Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 18 octobre 2005). Bibliogr.

Thèses (M.Sc.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Le drainage minier acide constitue un problème d'une importance majeure pour l'industrie minière. Au Canada, les exploitations minières sont maintenant tenues depuis quelques temps de restaurer et de réhabiliter les aires d'accumulation de résidus miniers et de stériles après cessation des activités. Actuellement, il existe très peu de solutions éprouvées en vue de prévenir et / ou de contrôler le drainage minier acide dans une halde à stériles. Cependant, il existe quelques méthodes prometteuses d’empilement des stériles avec des matériaux fins telles que la co-disposition, l’entremêlement par couches et l’encapsulation (couvertures supérieure et inférieure). Ces méthodes sont basées sur l’utilisation de matériaux fins disposés en couche jouant le rôle de barrières capillaires qui doivent demeurer saturées même en période de sécheresse, de manière à diminuer la diffusion de l'oxygène et ralentir le mouvement de convection thermique de l'air. Ces couches peuvent être constituées de résidus miniers, disponibles en grande quantité sur place. Ces résidus eux-mêmes générateurs d'acidité, pourraient être neutralisés par des résidus industriels fins et basiques tels que les poussières de four de cimenterie et des boues rouges d'aluminerie. Cette problématique générale a fait l’objet de nos travaux. Afin de vérifier l'efficacité de la technique de mélange proposée, des essais en conditions statiques (batch) et en conditions dynamiques (colonnes) ont été poursuivis en laboratoire. Les résultats obtenus en batch avec des résidus se voulant représentatifs ont mis en évidence le pourcentage minimum (10% en poids) requis en ajout alcalin pour obtenir une neutralisation efficace. Ils ont aussi permis de documenter les interactions chimiques entre les différents matériaux. Les essais en colonnes ont permis d’observer le comportement hydrogéochimique engendré par les différentes dispositions de matériaux fins et de stériles. Ainsi, une couche de matériaux fins disposée sous des stériles offrira une meilleure neutralisation à court terme, tandis qu’une couche disposée au-dessus offrira une meilleure neutralisation à long terme. La co-disposition des matériaux ne permet quant à elle qu’une neutralisation limitée dans le temps. Enfin, une extraction séquentielle a permis de s’assurer de la bonne fixation des métaux. / Acid mine drainage (AMD) is the most serious environmental problem facing the mining industry. AMD is formed when sulfide minerals in waste rock or tailings are oxidized in the presence of water and oxygen to form highly acidic, sulfate and metals-rich drainage. Some methods exist to reduce the formation of AMD in a waste rock pile: layered co-mingling, cover, liner and co-disposal of waste rock with fine materials to limit oxygen fluxes. These methods are based on the use of mine tailings. The aims are to limit the transfer of oxygen and water in a waste rock pile during its construction and reduce thermal gas convection. However, mine tailings can themselves generate AMD and need to be neutralized by the addition of alkaline material. The purpose of this study is to evaluate the capacity of alkaline industrial wastes to neutralize tailings. Alkaline industrial wastes which were selected are cement kiln dust (CKD) and red mud bauxite (RMB). These alkaline materials are used to keep neutral conditions even if water saturation is disrupted. A series of batch leaching tests and column leaching tests were conducted in order to investigate the long-term neutralization potential of alkaline materials and the quality of the drainage water. The batch leaching tests have indicated the minimum percentage (10%) of alkaline material required to keep neutral pH conditions, and to discern whether mineral solubility controls exist for particular elements. Column leaching tests have shown the hydrogeochemical behaviour of different dispositions of materials. When the fine-grained layer overlays reactive waste rock, a delay was observed before obtaining near neutral pH. In the cases where the fine-grained layer is below or mixed with the waste rock, the near neutral pH values are directly reached. The co-disposition offers short-term neutralisation only. Finally, a sequential extraction method was used to determine the degree of fixation of metals.

Thèse de doctorat : Dynamique et environnement sédimentaires : Lille 1 : 2001. / N° d'ordre (Lille) : 3051. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 219-228.

La mine Niobec produit du ferroniobium à partir d’un gisement de carbonatites riche en pyrochlore. La gangue associée au minerai affiche une teneur moyenne de 6, 8% apatite (3, 5 % P2O5). Cette étude a pour objectif l’évaluation du potentiel économique de la valorisation de l’apatite contenue dans les résidus de lamine Niobec. Savard (1981) et Dramou (2016) ont réalisé des travaux exploratoires de l’apatite dans les résidus de Niobec. Leur recherche a démontré la difficulté d’obtenir un concentré d’apatite satisfaisant les contraintes du marché pour ce minéral en raison de la présence de minéraux carbonatés avec une forte proportion de magnésium. Dans le cadre de cette recherche, des essais en laboratoire ont été réalisés afin de caractériser les résidus et de déterminer les performances de différentes méthodes pour produire un concentré de phosphate commercialisable. Suite à la caractérisation, nous avons concentré les travaux de valorisation sur la fraction grossière des résidus qui est plus riche en apatite. Des essais de flottation ont montré que la flottation inverse à pH acide permet une séparation très sélective entre la gangue carbonatée et l’apatite. Cependant cette méthode n’a pas permis d’atteindre la composition exigée pour un concentré d’apatite. Des essais de calcination et de lixiviation ont été réalisés sur ce concentré afin de produire un concentré qui a les caractéristiques des concentrés d’apatite commerciaux. La lixiviation à pH contrôlé produit une élimination sélective de la dolomite résiduelle, la composition imposée pour la commercialisation du concentré d’apatite a ainsi été atteinte. Cette démarche expérimentale a permis de définir un procédé de concentration de l’apatite des résidus de Niobec en trois étapes : le déschlammage, la flottation inverse et la lixiviation. L’évaluation de l’économique de ce procédé a démontré que la valorisation de l’apatite dans les résidus miniers a le potentiel de générer des profits. / Niobec Mine produces ferroniobium from a pyrochlore rich carbonatite deposit. The gangue associated to the ore has an average concentration of 6. 8 % apatite (3. 5 % P2O5). The objective of the study is the evaluation of the economic potential of the valorization of the apatite in the tailings of Mine Niobec. Apatite is the main source of phosphorous for the production of fertilizers. Savard (1981) and Dramou (2016) have completed exploratory laboratory test work on the recovery of apatite from Niobec’s tailings. Their work, in agreement with the literature, demonstrated the difficulty of obtaining a sellable apatite concentrate because of the presence of carbonated minerals with a high proportion of magnesium. The study presented in this thesis includes, laboratory tests to characterize the tailings and evaluate the performances of different methods in regard of the production of a sellable phosphate concentrate. A preconcentration consisting of a size based separation is used to separate the coarser fraction of the residuals from the plant tailings of the Niobec. Indeed, the characterization study having shown that the concentration of apatite is higher in the coarser fractions. Froth flotation tests showed that reverse flotation at acid pH allows the separation of apatite from carbonated gangue with an outstanding selectivity. However, the produced concentrated did not yet meet the required composition of a sellable apatite concentrate. To rectify the composition, calcination and lixiviation tests were carried out. Lixiviation under controlled pH allowed a selective dissolution of residual dolomite from prior process of classification and flotation. This experimental approach developed in this thesis consists of three steps to produce marketable apatite concentrate, i. e. desliming, reverse flotation and lixiviation. An economic evaluation revealed that the beneficiation of the apatite from Niobec mine’s tailings has the potential to generate positive cash flow.

La région de Schefferville est située dans la fosse de Labrador, importante ceinture géologique traversant le Québec et le Labrador où la majeure partie de la production canadienne de fer est extraite. L'extraction de minerais de fer dans cette contrée est à l'origine de grands dépôts de résidus miniers (mort-terrain et stériles miniers). Étant donné leurs caractéristiques physico-chimiques peu propices à la croissance végétale et les conditions climatiques rigoureuses, la colonisation naturelle de ces dépôts de matériaux miniers par des espèces végétales est grandement limitée. Tenant compte des fonctions écologiques des associations symbiotiques bénéfiques entre les plantes et les champignons du sol dans les écosystèmes naturels, ainsi que de l'utilité d'amendements organiques tels que le biochar, la tourbe de sphaigne et le compost dans l'amélioration des propriétés physico-chimiques des substrats appauvris et déstructurés, on a émis l'hypothèse que l'inoculation de semis d'espèces végétales indigènes à la région de Schefferville avec des isolats fongiques indigènes seule ou en combinaison avec des amendements organiques devrait permettre l'établissement d'une communauté végétale sur ces matériaux. À cet effet, dans ce projet de thèse, on a réalisé en serre quatre expériences avec des espèces végétales indigènes à la région de Schefferville en présence d'isolats fongiques isolés à partir de leur rhizosphère et de différents amendements organiques. La première expérience consistait à évaluer la capacité de bouturage des tiges du Salix planifolia plantées horizontalement et verticalement sur des stériles miniers, du mort-terrain et de la tourbe de sphaigne. Nous avons obtenu une production précoce de pousses, un taux de survie et une production de biomasse plus élevés des boutures dans le mort-terrain par rapport aux stériles miniers. Ces résultats ont aussi révélé que les boutures horizontales ont un taux de survie plus élevé et produisent rapidement plus de pousses que les boutures verticales. De ce fait, des boutures horizontales ont été trempées et inoculées avec des inocula de Rhizoscyphus ericae #22 et Meliniomyces sp et de Phialocephala fortinii dans des stériles miniers stérilisés et non stérilisés au cours de la deuxième expérience. Les résultats ont révélé une réponse mitigée des boutures aux souches fongiques inoculées. La souche P. fortinii a eu un effet neutre sur le taux survie des boutures, la production de pousses, et la production de biomasse. En revanche, les souches Rhizoscyphus ericae #22 et Meliniomyces sp ont démontré un certain effet, bien que peu prononcé, sur la performance des boutures. Dans la 3ème expérience, nous avons testé les impacts de 4 niveaux de tourbe et de biochar, seul ou en combinaison sur la croissance et l'établissement des semis du Betula glandulosa et de l'Alnus crispa sur du mort-terrain. Les résultats n'ont révélé aucun effet positif du biochar ou de la tourbe sur la croissance des semis. La synergie positive tant attendue entre le biochar et la tourbe n'a donc pas été détectée. Dans la 4ème expérience, nous avons exploré les effets combinés du compost issu de déchets domestiques et de deux consortia microbiens fongiques en présence des semis du B. glandulosa et de l'A. crispa dans les stériles miniers. Comme attendu, la combinaison des deux sources d'amendements n'a pas stimulé la croissance des semis par rapport à une application individuelle. Cependant, un effet contrasté du compost a été détecté, avec un effet positif sur la croissance des semis du B. glandulosa et un effet neutre sur la croissance des semis de l'A. crispa. Le consortium de champignons indigènes a eu un effet neutre sur la croissance des deux espèces végétales. En revanche, chez l'A. crispa, l'introduction d'une souche exotique (Laccaria bicolor) a réduit la croissance des semis. En conclusion, les divers résultats obtenus au cours de ce projet de thèse n'ont pas permis de confirmer l'effet bénéfique des traitements d'inoculation de différentes souches fongiques et d'ajout d'amendements organiques. Toutefois, ils ont permis de démontrer que les espèces arbustives utilisées peuvent croître sur le mort-terrain, substrat qui pourrait être utilisé dans des projets de restauration subséquents. / The Schefferville region is in the Labrador Trough, an important geological belt crossing Quebec and Labrador where most of the Canadian iron production is extracted. The extraction of iron ores in this region has resulted in large deposits of mine tailings (overburden and waste rock). Due to their poor physico-chemical characteristics for plant growth and the harsh climatic conditions, the natural colonization of these mining materials deposits by plant species is greatly limited. Considering the ecological functions of beneficial symbiotic associations between plants and soil fungi in natural ecosystems, as well as the usefulness of organic amendments such as biochar, peat moss and compost in improving the physico-chemical properties of depleted and destructured substrates, it was hypothesized that inoculation of seedlings of plant species native to the Schefferville area with native fungal isolates alone or in combination with organic amendments would allow the establishment of a plant community on these materials. To this end, in this thesis project, four experiments were conducted in the greenhouse with plant species native to the Schefferville region in the presence of fungal isolates isolated from their rhizosphere, and different organic amendments. The first experiment consisted in evaluating the growth capacity of Salix planifolia stem cuttings planted horizontally and vertically on waste rock, overburden, and peat moss. We obtained higher early shoot production, survival rate and biomass production of cuttings in overburden compared to waste rock. These results also indicated that horizontal cuttings had higher survival rates and quickly produced more shoots than vertical cuttings. Therefore, horizontal cuttings were dipped and inoculated with Rhizoscyphus ericae #22 and Meliniomyces sp and Phialocephala fortinii inocula in sterilized and unsterilized waste rock in the second experiment. Results suggested a limited response of cuttings to the inoculated fungal strains. The P. fortinii strain had a neutral effect on cutting survival rate, shoot production, and biomass production. In contrast, Rhizoscyphus ericae #22 and Meliniomyces sp showed some effect, although not very pronounced, on the performance of cuttings. In the 3rd experiment, we tested the impacts of 4 levels of peat moss and biochar, alone or in combination on the growth and establishment of Betula glandulosa and Alnus crispa seedlings on overburden. Results showed no positive effect of biochar or peat moss on seedling growth. The much-expected positive synergy between biochar and peat was not detected. In the 4th experiment, we explored the combined effects of compost and two fungal microbial consortia in the presence of B. glandulosa and A. crispa seedlings in waste rock. As expected, the combination of the two amendment sources did not stimulate seedling growth compared to an individual application. However, a contrasting effect of compost was detected, with a positive effect on B. glandulosa seedling growth and a neutral effect on A. crispa seedling growth. The native fungi consortium had a neutral effect on the growth of both plant species. In contrast, for A. crispa, the introduction of an exotic strain (Laccaria bicolor) reduced seedling growth. In conclusion, the various results obtained during this thesis project did not confirm the beneficial effect of inoculation treatments with different fungal strains and addition of organic amendments. However, they did demonstrate that the shrub species used can grow on the overburden, a substrate that could be used in subsequent restoration projects.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Dynamique et environnement sédimentaire : Lille 1 : 2001.

Mémoire (M.Sc.A)- Université du Québec à Chicoutimi, 1981. / "Mémoire présenté en vue de l'obtention d'un diplôme de M.Sc.A. (géologie)" CaQCU Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

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.

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.