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Les eaux usées minières: Vers la récupération des métaux précieux

L’exploitation d’une mine est intimement liée à une utilisation importante de l’eau. Les eaux utilisées en secteur minier proviennent de plusieurs tâches. Parmi ces tâches, on retrouve les eaux de procédés, les eaux de refroidissement et les eaux de nettoyage. En 2009, statistique Canada à révéler que les eaux de procédés représentaient la grande majorité des eaux utilisées en secteur minier, soit 72.5% de celles-ci. Le grand pourcentage associé à l’utilisation de l’eau de procédé est justifié par le fait que parmi celles-ci, on retrouve différentes utilisations tels les technologies de séparation, les technologies de retraits des métaux et le contrôle des poussières.

 

Différents types de traitements

Dans les mines, les technologies de traitements d’eaux sont très vastes et nécessitent souvent plusieurs étapes avant d’atteindre la qualité souhaitée. Pour commencer le traitement d’eau, la première étape consiste en le retrait du plus de solides possibles. Pour ce faire, l’utilisation de tamis à barreaux, de différentes technologies de filtration, de bassin de sédimentation ou tout autre type de séparation chimique ou physique peut être nécessaire. En ce qui a trait aux séparations physico-chimique, on retrouve la coagulation, la floculation, la décantation, et bien d’autres.

 

Coagulation et Flocculation

Ces techniques de séparation physico-chimique sont très efficaces contre l’élimination des matières en suspension (MES), des matières dissoutes et des colloïdes.

coagulation-flocculation

La coagulation-floculation consiste en un procédé dans lequel les particules colloïdales s’agglomèrent à d’autres particules en suspension afin d’augmenter leur taille et leur masse dans le but qu’elles soient séparées ultérieurement grâce à la filtration ou toute autre méthode de séparation. Pour être entamée, la coagulation-floculation nécessite l’ajout de produits chimiques (coagulants ou floculant).

 

Les coagulants cationiques fournissent une charge positive électrostatique permettant la diminution des charges négatives électrostatique et ainsi, force les particules colloïdales à se rapprocher pour créer des particules plus massives. Les coagulants anioniques assurent le même transfert électrostatique, mais du point de vue opposé aux coagulations cationiques. Pour maximiser l’impact des coagulants et des floculants ajoutés, l’eau doit être secouée vivement afin d’assurer la dispersion uniforme des produits chimiques. Toutefois, l’ajout d’une trop grande quantité de coagulants anionique ou cationique peut mener à l’inversement électrostatique complète de la masse d’eau et ainsi, ramener les particules colloïdales à leur état orignal. En revanche, un dosage trop élevé de floculant n’aura pas d’impact négatif sur le traitement.

Souvent présenté comme un même procédé, la coagulation et la floculation ont quelques différences. Bien que les procédés soient très semblables, la coagulation affecte les matières dissoutes (TDS) et la floculation s’attaque aux matières en suspension (MES). Autrement dit, l’ajout d’un coagulant agglomèrera une partie des TDS en plus grosse particule qui seront ensuite catégorisés comme des matières en suspension. Une fois les matières dissoutes transformées en MES, le floculant viendra agglomérer toutes les MES présents dans l’eau, et ce, incluant les TDS transformés.

 

Les bassins de sédimentation

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La sédimentation est une étape permettant la diminution de la turbidité de l’eau. Il est reconnu qu’une entrée d’eau à faible turbidité, soit moins de 10 NTU, ne nécessite pas de bassins de sédimentation puisque la faible présence de MES pourra être soustraite par la filtration. Bref, les bassins de sédimentation sont généralement installés en amont des étapes de coagulation/floculation. Toutefois, la sédimentation peut être effectuée de façon naturelle, donc sans coagulation/floculation.

Ces bassins sont séparés en 4 sections : l’entrée d’eau (influent), la zone de décantation, la zone des boues et la sortie d’eau (Effluent). Afin de diminuer turbidité de l’eau entrante, la sédimentation diminue drastiquement la vélocité de celle-ci, à un point tel où les matières en suspension commencent leurs descentes vers le fond du bassin, où se trouve la zone des boues. L’accumulation du floc dans la zone des boues est constamment retirée du bassin et les eaux traitées peuvent quitter le bassin vers une prochaine étape de traitement.

 

Les autres traitements

En fonction des besoins et attentes de la minière, plusieurs types de traitement peuvent être ajoutés. Parmi ceux-ci, on retrouve les différents types de filtrations, les adoucisseurs d’eau, différents médias filtrants ou tout type de désinfection. L’instauration de ces technologies peut être imposée par des normes gouvernementales en ce qui a trait aux effluents déversés, au traitement des bassins d’eaux usées (tailings) ou à des procédés particuliers en fonction du type de mine exploitée.

La gestion responsable des résidus miniers est un enjeu de taille pour toute organisation puisque ces résidus, si mal gérés, peuvent représenter un risque pour la santé et la sécurité du public, de l’environnement et des infrastructures adjacentes. Pour plus d’information sur les bonnes pratiques de gestion des résidus miniers, nous vous invitons à vous fier au protocole de gestion des résidus miniers de l’AMC.

 

Qu’est-ce qu’on retrouve dans les eaux minières?

La gestion des eaux usées en secteur minier présente plusieurs défis puisque les paramètres de l’eau sont extrêmement différents d’un endroit à l’autre. On peut penser à la grande diversification des contaminants, aux différentes concentrations en pH et à toutes les variables devant être prises en compte (température, coûts, coût énergétique, emplacement géographique, règlementation gouvernementale, etc.).

Un des fléaux très répandus en ce qui a trait aux eaux usées minières sont les drainages miniers acides (DMA). Ces drainages sont des écoulements d’eau acide qui contiennent des métaux lourds dissous. Bien qu’ils puissent provenir de source naturelle, l’exploitation minière accélère leur création et leur concentration. Généralement caractérisé par un taux d’acidité élevé, une haute conductivité, la présence d’un acide minérale, la forte concentration en fer, aluminium et en manganèse, et finalement, la présence de métaux lourds tels le cuivre et le zinc, les DMA sont un fléau dangereux pour la faune, la flore et la santé humaine en périphérie.

Les résidus miniers ou tailings, sont l’ensemble des eaux, boues et minéraux laisser derrière après l’extraction des minéraux économiquement viable. Ces résidus sont problématiques sous plusieurs angles. Les bassins d’eaux usées peuvent être composés de plusieurs contaminants. La présence de ces contaminants est susceptible de rendre ces eaux usées particulièrement néfastes pour l’environnement, la faune et la flore. Parmi les contaminants fréquemment retrouvés dans les eaux usées minières, on retrouve les suivants :

  • Cuivre
  • Zinc
  • Phosphore
  • Manganèse
  • Cobalt
  • Nickel
  • Antimoine
  • Arsenic
  • Plomb
  • Sélénium
  • Mercure
  • Cadmium

Cette liste sommaire est très approximative, par exemple, les eaux usées des mines de sables bitumineux sont très souvent contaminées par des acides naphténiques, des hydrocarbures aromatiques polycycliques, des composés phénoliques, de l’ammoniac et bien d’autres métaux.

Vous vous doutez que parmi ces contaminants, certains d’entre eux ont de la valeur. Alors, pensez-vous que l’extraction des contaminants est possible et si oui, est-elle rentable?

Aujourd’hui, la question n’est plus de savoir si c’est possible de récupérer les minéraux offrant un bon retour sur investissement, mais plutôt de savoir quelle technologie est la plus avantageuse en fonction de chaque situation.

 

L’intervention gouvernementale

Que l’on pense au DMA, ou aux tailings, au Canada, des normes sont édictées et doivent être respectées sous peine de sanctions très sévères. Prenons l’exemple de Syncrude qui a dû payer 3millions de dollars pour la mort de 1600 canards dans un de ses bassins d’eaux usées en 2008.

Pour assurer le respect des normes, le gouvernement fédéral assure une surveillance des résidus miniers lorsqu’ils sont en contact avec :

En plus des départements gouvernementaux fédéraux, certaines provinces ont des pouvoirs à l’égard des mines. Prenons l’exemple du Québec qui a édicté la Directive 19 visant à définir les exigences d’attribution des permis à l’égard des projets miniers quelconques.

 

L’efficacité des différentes technologies

Puisque la floculation-coagulation et la sédimentation ont déjà été abordées, nous rappellerons seulement que ces techniques de séparation sont efficaces pour diminuer la turbidité de l’eau.

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Filtration

Que l’on parle de microfiltration (MF), ultrafiltration (UF) ou de nanofiltration (NF), le principe reste le même à tout coup. L’eau doit passer au travers d’une membrane qui filtrera les différentes particules en fonction de leurs tailles.

 

Les membranes de microfiltration possèdent des pores permettant la filtration des particules variant entre 100 et 10nm et nécessite une pression variante de 0,1 à 2,5bar. Grâce à cette combinaison, ce type de filtration peut retirer les particules non dissoutes présentes dans l’eau ainsi que la présence de certaines bactéries. Puisqu’elle offre une filtration très sommaire, la microfiltration est souvent utilisée durant le procédé de préfiltration. Il est important de rappeler que l’importance d’une préfiltration de qualité réside dans l’efficacité et la constance d’opération des différents traitements subséquents à la préfiltration.

En ce qui a trait à l’ultrafiltration, les membranes sont constituées de pores variants entre 0.1 et 0.01 micron. Pour fonctionner, une pression constante entre 0.5 et 2.5bar est nécessaire. Une fois l’ultrafiltration activée, les particules non dissoutes et les substances ayant une masse moléculaire élevée seront filtrées par la membrane. Parmi ces molécules, on peut penser au cuivre, au nickel et au cobalt.

Ensuite, la nanofiltration possède des pores d’une taille moindre que 10nm à 1nm et nécessite une pression de 5 à 15bar pour être efficace. Souvent utilisé comme alternative à l’osmose inversée puisqu’elle offre un pourcentage plus élevé de flux, la nanofiltration est efficace contre les micros contaminants et les ions polyvalents. Autrement dit, les membranes NF peuvent retirer des eaux la présence des sulfates, de chlore, de calcium, de magnésium et bien d’autres.

De loin la technologie la plus polyvalente, l’osmose inversée fonctionne sous le même principe que la filtration, mais avec la présence d’une membrane semi-perméable. Avec des pores d’une taille inférieure à 1nm, l’osmose inversée est capable de séparer les sels, l’ammoniac, le nitrate, l’arsenic, le lithium et bien d’autres contaminants présents dans l’eau! Pour plus d’informations sur l’osmose inversée, nous vous invitons à consulter cet article.

 

Les autres technologies

L’Échange ionique, expliqué plus en détail dans cet article, est une technologie opérant à l’aide d’une résine chargée en cation et en anion. Aussi connu sous le nom d’adoucisseur d’eau, l’échange d’ion peut agir, grâce à différents types de résine, comme réducteur d’oxydation. C’est grâce à cette capacité que les échangeurs ioniques sont en mesure de réduire la présence d’ions métalliques en solution (Fe, Ni, Co, Cu, etc.).

En ce qui a trait aux types de désinfection, on peut penser à la chloration qui s’est taillé une place importante dans l’extraction des métaux non-ferreux. Les différents agents chloreux pouvant être utilisés sont très variés. Le chlore gazeux, l’acide hydrochlorique, le tétrachlorure de carbone et quelques chlores alcalins sont très répandus dans le domaine minier.

Ensuite, l’ozonation possède des propriétés chimiques uniques lui permettant d’accélérer l’oxydation des minéraux réfractaires et de supprimer la présence de cyanure dans les effluents.

Enfin, le charbon actif est connu pour retirer les impuretés organiques présentes dans l’eau et les résidus chimiques. En plus d’une capacité d’adsorption très élevée, le charbon actif permet le retrait de plusieurs contaminants tel le trihalométhane, un contaminant résultant d’une désinfection au chlore.

Il est évident que chaque technologie abordée ci-haut présente des avantages variés à l’égard des différents contaminants. Malheureusement, il n’existe pas de formule magique. En revanche, cette grande variété de technologies et une bonne combinaison de celles-ci assure l’atteinte des objectifs, et ce, peu importe la situation.

 

Avez-vous un trésor caché dans votre eau?

Selon vous, quels sont les minéraux ou contaminants présents dans l’eau pouvant présenter un avantage lorsqu’on les retire? Évidemment, l’or est un minerai qui est très intéressant, mais les éléments de terres rares sont aussi très intéressants! Les ETR sont 15 éléments de la famille des lanthanides, soit les nombres atomiques compris entre 57 et 71 du tableau périodique, incluant le scandium et l’yttrium. La valeur de ces minéraux est justifiée par leurs utilisations dans la fabrication de nombreux appareils électroniques, ou la fabrication d’aimants, de catalyseur et de batterie. Actuellement, la Chine est le plus grand exportateur de ETR, mais le Canada possède certaines des plus grandes réserves d’ETR au monde. Avez-vous des ETR dans vos bassins d’eaux usées? Si oui, quelle quantité?

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Il est difficile d’estimer les quantités présente, mais logiquement, on peut penser que les quantités de minéraux pouvant être extraites des eaux usées sont relativement faibles. Afin de mettre les choses en perspective, voici les quantités retirées des eaux usées d’une mine d’or & cuivre situé à Mount Polley appartenant à l’Imperial Metals Corps. En excluant les milliers de tonnes de cuivre, de zinc, de phosphore et de manganèse, voici quelques quantités :

  • 138 Tonnes de cobalt ;
  • 71 tonnes de Nickel ;
  • 6 tonnes d’antimoine ;
  • 84, 831kg d’arséniques ;
  • 38,218kg de plombs ;
  • 8,695kg de sélénium ;
  • 562kg de mercure ;
  • 995kg de cadmium.

Idéale pour l’environnement, la récupération de ces contaminants présents dans les eaux usées minières peut offrir un retour sur investissement très intéressant pour l’entreprise. Malheureusement, puisqu’il n’a aucune donnée disponible sur les quantités d’or pouvant être extraites des eaux minières, nous vous laisserons y rêver!

 

Capture d’écran, le 2021-11-23 à 10.54.15Ici, vous pouvez voir notre unité de test mobile situer dans une mine d’or en Ontario. Avec à l’intérieur une grande variété de technologie, notre unité de test sert à identifier les différents minéraux ou métaux pouvant être retirés des eaux usées. Grâce aux tests effectués, nous sommes en mesure d’estimer de façon relativement précise les quantités de minéraux ou métaux pouvant être retirées et donc, estimer le retour sur investissement.

 

 

Promouvoir l’environnement & votre entreprise

Bref, que l’on parle de drainage minier acide ou d’eau résiduel minière, les variations de contaminant, de température, d’acidité et de tout autres paramètres affectent les types de traitements pouvant être efficace afin de récupérer des éléments présents dans les eaux. Bref, l’important est de savoir que la solution existe et qu’il ne suffit que de quelques tests pour venir à l’identification de la bonne technologie pour répondre aux besoins variables.

 

Sources

 

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