Valorisation des résidus miniers et des roches stériles concassées comme de matériaux de construction

Abstract

L’exploitation minière génère une grande quantité de déchets solides nommé les stériles et les rejets de concentrateurs (résidus miniers). Le stockage de ces rejets s’effectue en surface dans des parcs à résidus. À leurs expositions aux intempéries, des réactions d’oxydations se manifestent qui donnent naissance au drainage minier acide (DMA). L’optique de la gestion des rejets miniers consiste à remplacer les matériaux conventionnels des formulations cimentaires. Cette méthode de valorisation permettait l’industrie minière de réduire à la fois les impacts environnementaux de stockage des rejets en surface et aussi bien les frais de taxation. Ce projet de recherche s'inscrit dans le cadre de la gestion écologique des rejets miniers solides qui représentent une source de contamination de l’environnement et qui n'ont pas aucune valeur économique. Il vise à développer des formulations de bétons et mortiers en remplaçant entièrement le sable et les granulats respectivement par des résidus miniers fins de cinq mines au Québec (LaRonde, Malartic, Casa Berardi, Westwood et Goldex) et des roches stériles concassés de la mine Malartic. Suite à une caractérisation minéralogique (DRX) et physique (granulométrique) des résidus ainsi qu’une caractérisation par l’application de l’essai de double poinçonnement et de Micro Deval des roches stériles concassées, plusieurs mélanges de bétons et mortiers ont été réalisés en variant la source des rejets miniers incorporés. Des essais de laboratoire tels que l’essai de compression uniaxiale, impulsion ultrasonore et résistivité électrique ont été appliqués sur des cylindres de béton à 28 et 56 jours de cure et seulement l’essai de compression uniaxiale a été réalisé sur des cubes de mortiers à 7, 14, et 28 jours de cure. Les résultats de cette étude montrent que le remplacement total du sable conventionnel par des résidus miniers et des granulats par des roches stériles concassées dans des formulations de bétons et mortiers a donné des bonnes résistances mécaniques. Les UCS mesurés des bétons à base de matériaux miniers sont de 15,4 MPa, 21,5 MPa, 25,7 MPa, 22,1 MPa et 26,3 MPa respectivement pour les mélanges Westwood, Casa Berardi, LaRonde, Malartic et Goldex à 56 jours de durcissement. Des observations microscopiques (MEB) des bétons Goldex, Westwood et le témoin a montré que la microstructure de la matrice cimentaire change en variant la source des résidus incorporés. Cette variation des résultats est affectée par la minéralogie et la granulométrie de chaque type de résidus utilisés.

Abstract: Mining operations generate a large amount of solid waste called waste rock and mill tailings. These wastes are stored on the surface in tailings ponds. When exposed to the weather, oxidation reactions occur, resulting in acid mine drainage (AMD). The objective of mine waste management is to replace conventional materials in cement formulations. This method of recovery allows the mining industry to reduce both the environmental impacts of storing the waste on the surface as well as the taxation costs. This research project is part of the ecological management of solid mine waste which represents a source of environmental contamination and which has no economic value. It aims to develop concrete and mortar formulations by replacing sand and aggregates respectively with fine mine tailings from five mines in Quebec (LaRonde, Malartic, Casa Berardi, Westwood and Goldex) and crushed waste rock from the Malartic mine. Following a mineralogical (XRD) and physical (particle size) characterization of the tailings as well as a characterization by the application of the double punching test and Micro Deval test of the crushed waste rock, several concrete and mortar mixes were produced by varying the source of the incorporated mine waste. Laboratory tests such as uniaxial compression test, ultrasonic pulse and electrical resistivity were applied on concrete cylinders at 28 and 56 days of cure and only the uniaxial compression test was performed on mortar cubes at 7, 14, and 28 days of cure. The results of this study show that the total replacement of conventional sand by mine tailings and of aggregates by crushed waste rock in concrete and mortar formulations gave good mechanical strengths. The measured UCS of the mine material based concretes are 15.4 MPa, 21.5 MPa, 25.7 MPa, 22.1 MPa and 26.3 MPa respectively for Westwood, Casa Berardi, LaRonde, Malartic and Goldex mixes at 56 days of curing. Microscopic observations (SEM) of the Goldex, Westwood and control concretes showed that the microstructure of the cementitious matrix changes with variation in the source of the incorporated residues. This variation in results is affected by the mineralogy and particle size of each type of tailings used.