Geotechnical Benefits of Flocculation in Dewatering Oil Sands Mature Fine Tailings

Adedeji Dunmola, Navdip Dhadli, Gavin Freeman, Dale Kolstad, Todd Fasking, Jason Song, James Langseth

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Mine Site Remediation

ABSTRACT: Flocculation-based technologies constitute a predominant technique employed by oil sandto dewater mature fine tailings (MFT) with the ultimate goal of converting fluid fine tailings to reclaimable landscapes. Data demonstrating and quantifying the beneficial impacts of flocculation on poststrength gain of flocculated MFT is limited in literature. The current paper presents the results from a field pilot and bench-scale study that investigated the geotechnical benefits of flocculation for dewatering MFT. A series of 2mx2m deposits of untreated and flocculated MFT, each of variable thickness, desiccating under atmospheric forcings, were monitored for dewatering and shear strength gain. Results showed that while the flocculated MFT deposits dewatered and gained shear strength substaAdditional geotechnical testing one year after deposition showed that the thicker untreated MFT deposits continued to exhibit low peak shear strength in contrast to the floccudewatering and shear strength behaviour of flocculated MFT that had been sprior to deposition and accelerated drying. The rheological property (yield stfound to deteriorate with continued shearing. When deposited and dried, the sheared flocculated MFT dewatering and shear strength gain compared to the field depositsdewatering and shear strength performance of MFT, and improve the potential for timely conversion of fluid tailings to reclaimable landscapes. However, this geotechnical benefit from flocculation seems to be reversible, with treated material exhibiting high shear sensitivity, imposing a need to design pumping, mudwith the goal of minimizing negative impacts on flocculated fines structure. Some laboratory results on the effects of flocculation and shear on the basic geotechnical, compressibility, water retention and permeability properties of MFT are also provided.

RÉSUMÉ: Les technologies basées sur la floculation constituent une technique prédominante employée par les exploitants des sables bitumineux, dans le Nord de l'Alberta, pour assécher les résidus mûrs fins (MFT) dans le but ultime de transformer les résidus fins en paysages récupérables. Les données démontrant et quantifiant les effets bénéfiques de la floculation sur la déshydratation des dépôts aprèfloculés est limitée dans la littérature. Ce document présente les résultats d'un projet pilote sur le terrain et des études laboratoire qui ont enquêté les avantages géotechniques de la fdépôts de 2mx2m de MFT non traitée et floculée, chacun d'épaisseur différentes, sous des conditions atmosphériques, ont été observés pour la déshydratation et le gain de résistance au cisaillement. Lede MFT floculés ont séchés et ont acquis une résistance au cisaillement considerable sur une période de surveillance de trois semaines, les dépôts de MFT non traités n'ont pas montré le même optimisme. Les essais géotcomplémentaires un an après les dépôts ont montré que les épais dépôts de MFT non traités ont continué d'afficher une faible résistance au cisaillement à l™état non perturbé contrairement aux dépôts de MFT floculé. Une étude de suivi en laboratoire a comparé la déshydratation et le comportement de la résistance au cisaillement des MFT floculé qui avaient été entreposés et cisaillés sur une période de sept semaines avant le dépôt et le séchage accéléré. La propriété rhéologique (limite d'élasticité) des MFT floculés, qui avait été entreposés ont montré une détérioration avec cisaillement continu. Une fois déposé et séché, les MFT floculés et cisaillés ont eu une baisse de déshydratation et de gain de résistance au cisaillement par rapport aux dépôtsdéshydratation et les performances de résistance au cisaillement des MFT, et d'améliorer le potentiel de conversion en temps opportun des résidus liquides aux paysages récupérables. Toutefsemble être réversible, avec des matériaux traités présentant une sensibilité au cisaillement élevé, imposant la nécessité de concevoir le pompage des boues de MFT floculés et restructure de floculation. Certains résultats en laboratoire sur les effets de floculation et de cisaillement sur les propriétgéotechniques, de compression, de rétention d'eau et les propriétés de perméabilité des MFT son enefits of Flocculation in ands Mature Fine Tailings Navdip Dhadli & Gavin Freeman Alberta, Canada Minneapolis, Minnesota, U.S.A ultants Inc., Calgary, Alberta, Canada Barr Engineering and Environmental Science Canada LTD, Calgary, Alberta, Canadabased technologies constitute a predominant technique employed by oil sandto dewater mature fine tailings (MFT) with the ultimate goal of converting fluid fine tailings to reclaimable landscapes. ata demonstrating and quantifying the beneficial impacts of flocculation on post-deposition dewaterinstrength gain of flocculated MFT is limited in literature. The current paper presents the results from a field pilot and scale study that investigated the geotechnical benefits of flocculation for dewatering MFT. A series of 2mx2m s of untreated and flocculated MFT, each of variable thickness, desiccating under atmospheric forcings, were monitored for dewatering and shear strength gain. Results showed that while the flocculated MFT deposits dewatered and gained shear strength substantially over a three-week monitoring period, the untreated MFT deposits did not. Additional geotechnical testing one year after deposition showed that the thicker untreated MFT deposits continued to exhibit low peak shear strength in contrast to the flocculated MFT deposits. A follow-up benchdewatering and shear strength behaviour of flocculated MFT that had been stored and sheared over sevenprior to deposition and accelerated drying. The rheological property (yield stress) of the stored flocculated MFT was found to deteriorate with continued shearing. When deposited and dried, the sheared flocculated MFT gain compared to the field deposits. It is concluded that flocculation candewatering and shear strength performance of MFT, and improve the potential for timely conversion of fluid tailings to reclaimable landscapes. However, this geotechnical benefit from flocculation seems to be reversible, with treated xhibiting high shear sensitivity, imposing a need to design pumping, mud-farming and rewith the goal of minimizing negative impacts on flocculated fines structure. Some laboratory results on the effects of basic geotechnical, compressibility, water retention and permeability properties of MFT are Les technologies basées sur la floculation constituent une technique prédominante employée par les exploitants des le Nord de l'Alberta, pour assécher les résidus mûrs fins (MFT) dans le but ultime de transformer les résidus fins en paysages récupérables. Les données démontrant et quantifiant les effets bénéfiques de la floculation sur la déshydratation des dépôts après la déposition et le gain de résistance au cisaillement des MFT floculés est limitée dans la littérature. Ce document présente les résultats d'un projet pilote sur le terrain et des études laboratoire qui ont enquêté les avantages géotechniques de la floculation pour la déshydratation des MFT. Une série de dépôts de 2mx2m de MFT non traitée et floculée, chacun d'épaisseur différentes, sous des conditions atmosphériques, ont été observés pour la déshydratation et le gain de résistance au cisaillement. Les résultats ont montré que, les dépôts de MFT floculés ont séchés et ont acquis une résistance au cisaillement considerable sur une période de surveillance de trois semaines, les dépôts de MFT non traités n'ont pas montré le même optimisme. Les essais géotcomplémentaires un an après les dépôts ont montré que les épais dépôts de MFT non traités ont continué d'afficher une faible résistance au cisaillement à l™état non perturbé contrairement aux dépôts de MFT floculé. Une étude de suivi en re a comparé la déshydratation et le comportement de la résistance au cisaillement des MFT floculé qui avaient été entreposés et cisaillés sur une période de sept semaines avant le dépôt et le séchage accéléré. La propriété ) des MFT floculés, qui avait été entreposés ont montré une détérioration avec cisaillement continu. Une fois déposé et séché, les MFT floculés et cisaillés ont eu une baisse de déshydratation et de gain de résistance au cisaillement par rapport aux dépôts sur le terrain. Il est conclu que la floculation peut améliorer la déshydratation et les performances de résistance au cisaillement des MFT, et d'améliorer le potentiel de conversion en temps opportun des résidus liquides aux paysages récupérables. Toutefois, cet avantage géotechnique de floculation semble être réversible, avec des matériaux traités présentant une sensibilité au cisaillement élevé, imposant la nécessité de concevoir le pompage des boues de MFT floculés et re-traitement dans le but de minimstructure de floculation. Certains résultats en laboratoire sur les effets de floculation et de cisaillement sur les propriétgéotechniques, de compression, de rétention d'eau et les propriétés de perméabilité des MFT sonCalgary, Alberta, Canada based technologies constitute a predominant technique employed by oil sands operators in Northern Alberta to dewater mature fine tailings (MFT) with the ultimate goal of converting fluid fine tailings to reclaimable landscapes. deposition dewatering and shear strength gain of flocculated MFT is limited in literature. The current paper presents the results from a field pilot and scale study that investigated the geotechnical benefits of flocculation for dewatering MFT. A series of 2mx2m s of untreated and flocculated MFT, each of variable thickness, desiccating under atmospheric forcings, were monitored for dewatering and shear strength gain. Results showed that while the flocculated MFT deposits dewatered week monitoring period, the untreated MFT deposits did not. Additional geotechnical testing one year after deposition showed that the thicker untreated MFT deposits continued to up bench-scale study compared the sheared over seven-week period ress) of the stored flocculated MFT was found to deteriorate with continued shearing. When deposited and dried, the sheared flocculated MFT had a lower . It is concluded that flocculation can enhance the dewatering and shear strength performance of MFT, and improve the potential for timely conversion of fluid tailings to reclaimable landscapes. However, this geotechnical benefit from flocculation seems to be reversible, with treated farming and re-handling operations with the goal of minimizing negative impacts on flocculated fines structure. Some laboratory results on the effects of basic geotechnical, compressibility, water retention and permeability properties of MFT are Les technologies basées sur la floculation constituent une technique prédominante employée par les exploitants des le Nord de l'Alberta, pour assécher les résidus mûrs fins (MFT) dans le but ultime de transformer les résidus fins en paysages récupérables. Les données démontrant et quantifiant les effets bénéfiques de s la déposition et le gain de résistance au cisaillement des MFT floculés est limitée dans la littérature. Ce document présente les résultats d'un projet pilote sur le terrain et des études en loculation pour la déshydratation des MFT. Une série de dépôts de 2mx2m de MFT non traitée et floculée, chacun d'épaisseur différentes, sous des conditions atmosphériques, s résultats ont montré que, les dépôts de MFT floculés ont séchés et ont acquis une résistance au cisaillement considerable sur une période de surveillance de trois semaines, les dépôts de MFT non traités n'ont pas montré le même optimisme. Les essais géotechniques complémentaires un an après les dépôts ont montré que les épais dépôts de MFT non traités ont continué d'afficher une faible résistance au cisaillement à l™état non perturbé contrairement aux dépôts de MFT floculé. Une étude de suivi en re a comparé la déshydratation et le comportement de la résistance au cisaillement des MFT floculé qui avaient été entreposés et cisaillés sur une période de sept semaines avant le dépôt et le séchage accéléré. La propriété ) des MFT floculés, qui avait été entreposés ont montré une détérioration avec cisaillement continu. Une fois déposé et séché, les MFT floculés et cisaillés ont eu une baisse de déshydratation et de gain de sur le terrain. Il est conclu que la floculation peut améliorer la déshydratation et les performances de résistance au cisaillement des MFT, et d'améliorer le potentiel de conversion en ois, cet avantage géotechnique de floculation semble être réversible, avec des matériaux traités présentant une sensibilité au cisaillement élevé, imposant la nécessité traitement dans le but de minimiser les impacts négatifs sur la structure de floculation. Certains résultats en laboratoire sur les effets de floculation et de cisaillement sur les propriétés géotechniques, de compression, de rétention d'eau et les propriétés de perméabilité des MFT sont également fournis.

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