Guide pour la déclaration de résidus miniers et de stériles : chapitre 2

Description du secteur

Les activités principales associées au cycle de vie d’une mine peuvent inclure¹ :

•  le déboisement, le forage, l’excavation de tranchées et l’échantillonnage en vrac;
•  la mise en chantier et la construction de l’infrastructure connexe;
•  l’extraction du minerai;
• la gestion du site et des eaux de drainage de la mine;
•  le traitement du minerai;
•  l’entreposage des stériles, des résidus miniers et des autres déchets;
•  la remise en état du site.

Les installations minières doivent faire face à la gestion de forts volumes de minerais, stériles et résidus miniers.

La Figure 1 illustre les principales activités de la phase d’exploitation d’une mine. 

Figure 1 - Activités typiques de la phase d’exploitation d’une mine (Code de pratiques écologiques pour les mines de métaux, 2009)

1. Mines souterraines

Dans les mines souterraines, on extrait le minerai par une succession de puits et de rampes d’accès verticaux et de galeries horizontales (voir la figure 2). On y pratique une extraction plus sélective comparativement aux mines à ciel ouvert, et le rapport entre le volume de stériles et le volume de minerai extrait y est beaucoup moins élevé. Les stériles sont souvent utilisés comme matériau de remblayage afin de fournir un support aux parois et aux plafonds des excavations souterraines. Les stériles qui ne servent ni à la construction ni au remblayage sont ramenés à la surface pour être entreposés.

Figure 2 - Séries de puits et de rampes d’accès verticaux et de galeries horizontales  pour extraire le minerai (Code de pratiques écologiques pour les mines de métaux, 2009).

2. Traitement du minerai

Le minerai extrait de la mine subit ensuite un traitement qui permet d’en récupérer les minéraux de valeur. Normalement, le minerai renferme de petites quantités de minéraux utiles imbriqués dans des quantités beaucoup plus grandes de résidus minéraux sans valeur économique (gangue). La préparation du minerai consiste à séparer (ou libérer) les minéraux utiles de la gangue. Parmi les principales étapes du traitement du minerai, mentionnons le concassage et le broyage, la séparation chimique ou physique et l’égouttage.

3. Concassage et broyage

Le concassage et le broyage du minerai visent à libérer physiquement les minéraux utiles avant de les séparer des résidus par des procédés physiques et chimiques. Le concassage, effectué à sec, sert à réduire le minerai en particules grossières. Le broyage, réalisé pour obtenir des particules plus fines, se fait en milieu humide, parfois avec l’ajout de substances chimiques comme la chaux, le carbonate de sodium, le cyanure de sodium et le dioxyde de soufre dans le circuit de broyage, en vue de la séparation du minerai. Le minerai doit être broyé assez finement pour libérer le minéral métallifère de la gangue, sinon les méthodes de séparation subséquentes perdent de leur efficacité.

4. Séparation du minerai

La séparation du minerai fait intervenir des procédés physiques ou chimiques. Le produit final de la séparation est un concentré de minerai. Après la séparation, certains concentrés subissent d’autres traitements, comme la fusion, qui produisent des métaux purs prêts à la vente.

La séparation du minerai engendre des sous-produits, appelés résidus miniers, composés d’un mélange d’eau et de roche finement broyée dont la majeure partie des minéraux utiles ont été extraits. Les résidus miniers renferment parfois des minéraux métallifères ou des résidus des réactifs employés dans le traitement du minerai.

Procédés de séparation physique : Les procédés de séparation physique exploitent les différences entre les propriétés physiques ou le comportement des diverses particules de minéraux, par exemple la taille, la densité et l’énergie superficielle. L’ensemble du minerai ne subit aucune transformation chimique, mais on utilise parfois des réactifs chimiques pour faciliter le procédé de séparation. Voici quelques procédés de séparation physique courants :

• La séparation par gravité : On peut séparer les minéraux en exploitant leurs différentes densités. On le fait surtout pour le minerai de fer et l’or, mais aussi pour le tungstène, le tantale et le niobium. La séparation par gravité peut en outre servir à pré-concentrer les minéraux métallifères avant leur traitement ultérieur. En général, elle requiert une quantité de réactifs moindre que certaines autres méthodes de séparation du minerai.
• La séparation magnétique : On peut séparer les minéraux en exploitant leurs différentes susceptibilités magnétiques. Au Canada, la séparation magnétique est utilisée pour séparer le minerai de fer des résidus minéraux, extraire la magnétite (oxyde de fer) et la pyrrhotite (sulfure de fer) de minerais de métaux communs avant la flottation et récupérer la magnétite dans les concentrés de cuivre. Tout comme la séparation par gravité, la séparation magnétique requiert en général une quantité de réactifs moindre que certaines autres méthodes de séparation.
• La séparation par flottation : On utilise la flottation pour séparer une grande variété de minéraux en fonction des différentes propriétés superficielles des minéraux en contact avec l’air et l’eau. Il s’agit du procédé le plus souvent employé pour récupérer les minerais de métaux communs bien qu’il soit aussi utilisé dans les opérations de procédés pour l’uranium et l’or. Pour séparer les minéraux par flottation, on introduit de fines bulles d’air dans un mélange de minerai broyé et d’eau, appelé pulpe. Dans cette pulpe, les particules minérales entrent en collision avec les bulles d’air; celles qui privilégient le contact avec l’air se fixent aux bulles et flottent jusqu’à la surface du bac de flottation. Au fur et à mesure que les bulles d’air s’accumulent à la surface, une mousse se forme et finit par déborder : c’est le concentré de flottation. Les minéraux qui privilégient le contact avec l’eau demeurent dans la pulpe et deviennent les résidus de flottation. Un certain nombre de réactifs chimiques sont utilisés pour faciliter ce procédé.

Procédés de séparation chimique: La séparation chimique se fait par lixiviation d’un ou de plusieurs minéraux, en particulier pour récupérer l’or, l’argent, l’uranium et, dans certains cas, le cuivre. Pour séparer les minéraux, on utilise divers procédés chimiques, dont les suivants :

• La lixiviation au cyanure : La lixiviation au cyanure constitue la principale méthode employée pour récupérer l’or et l’argent. Pour dissoudre le métal, on emploie une solution diluée de calcium ou de cyanure de sodium. Après la lixiviation, on récupère les métaux dans la solution par adsorption directe à partir de la pulpe de lixiviation, au moyen de granules de charbon activé ou par l’ajout de poussière de zinc à la solution, ce qui entraîne la précipitation des métaux précieux dans la solution.
• La lixiviation à l’acide sulfurique: Le traitement du minerai d’uranium se fait à l’aide d’acide sulfurique qui est utilisé pour dissoudre l’uranium. L’uranium est ensuite extrait de la solution par échange d’ions ou par solvants, ce qui entraîne l’adsorption de l’uranium par une résine ou un solvant organique. Enfin, l’uranium est retiré de la résine ou du solvant. Dans certains cas, l’acide sulfurique peut aussi servir à la lixiviation du minerai de cuivre.

5. Égouttage

La plupart des procédés de séparation physique des minéraux produisent des concentrés de minerai sous forme de pulpe à forte teneur en eau, qu’il faut goutter avant tout autre traitement. L’égouttage nécessite deux procédés : l’épaississement et la filtration. Pour épaissir la pulpe, on utilise la sédimentation par gravité. Une fois décanté, l’excédent d’eau peut être recyclé dans les procédés de broyage. La pulpe épaissie passe ensuite à travers un filtre à vide qui capte les particules. L’eau restante est en grande partie retirée.

6. Fermeture de la mine

Une mine doit être fermée lorsqu’on en a complètement épuisé les réserves de minerai ou lorsqu’il n’est plus rentable d’extraire les minéraux qui restent. Dans certains cas, on peut fermer une mine temporairement et la mettre en mode de « surveillance et entretien », aussi appelé suspension temporaire.

C’est souvent ce qu’on fait en période de chute des prix des matières premières, dans l’espoir qu’un futur redressement de la situation permettra de rentabiliser la poursuite de l’exploitation commerciale. Au bout du compte, on finit par épuiser les réserves de minerai et on doit fermer définitivement la mine.

La liste précédente sert d’illustration et n’est pas exhaustive.