économique de circuits de cyanuration. Les modèles développés et les résultats obtenus sont encourageants et permettent de jeter les bases d’une approche reliant l’accessibilité des surfaces au broyage, à la classification gravimétrique et à la cyanuration de l’or. / Gold, because of its rarity and its various applications is one of the most coveted metals. It is mainly known for its high value that has significantly increased recently. This increase in the value of gold contributed to change the face of new gold projects by allowing companies to exploit low grade deposits or difficult ore to process. A drastic fall in the price of gold would have a significant impact on the profitability of these new projects. One way to minimize this risk is to focus on economic optimization of cyanidation circuits. This project proposes to optimize gold cyanidation circuits with simulation based on the characterization of gold surfaces accessibility. To do so, gold accessibility is characterized. The information is then use to model the different stages of a conventional cyanidation gold extraction circuit. During the grinding step, the gold particles are broken to liberate gold surfaces. Given the high density difference between gold and the non-value minerals, liberation has a significant impact on the gravimetric classification. Finally, during leaching, the accessibility of surfaces facilitates the attack of gold by cyanide in presence of oxygen. This latest link is used to optimize leaching circuits. To create representative models, it is essential to have consistent data. With poor data quality, calibration, and even model structure may be distorted. In the case of gold ores, the intrinsic nature of the ore and the difficulties associated with gold concentration measurements in the liquid and solid phases can lead to non-representative data sets of the ore to characterize. Therefore, the first step of this research project is to explore the data reconciliation application to gold extraction processes measurements. This corrects data from industrial sampling campaigns and allows creating representative models of fragmentation, classification and leaching. Cyanidation kinetic is highly dependent of the degree of gold liberation and consequently is dependant on ore particle size. It is therefore important to identify in which ore size class the gold grains are. The first model proposed in this project characterizes the distribution of gold in different size classes as well as its accessibility. This is done by combining a cubic liberation model and a grinding model that uses different breakage and selection functions for mixed and non-value particles. The proposed model is calibrated and validated on a series of laboratory grinding tests. The gravimetric classification influences differently mixed particles, free gold and free non-value particles partition to the overflow and underflow of hydrocyclones. Liberated gold grains and gold attached to mixed particle have different classification behavior because they are influenced by the density of the particle. Furthermore, mixed particles and liberated gold grains have different degrees of accessibility and different leaching kinetics. Consequently, classification as an influence on cyanidation circuits performances positioned downstream of hydrocyclones. It is therefore proposed to link the information on the degree of gold accessibility obtained by the grinding model to Plitt’s classification model by using particle density. The model is then applied to industrial data. To do so, it is however necessary to introduce a second model since cyanidation takes place inside the mills of this grinding circuit. A simplified model for characterizing the gold leaching simultaneously with the fragmentation of the ore is proposed. Information on the exposure of gold surfaces feed a phenomenological model of cyanidation. The model incorporates the concepts of exposure and diffusion while taking into account the stoichiometry of gold dissolution reaction and cyanide consumption by cyanicides. Laboratory tests are used to confirm that the reaction rate is limited by diffusion in the industrial cyanidation process. These tests are also used to calibrate and validate the proposed model. All the models developed are grouped in a simulator combining the degree of gold surface accessibility to gold dissolution. To this end, the models developed for batch conditions are adapted for continuous application. Finally, the simulator is used to study different scenarios of cyanidation circuit economic optimization. The models developed and the results obtained lay the foundations to integrate liberation to grinding, gravity classification and cyanidation of gold.

Lorsqu'ils sont exposés à l'eau de pluie et au dioxyde de carbone, les résidus miniers de l'exploitation du chrysotile capturent le CO2 grâce à une réaction de minéralisation du carbone. Ce phénomène a largement été étudié en laboratoire mais demeure mal compris à l'échelle d'une halde de stériles. Deux forages ont été réalisés au centre d'une halde à résidus miniers de Thetford Mines (Qc, Canada) dans le but de documenter la distribution spatiale de la réaction de carbonatation et d'identier sa signature pétrophysique. Les propriétés physiques des résidus miniers ont été évaluées à partir d'échantillons de la carotte de forage. An d'identier la signature pétrophysique des zones favorables à la carbonatation minérale, des diagraphies de géoradar, résistivité électrique et susceptibilité magnétique ont été réalisées. L'altération liée à la minéralisation du carbone n'est pas uniforme dans la halde, étant donné les variations de perméabilité à l'air et à l'eau. Des chemins d'écoulement préférentiels à l'air facilitent la carbonatation en profondeur en augmentant la quantité de CO2 qui entre dans la halde. Une hausse de résistivité électrique accompagnée d'une baisse de susceptibilité magnétique peuvent servir d'indicateur des zones aux conditions favorables pour la réaction de minéralisation du carbone. En effet, les carbonates qui sont résistifs précipitent entre les résidus de manière à les cimenter. La croissance des carbonates limite également la présence d'eau dans l'espace poreux ce qui contribue à l'augmentation de la résistivité électrique. La baisse de la susceptibilité magnétique, quant à elle, est attribuable à la destruction partielle de la magnétite pendant le processus de carbonatation et de météorisation. Le fer libéré lors de l'altération de la magnétite et de la serpentine est accumulé à la surface des grains et alimente la formation de goethite. Le degré d'altération de la magnétite est un indicateur du niveau de météorisation in-situ des résidus. Ces résultats sont la première étape pour suivre le progrès de la réaction de carbonatation dans le temps et pour quantier le volume de CO2 séquestré dans une pile de résidus miniers. / When exposed to rainwater and carbon dioxide, magnesium rich mining wastes spontaneuously capture CO2 through carbon mineralization. Extensively studied in the laboratory, this reaction is still ill-understood at the scale of industrial mining waste pile. In order to document the spatial distribution of carbon mineralization and identify its petrophysical signature, two holes were drilled at the center of a tailings pile in Thetford Mines, Qc, Canada. The physical properties of the mining residues were evaluated from drill core samples. The petrophysical signature of zones favorable for carbon mineralization was investigated using electrical resistivity, magnetic susceptibility and borehole radar data. These data showed that the variations of air and water permeability cause alterations that are related to carbon mineralization not being uniform throughout mining wastes. Preferential air-ow can enhance carbonation at depth by increasing the amount of CO2 that reaches the interior of the waste pile. The growth of carbonates which are resistive isolate the grains and restrict water ingress and contributes to the observed increases in electrical resistivity. The decrease in magnetic susceptibility during carbonation is attributed to the partial destruction of magnetite. The iron released during the alteration of magnetite and serpentine is accumulated on the grain surface and feeds the formation of goethite. The level of destruction of the magnetite provides insights into the level of alteration caused by in-situ weathering of the mining wastes. Therefore, an increase in electrical resistivity accompanied by a decrease in magnetic susceptibility can serve as an indicator for zones with favorable conditions for the carbon mineralization reactions. These results represent the rst step towards quantifying the volume of CO2 captured in these mining residues and track the progress of the reaction with time.