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.

La production d’éléments de terres rares (ETR) est importante pour des filières comme l’énergie éolienne et l’électrification des transports, mais leur valorisation exige une séquence de procédés minéralurgiques et hydrométallurgiques complexes, couteux et peu documentés, notamment en raison de secret industriel. Comme aucune mine ou usine de production d’ETR n’est présentement en opération en sol canadien et que les investissements requis pour une mise en production sont de l’ordre du milliard de dollars, l’établissement d’indices de performance (rendements) fiables et de modèles des procédés est essentiel. Les concentrés produits lors des étapes de traitement du minerai comportent plusieurs minéraux porteurs d’ETR et des minéraux de gangue variés qui peuvent avoir des conséquences néfastes sur les opérations hydrométallurgiques requises pour l’extraction des ETR, un aspect rarement abordé la littérature. Enfin, l’économique de la transformation des ETR et la gestion des radionucléides sont des sujets qui sont souvent évacués des discussions, bien qu’ils soient cruciaux au développement d’une chaîne de production des ETR qui soit rentable et acceptable d’un point de vue social et environnemental. Un procédé de flottation a été développé pour produire un concentré en récupérant sélectivement les minéraux d’ETR selon une cinétique d’ordre 1. Des essais réalisés sur du matériel tiré du gisement d’ETR Ashram (bastnaésite et monazite), situé dans le nord du Québec, démontrent qu’à partir d’une teneur d’alimentation de 2,6 % oxydes de terres rares (OTR), un concentré d’ébauchage titrant 13,2 %OTR est produit. La simulation établit que quatre étapes de nettoyage permettraient de produire un concentré composé de 90 % de minéraux d’ETR (> 60 % OTR), avec un rendement ETR global de72 %.Les travaux de doctorat ont ensuite testé une séquence de procédés comprenant la flottation des minéraux d’ETR, suivie d’un traitement caustique (TC) et d’une lixiviation HCl (LHCl) pour produire une solution d’ETR. Les essais hydrométallurgiques, réalisés en laboratoire sur le concentré d’ébauchage produit par flottation, fournissent une alternative à la méthode conventionnelle de cuisson à l’acide sulfurique (CAS).Le concentré de flottation a été soumis à des essais de TC-LHCl et les données récoltées ont été traitées par une méthode de réconciliation des données hydrométallurgiques afin d’améliorer la fiabilité des rendements estimés. En plus de produire des bilans de matière cohérents (entrées =sorties) pour huit éléments de façon simultanée, une analyse de type Monte-Carlo démontre que l’approche permet une réduction des écarts-types des rendements élémentaires en solution par des facteurs entre 3 et 10.La réaction de transformation des minéraux d’ETR en hydroxydes lors du TC peut être modélisée par une cinétique à cœur rétrécissant dont la vitesse est limitée par la diffusion à travers la couche ayant déjà réagi. La fluorite est le minéral le plus problématique lors du procédé de TC-LHCl, en raison de la formation de fluorures d’ETR insolubles. Le rendement lanthane maximal obtenu avec une LHC là un pH de 3 est de 82 %. Des rendements inférieurs sont mesurés pour les autres ETR et l’oxydation partielle du Ce vers l’état tétravalent pose également des problèmes de solubilisation. Enfin, l’analyse économique de scénarios de concentration des minéraux d’ETR démontre qu’un concentré à haute teneur (> 60 % OTR) est souhaitable, malgré les pertes d’ETR encourues. La réduction de coûts, dont ceux pour le HCl requis en pré-lixiviation des carbonates, amène des profits additionnels de 21 M-an pour un projet comme celui du gisement Ashram et justifie la construction d’un circuit de nettoyage par flottation. Les coûts d’opération du procédé de TC-LHCl sont estimés à 820-t de concentré contre 410-t pour l’approche par CAS. Bien que la CAS soit plus attrayante d’un point de vue économique, des considérations environnementales, opérationnelles ainsi que les rendements ETR doivent être inclus lors du choix de l’approche de mise en solution des ETR. Les deux approches produiront un résidu riche en radionucléides dont le Th-232. Ce résidu sera classé comme radioactif et devra être géré de façon à protéger le public, les travailleurs et l’environnement, notamment par l’utilisation d’aires d’entreposage étanches. / Rare earth elements (REE) are important to the development of modern technologies such as wind turbines and electric vehicles. However, their commercial production requires numerous steps ofmineral and hydrometallurgical processing, which are both costly and poorly documented owing inpart to trade secrets. Given that no REE mine or metallurgical complex currently operates in Canada and that the cost to initiate such production is in the order of a billion dollars, establishing reliable performance indicators (recoveries) and robust process models is critical. Furthermore, the REE concentrates produced by mineral processing contain multiple REE minerals and various gangue minerals capable of negatively affecting the hydrometallurgical operations required for REEextraction, an aspect rarely covered in the literature. The analysis of process economics as well as the management of radionuclides, both crucial to the establishment of a viable, sustainable and socially acceptable REE value chain, are also typically absent from papers discussing the extraction and processing of REE.The first objective of this Ph. D. thesis is to test a process sequence including mineral flotation,followed by a caustic treatment (CT) and a HCl leach (HCLL) to produce a REE solution. Laboratory mineral processing and hydrometallurgical tests were conducted on a concentrate generated from Ashram Deposit (northern Quebec) material (bastnaesite and monazite) to identify an alternative tothe conventional acid baking (AB) method.To produce a concentrate for hydrometallurgical testing, the developed flotation process utilizes ahydroxamic acid-based collector and selectively recovers all REE minerals following a first-orderrate. Tests show an increase from 2.6 % rare earth oxides (REO) in the feed to 13.2 % REO in therougher concentrate. According to simulation studies, four cleaner flotation steps would allow the production of a concentrate made up of 90 % REE minerals (> 60 % REO) at a combined recoveryof 70 %.The flotation concentrate was submitted to CT-HCLL tests and the collected data were processed using a hydrometallurgical data reconciliation method to improve the reliability of the yield estimates.In addition to generating coherent (inputs = outputs) mass balances for eight elements simultaneously, Monte-Carlo simulations show a reduction by a factor of 3 to 10 in the standard deviation of the elemental yields in solution The rate of transformation of REE minerals into hydroxides during the CT can be modeled using ashrinking core model, with diffusion through the reacted hydroxide layer being the rate-limiting step. Fluorite is the most problematic mineral during the CT-HCLL process due to its ability to formin soluble REE fluorides. The highest lanthanum yield achieved using an HCLL pH of 3 is 82 %.Other REE present lower yields, with Ce oxidation to the tetravalent state posing solubility issues.Lastly, an economic analysis of various REE mineral upgrading scenarios demonstrates that a highgrade concentrate (> 60 % REO) is desirable for hydrometallurgical processing, despite, the lower REE recovery and output. The reduction of costs such as that of HCl used for carbonate pre-leaching,generates 21 M -y in additional profits for a project such as the Ashram Deposit and justifies the inclusion of a cleaner flotation circuit in a mill design. Operating costs for the CT-HCLL process are estimated at 820-t of concentrate, compared to 410-t for the AB approach. Although AB is more attractive from an economic standpoint, environmental and operational considerations, as well as REE recoveries must be factored in when choosing the REE extraction method. Like other REE projects, both approaches will result in the production of a Th-232 rich product. This residue will be classified as radioactive and, to protect the public, the environment and the REE facility workers, willneed to be managed using dedicated tailings storage facilities which comprise leachate retention and treatment.

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

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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.

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.

L'ancien site minier St. Lawrence Columbium abandonné en 1976 a exploité durant ses 15 années d'activité, la seule intrusion de nature carbonatique des Collines Montérégiennes pour sa richesse en minéraux carbonatés porteurs de niobium, d'éléments radioactifs et du groupe des terres rares. L'objectif principal de cette étude est de développer un modèle conceptuel de transport réactif du site qui vise à quantifier la mobilité et le devenir de ces éléments chimiques critiques pour l'environnement en utilisant dans un premier temps, le modèle numérique d'écoulement et de transport par éléments finis Flonet/TR2 afin de modéliser le système d'écoulement saturé en 2D. Par la suite, le modèle par volumes finis MIN3P simule le transport réactif en 1D et en 2D entre le parc à résidus et une des fosses du site. Également, une étude de sensibilité des paramètres d'écoulement et de transport par la méthode de Morris, est menée afin d'identifier les variables d'entrée les plus critiques. Les résultats de la simulation avec Flonet/TR2 permettent d'identifier tout d'abord un chemin préférentiel pour l'écoulement et le transport induit par un roc altéré en surface avec notamment des temps de résidences passant d'une dizaine d'années à plusieurs centaines d'année après 20 m sous le niveau de la nappe. Les simulations de transport réactif ont, quant à elles, révélée des concentrations en oxyde d'uranium qui demeurent en deçà des critères d'eau de résurgence contrairement au fluor et au sulfure d'hydrogène qui ont des concentrations maximales naturelles respectives de 5,0 mg/L et de 1,20x10⁻² mg/L. La capacité du socle rocheux à tamponner la variation de pH engendrée par la dissolution de minéraux soufrés tel que la sphalérite et la molybdénite, a également été constaté, variant entre 8,0 et 6,7 dans le temps. Les analyses de sensibilités montrent que d'une part, le système d'écoulement est significativement impacté par la variation saisonnière de la recharge au top du modèle ainsi que par l'hétérogénéité de la perméabilité du roc induisant des variations du temps de résidence de plusieurs dizaines d'années. D'autre part, la variation du taux de lixiviation des résidus, simulé par la modification des concentrations d'entrées, est la principale source de variation des concentrations de sortie pour le modèle numérique de transport réactif. / During its 15 years of operation, the former St. Lawrence Columbium mining site, abandoned in 1976, exploited the only carbonate intrusion in the Monteregian Hills for its wealth of carbonate minerals containing niobium, radioactive elements and rare earth elements. The main objective of this study is to develop a conceptual model of reactive transport that aims to quantify the mobility and fate of the chemical elements of highest environmental concern by first using the Flonet/TR2 finite element flow and transport model to simulate the saturated 2D flow domain. Subsequently, the MIN3P finite volume model is used to simulate reactive transport in 1D and 2D between the tailings facility and one of the pits on the site. A sensitivity study of the flow and transport parameters using the Morris method identifies the most critical input variables. The results of the Flonet/TR2 simulation showed a preferential pathway identified for flow and transport induced by uppermost layer of weathered rock with residence times ranging from around ten years to several hundred years down to 20 m below groundwater level. Reactive transport simulations showed uranium oxide concentrations below the criteria for resurgent water, in contrast to fluoride and hydrogen sulphide, which have maximum natural concentrations of 5,0 mg/L and 1.20x10⁻² mg/L, respectively. The simulations showed that bedrock was able to moderate the pH variation caused by the dissolution of sulphur minerals such as sphalerite and molybdenite was also observed, with a simulated pH between 8.0 and 6.7 over time. Sensitivity analyses show that the flow system is significantly influenced by the seasonal variation of recharge at the top of the model and by the heterogeneity of rock permeability, leading to variations in residence time of several decades. In addition, the variation in the residual leaching rate, simulated by the change in input concentrations, is the main source of variation in the output concentrations for the reactive transport numerical model.

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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.