Effect of extraction water chemistry on the consolidation of oil sands fine tailings

CIM Journal, Vol. 1, No. 2, 2010

W. G. Miller, WorleyParsons Services, Perth, Australia and J. D. Scott and D. C. Sego, University of Alberta, Edmonton, Alberta

An overall study was conducted to evaluate the properties and processes influencing the rate and magnitude of consolidation for oil sands fine tailings produced using different extraction processes. As part of this overall study, consolidation tests using slurry consolidometers were carried out for caustic and non-caustic fine tailings. The influence of a change in bitumen extraction process (caustic versus non-caustic) on consolidation properties, namely compressibility and hydraulic conductivity, was determined, as was the effect of adding a coagulant (calcium sulphate [CaSO4]) to caustic fine tailings. For fine tailings originating from two different oil sands ores (Ore A and Ore B), results were presented in terms of variation in average void ratio with time (settlement), void ratio with effective stress (compressibility), hydraulic conductivity with void ratio and coefficient of compressibility and hydraulic conductivity with sodium adsorption ratio. Findings indicated that chemical characteristics of fine tailings (water chemistry, degree of dispersion) do not have a significant impact on their compressibility behaviour and have only a small influence at high void ratio (low effective stress). The biggest advantage of non-caustic fine tailings and treating caustic fine tailings with coagulant is an increased initial settlement rate and slightly increased hydraulic conductivity at higher void ratios. Thereafter, compressibility and hydraulic conductivity is governed by effective stress. Une étude détaillée a été réalisée afin d’évaluer les propriétés et les processus influençant le taux et l’ampleur de la consolidation des résidus fins de sables bitumineux produits par différents processus d’extraction. Dans le cadre de cette étude détaillée, des essais de consolidation ont été effectués sur les boues en utilisant des oedomètres; les essais portaient sur des résidus fins caustiques et non caustiques. L’influence d’un changement dans le procédé d’extraction du bitume (caustique p/r non caustique) sur les propriétés de consolidation a été déterminée, soit la compressibilité et la conductivité hydraulique, en plus de l’effet de l’ajout d’un coagulant (sulfate de calcium [CaSo4]) aux résidus caustiques fins. Pour les résidus fins provenant de deux différents minerais de sables bitumineux (minerai A et minerai B), les résultats sont présentés en termes de la variation de l’indice des vides moyen dans le temps (tassement), de l’indice des vides par rapport à la contrainte effective (compressibilité), la conductivité hydraulique par rapport à l’indice des vides et la compressibilité et la conductivité hydraulique par rapport à l’adsorption du sodium. Les résultats indiquent que les caractéristiques chimiques des résidus fins (hydrochimie, degré de dispersion) n’ont pas d’impact significatif sur le comportement en compression et n’ont qu’une petite influence à des indices des vides élevés (faible contrainte effective). Le plus grand avantage des résidus fins non caustiques et du traitement des résidus fins caustiques avec un coagulant est un accroissement du taux initial de tassement et une légère augmentation de la conductivitéhydraulique à des indices des vides supérieurs. Ensuite, la compressibilité et la conductivité hydraulique sont une fonction de la contrainte effective.

Keywords: Oil sands, Fine tailings, Compressibility, Hydraulic conductivity, Consolidation, Large strain, Volume change, Void ratio, Settlement, Effective stress, Dispersion, Coagulant, Sodium adsorption ratio, Sables bitumineux, Résidus fins, Compressibilité, Conductivité hydraulique, Consolidation, Grande contrainte, Changement de volume, Indice des vides, Tassement, Contrainte effective, Dispersion, Coagulant, Taux d’adsorption du sodium