À l’échelle mondiale, l’industrie minière produit des milliards de tonnes de résidus miniers chaque année. Ces résidus sont un produit dérivé nécessaire de l’exploitation minière et de la minéralurgie. Pourtant, si on ne les traite pas ou si on ne les enferme pas correctement, ils peuvent s’avérer dangereux en ce qu’ils risquent de filtrer des métaux et des sulfures toxiques dans l’environnement.

Étant donné ces risques, des méthodes révolutionnaires ont été mises au point dans l’optique de considérablement améliorer la gestion des résidus miniers et de réduire la menace d’une contamination de l’environnement. De récentes innovations vont encore plus loin, pas seulement pour atténuer leurs effets dangereux, mais aussi pour exploiter les résidus miniers comme une source précieuse de redressement économique et un élément clé de la transformation des anciennes mines en bassins-versants florissants.

Optimiser l’élimination des polluants

L’exploitation minière en roche dure, la minéralurgie et l’extraction métallurgique peuvent déverser de grandes quantités de déchets dans l’écosystème. Dans l’exploitation aurifère, on utilise souvent le cyanure pour extraire l’or du minerai, lequel finira dans les bassins de résidus de la mine. Une fois stockés, les résidus se déposent rapidement, et produisent une eau surnageante contenant des polluants azotés.

Les approches traditionnelles adoptées pour éliminer ces polluants ont leurs limites, étant donné les conditions difficiles que l’on peut parfois rencontrer sur un site minier. Par exemple, une méthode commune repose sur l’utilisation d’un réacteur biologique qui requiert une température régulée afin que les bactéries se développent.

Toutefois, l’un des traitements possibles semblait moins dépendre de la température. Ainsi, ASDR Canada a lancé un projet de 18 mois pour vérifier l’efficacité de l’ozonisation sur les polluants azotés à grande échelle. Le projet est financé par le ministère de l’économie et de l’innovation du Québec (MEI), le programme d’aide à la recherche industrielle du conseil national de recherches du Canada (PARI CNRC), Eldorado Gold, Mines Agnico Eagle et ASDR.

« Chaque projet minier se trouve confronté au problème de la grande variété de polluants, mais l’azote ammoniacal est particulièrement complexe à traiter et il n’existe pas de solution miracle », expliquait Pascal Marcotte, ingénieur en traitement des eaux à Agnico Eagle et ancien employé d’ASDR. « Nous avons vu une occasion prometteuse de développer un procédé offrant moins d’inconvénients que les solutions existantes. »

L’ozonisation décrit la façon dont l’ozone se dissout dans l’eau et réagit à certains polluants pour réduire la toxicité. Le procédé traite des polluants que l’on trouve souvent tels que le thiocyanate, le cyanure, le cyanate, l’azote ammoniacal et le nitrite. Lorsqu’on applique l’ozonisation, les polluants s’oxydent par un effet d’entraînement qui transforme le thiocyanate en cyanure, le cyanure en cyanate et ainsi de suite, jusqu’à ce que l’on obtienne le produit final, du nitrate. L’ozone est produit sur le site à l’aide d’oxygène concentré et d’électricité.

« Plus d’une douzaine de technologies peuvent traiter ces polluants individuellement, mais l’ozonisation permet de tous les traiter simultanément », expliquait M. Marcotte. « Elle est moins complexe à exploiter, et on peut l’utiliser dans diverses conditions. »

La phase en laboratoire du projet a duré environ quatre mois et a été menée avec l’équipement fourni par l’unité de recherche et de service en technologie minérale (URSTM), un consortium d’établissements d’enseignement supérieur situé dans la ceinture aurifère de l’Abitibi. L’unité de traitement permettait d’effectuer des essais semi-discontinus à petite échelle, peu coûteux à mettre en œuvre.

Des effluents synthétiques et quatre effluents réels de mines ont servi à tester la performance de l’ozonisation sur des polluants azotés. Les essais portaient sur un calcul développé par M. Marcotte, baptisé Ozone Utilization Efficiency (OUE, efficacité de l’utilisation de l’ozone). Ce calcul offre un indice précis permettant de mesurer la quantité d’ozone appliquée qui parvient à viser les polluants. Par exemple, si 1 000 milligrammes d’ozone sont appliqués par litre d’eau contaminée, mais seulement 800 milligrammes ciblent les polluants souhaités, on obtient une OUE de 80 %.

L’ozonisation est un procédé par lequel l’ozone est dissous dans l’eau et réagit avec des polluants pour réduire la toxicité. Avec l’aimable autorisation d’ASDR Canada

Pendant les essais en laboratoire, les taux d’élimination de deux polluants, le thiocyanate et le cyanure, ont invariablement atteint 97 %. Les taux d’élimination de l’azote ammoniacal et du cyanate, quant à eux, variaient de 59 % à 99 % et de 47 % à 99 % respectivement. Globalement, l’OUE atteint sur des effluents de mines réels dépassait les 90 %.

Les résultats ont aussi montré que les taux de pH ont une forte incidence sur l’efficacité du procédé, contrairement à la température qui n’a que peu, voire pas d’incidence. Ceci vient confirmer que l’ozonisation ne dépend pas de la température.

ASDR mène désormais des essais pilotes sur le terrain. L’étude technique détaillée d’une usine d’ozonisation commerciale est également en cours et devrait être finalisée d’ici la fin de l’année.

« Lorsqu’on compare l’ozonisation à d’autres approches, sa simplicité et sa facilité d’utilisation en font un argument solide pour construire une usine d’ozonisation grandeur nature », indiquait M. Marcotte. « C’est très encourageant car cela signifie qu’ASDR pourra sans doute totalement développer la technologie et la commercialiser. »

Augmenter les taux de récupération, produire du métal sur place

En réponse au déclin des taux de production et de la qualité du minerai dans le monde entier, les sociétés minières tournent leur attention vers les processus avancés de lixiviation qui améliorent considérablement les taux de récupération économiques des concentrés et résidus d’usine à plus faible teneur.

La Trevali Mining Corporation est à l’avant-garde avec son programme d’essais d’une usine pilote, qui implique d’envoyer du minerai brut et des matériaux broyés de sa mine polymétallique de Caribou vers l’installation d’essai du procédé ROL (de l’anglais Rapid Oxidative Leach, ou lixiviation par voie d’oxydation rapide) de FLSmidth à Salt Lake City, en Utah.

Ce procédé mécanochimique utilise une série de réacteurs à agitation du milieu (SMRts, de l’anglais stirred media reactors) en association avec des cuves de lixiviation par agitation pour atteindre une cinétique et des récupérations métallurgiques rapides atteignant jusqu’à 97 % en environ six heures.

Le procédé ROL (Rapid Oxidative Leach) utilise une série de réacteurs à agitation du milieu en association avec des cuves de lixiviation par agitation pour atteindre une cinétique et des récupérations métallurgiques rapides. Avec l’aimable autorisation de Trevali

En augmentant le rapport volumique entre les SMRts et les cuves de lixiviation par agitation, on parvient à un équilibre des procédés mécaniques et chimiques tout en ralentissant les taux de broyage, ce qui se traduit par une baisse des coûts de mélange et énergétiques. Le broyage à faible consommation énergétique améliore également la dissolution sélective des minéraux.

« Nous avons choisi le procédé ROL pour les nombreux avantages qu’il présente, par exemple des taux de récupération élevés, sa pertinence pour toute une gamme de teneurs, ainsi que des coûts d’investissement et opérationnels moindres », indiquait Derek du Preez, technicien en chef à Trevali. « C’est également un procédé plus sûr car il s’exécute à une température et une pression inférieures à celles des autres solutions. »

À DÉCOUVRIR: L’utilisation de l’intelligence artificielle dans l’industrie minière n’a pas encore tout à fait trouvé ses marques, mais avec les nouvelles technologies, elle pourrait bien avoir une incidence sur chaque aspect d’une exploitation

La mine de Caribou, située dans le camp minier prolifique de Bathurst, dans le Nouveau-Brunswick, a été choisie pour le programme pilote soutenant la stratégie de Trevali pour libérer la véritable valeur de la mine en monétisant les minéraux et les métaux qui ne l’ont jamais été.

« La technologie ROL a la capacité de transformer la mine de Caribou et de prolonger sa durée de vie de plus de cinq ou six ans en procédant au traitement du minerai brut et des résidus, ainsi qu’à la production de précipité ou de métal sur place », déclarait Ricus Grimbeek, président et chef de la direction de Trevali.

Les métaux et les minéraux dérivés de Caribou sont généralement extraits à des taux de 78 % de zinc, 62 % de plomb et 35 % d’argent. Les premiers résultats du programme pilote ont révélé une augmentation du taux de récupération, largement supérieur aux taux actuels.

Le procédé ROL minimise également les coûts et les préoccupations environnementales associées à l’expédition très onéreuse des concentrés vers une fonderie. Ce procédé permet en effet de récupérer les métaux sur le site, ce qui rend possible le remplacement du circuit de flottation de la mine par des cuves de lixiviation atmosphérique et un système d’extraction par solvant et d’extraction électrolytique. Ceci offre une approche optimisée à la récupération, avec une empreinte carbone réduite.

La phase suivante du programme pilote aura lieu à la mine de Caribou et consistera à tester des volumes plus larges de minerai brut et de résidus broyés. Cette étape sera cruciale pour vérifier que les résultats des essais par lots peuvent en réalité être obtenus en fonctionnement continu.

« La capacité à produire du métal sur le site change véritablement tout. On pourra étendre cette pratique à d’autres mines dans le Nouveau-Brunswick, ce qui transformera le district minier dans son intégralité », indiquait M. Grimbeek. « Ceci ouvrira la voie à la production de produits en aval tels que des oxydes de zinc nécessaires à la fabrication des batteries, qui viendront soutenir les initiatives en faveur de la réduction des émissions de carbone. Nous entrevoyons même déjà la possibilité de créer une usine de fabrication de batteries ici, au Nouveau-Brunswick. »

De l’exploitation à ciel ouvert au bassin-versant florissant

De l’autre côté du pays, les résidus miniers jouent un rôle prépondérant dans l’assainissement des sites miniers au sein de l’industrie des sables bitumineux. Une fois que le bitume a été extrait d’une mine, les sociétés menant leurs activités en Alberta sont tenues par la loi de réhabiliter les sites et d’assainir les terres pour en faire un paysage où l’on peut circuler, qui contribuera au maintien de la vie sauvage et de la végétation.

Le producteur de sables bitumineux Syncrude est à la tête de la création du marais de Sandhill, une ancienne exploitation à ciel ouvert transformée en un bassin-versant florissant. Ce projet représente l’un des premiers exemples de l’industrie en matière d’assainissement des mines à l’aide de résidus miniers traités.

« L’objectif était de recréer un environnement ayant un potentiel des terres équivalent à ce qu’il était avant l’exploitation des sables bitumineux », indiquait Jessica Piercey, hydrogéologue au site de Mildred Lake de Syncrude. « Nous avions un lieu de projet idéal, une mine à ciel ouvert d’environ 50 mètres de profondeur qui avait été remplie de résidus composites et était prête à être réhabilitée. »

Situé à l’extrémité nord de l’ancienne mine East de la société sur le site de Mildred Lake, le marais de Sandhill comprend des zones sèches boisées assorties de zones humides sur le bassin-versant de 57 hectares.

Avant le développement du bassin-versant, il a fallu remplir la mine à ciel ouvert de résidus composites (RC), une association de résidus fluides fins (FFT, de l’anglais fluid fine tailings), que l’on récupère dans les bassins de résidus et qui sont constitués de sables, de limon, d’argiles et de bitume potentiellement résiduel, créant un matériau qui se solidifie rapidement. Une fois déposés dans les zones exploitées, les résidus libèrent de l’eau et se déposent, permettant l’assainissement des FFT.

« La présence d’eau interstitielle issue des résidus est bien adaptée au développement de zones humides, car le matériau libère l’eau rapidement, améliorant la force et la densité tout en offrant une source d’eau fiable », expliquait M^me Piercey. « Les résidus composites constituent une méthode idéale pour la séquestration de résidus fins sur le long terme, et aident à réduire l’empreinte de nos activités minières. »

Une fois la mine remplie, elle a été recouverte de sables et de terre sur lesquels a été développé le paysage qui offre un espace où peuvent circuler les personnes, les animaux et les équipements. Des couches de sables ont été conçues pour faciliter l’installation de tertres et de zones de faible altitude, tout en dirigeant le flux des eaux de surface et souterraines de manière à encourager le développement de forêts et de zones humides.

Diverses plantes ont été introduites dans le paysage, ainsi que plus de 100 000 arbres et buissons. Ont également été introduites des espèces endémiques en milieux humides de la forêt boréale du Nord, lesquelles ont poussé indépendamment des banques de semences dans le sol.

Le marais de Sandhill sert désormais de laboratoire extérieur, où chercheurs et universitaires viennent tester des stratégies d’assainissement et mener des bilans hydriques et du carbone. Syncrude organise également des visites du site avec les aînés, afin de recueillir les commentaires et les perspectives des communautés des Premières Nations, qui aideront à informer les futurs projets de réhabilitation.

« Cette initiative a développé un sens de la communauté incroyable », indiquait M^me Piercey. « Nous avons déjà collaboré avec sept universités sur différents projets de recherche pour étudier l’eau, le sol, les plantes des zones humides et des hautes terres, ainsi que l’effet du climat. »

L’année dernière, Syncrude a publié un document de synthèse des connaissances qui compilait les apprentissages tirés du marais de Sandhill ainsi que les plus de 20 années d’expérience de la société en matière de recherche, de développement et d’exploitation concernant la technique de couverture de sable et la technologie des RC. D’après les experts consultés par la société, la synthèse valide l’utilisation commerciale des technologies sur la base des résultats physiques, chimiques et écologiques positifs obtenus par Syncrude.

Maintenant que l’utilisation commerciale de la technologie est validée, Syncrude pourra exploiter la mine East réhabilitée pour mener la première évaluation des performances du paysage à grande échelle résultant d’un gisement de RC à usage commercial recouvert de sable dans l’industrie des sables bitumineux.

Auparavant considérés uniquement comme une source inquiétante de contamination, les résidus occupent maintenant une place bien plus glorieuse que de simples déchets grâce aux révolutions technologiques. Ils constituent désormais un atout pour atteindre les objectifs fixés en matière de mines vertes, révèlent une valeur cachée, et laissent derrière eux de l’eau potable, des paysages réhabilités et des écosystèmes sains.

Traduit par Karen Rolland