CN103806454A

CN103806454A - 一种金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复的方法

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Publication number: CN103806454A
Application number: CN201410051871.6A
Authority: CN
Inventors: 王琼; 吴亮亮; 张华�; 张望; 周连碧
Original assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: CN103806454B

Abstract

本发明涉及一种金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复的方法，该方法包括以下步骤：堆场边坡稳定化处理、铺设双向土工格栅、修建堆场坡面截水沟、喷射酸性改良层、铺设柔性隔离层、铺设生态棒、铺设双向土工格栅、喷射基材层、喷射种子层和铺设保护层。使植物生长有充足的水分和养分。通过构建酸性改良层中和H⁺，营造植物生长条件；结合柔性隔离层和植被恢复阻止H₂O、O₂与尾矿的接触，可以有效阻止废石中硫化矿物氧化，从而防止废水酸化及重金属离子的浸出。本方法不仅能够有效的减少金属硫化矿固废堆场许多污染物的环境污染问题，而且能够增加绿植面积，营造良好的生态环境。本方法施工工艺简单，易实施，效率高，适合大面积的应用。

Description

一种金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复的方法

技术领域

本发明涉及矿山废弃地生态修复技术领域，涉及金属矿山排土场（废石场）、堆浸场等特殊立地条件的生态修复，具体涉及一种金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复的方法。

背景技术

金属矿山以硫化物赋存于矿物中的比例很大，尤其是铜、铅、锌等金属矿床，约相当于各类矿物种类总量的75%。我国金属矿贫矿多、富矿少，多金属矿多、单一矿种少，金属品位极低、矿物采剥比大，产生大量的固体废弃物。有色金属硫化物矿山每采山1吨矿石平均约产生1.25吨废石，近几年有色金属矿山大约需要排放废石1.3～1.4亿吨/a；每选1吨矿石平均约产出0.92吨尾砂，尾矿每年将增加约1.1亿吨，尾矿综合利用率不足10%。金属矿山积存的尾砂、废石己数十亿吨，占用了大量的农田土地，而矿山的污染范围一般为其占地面积的10倍。固体废物是环境污染的重要来源，其离子溶出是固体废物堆放中雨水淋滤等作用下的普遍现象和最主要的化学变化之一，也是固体废物污染环境的重要前提条件。

金属硫化矿固废堆场表层多为碎石、渣土，结构松散，稳定性差，更重要的是在露天堆置条件下，这类矿山废弃物中残存含量相当高的硫化物，易被空气中的氧所氧化，遇降雨和水，形成强烈的酸性水，并挟带大量的重金属离子。有的金属硫化矿固废堆场数十年仍呈强烈酸性，地表寸草不生，建立植被困难，有的甚至污染并影响到矿区周围的地表水、地下水以及土壤，造成了恶劣的环境影响。

现有硫化矿固废堆的隔离方法有：

CN201010286979.5（公开号为CN101974911A）提供一种酸性废石场边坡生态修复方法，其包括如下步骤：整理坡面、铺设复合隔离层、铺设生态棒、铺设塑料双向土工格栅、喷播基材层、种子层。其中土壤改良层由石灰、植壤土、粘合剂组成，基材层由基质、植壤土和珍珠岩组成，种子层包括基质、植壤土、保水层、粘合剂、有机复合肥和植物种子。但是该方法在修复边坡时，效果不甚理想。

因此，本发明在现有技术上进行了改进，得到了本发明。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种对无植生条件的金属硫化矿固废堆场进行污染防治与植被恢复的方法。

本发明提供一种金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复的方法，该方法包括以下步骤：该方法包括以下步骤：堆场边坡稳定化处理、铺设双向土工格栅、修建堆场坡面截水沟、喷射酸性改良层、铺设柔性隔离层、铺设生态棒、铺设双向土工格栅、喷射基材层、喷射种子层和铺设保护层。

上述方法中：

所述酸性改良层由壤土、石灰和粘合剂组成，其中壤土与石灰按照体积比为（15～20）:1，粘合剂以单位面积来确定用量，具体用量为10～15g/m²；铺设厚度为2-5cm，优选为2-3cm。

所述柔性隔离层为钠基膨润土防水毯，优选规格为4500g/m²，可以市售购买。

所述生态棒由高分子聚丙烯材料制成，生态棒铺设的纵向间距优选为1.5～2.0m，采用锚杆方式固定；生态棒可以市售购买。

所述基材层由绿化基质、壤土、保水剂和粘合剂组成，其中绿化基质与壤土按照体积比为（2～3）:（7～8），粘合剂和保水剂均以单位面积来确定用量，粘合剂10～15g/m²、保水剂15～20g/m²；基材层的厚度为10-15cm，优选为10-12cm。

所述种子层由绿化基质、壤土、保水剂、粘合剂和植物种子组成，其中绿化基质与壤土按照体积比为（3～4）：（6～7），其他组分均以单位面积来确定用量，具体为粘合剂8～10g/m²、保水剂12～15g/m²、植物种子20～25g/m²；种子层厚度为2-5cm，优选为3-4cm。

所述保护层是由水稻秸秆为原料经过简易的草帘机编织组成的草帘，厚度优选为0.5-1.5cm。

上述各层中：

所述壤土指土壤颗粒组成中黏粒、粉粒、砂粒含量适中的土壤质地介于黏土和砂土之间。

所述绿化基质为牛粪、发酵菌种剂和作物秸秆中的一种或多种发酵而成。可从市场直接购买。

所述保水剂为一种人工合成的具有超强吸水保水和释放能力的高分子聚合物，称SAP，主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体，可从市场直接购买。

所述粘合剂是由高分子聚丙烯酰胺（PAM）聚合而成的一种水溶性有机类土壤调理剂，属于人工合成的高分子长链聚合物，可从市场直接购买。所述植物种子采用乡土适生乔灌木为主、草本植物为辅，乔灌木种子占总重量80-90%，草本植物种子占总重量10-20%。

具体的，本发明提供的金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复的方法，包括以下步骤：

（1）堆场边坡稳定化处理：清除坡面浮石、消除坡面落石隐患；对堆场局部进行削坡减载，按照不大于自然安息角的坡度降低坡度；

（2）边坡铺设双向土工格栅：在步骤（1）所述堆场坡面铺设塑料双向土工格栅，使塑料双向土工格栅覆盖整个坡面；

（3）修建堆场坡面截水沟：在步骤（2）所述堆场坡面外缘修建截水沟；

（4）酸性改良层的喷射：在步骤（3）后喷射酸性改良层，形成堆场酸性改良覆盖层；

（5）铺设柔性隔离层：在步骤（4）形成酸性改良层的堆场上铺设柔性隔离材料，形成堆场的柔性隔离层，并采用锚杆方式固定在坡面上；

（6）铺设生态棒：在步骤（5）形成柔性隔离层的堆场坡面上铺设生态棒，并采用锚杆方式固定；

（7）铺设双向土工格栅：步骤（6）后铺设双向土工格栅，并采用锚杆方式固定；

（8）基材层的喷射：步骤（7）后喷射基材层，使喷播基材覆盖整个生态棒和双向土工格栅的外表面；

（9）种子层的喷射：步骤（8）后进行种子层的喷射，使种子层覆盖整个基材层；

（10）铺设保护层：步骤（9）后铺设保护层，使保护层覆盖整个种子层，并采用锚杆方式固定。

其中，步骤（2）和（7）中，所述土工格栅优选为SS20型双向土工格栅，其由不可降解塑料材料制成，如聚丙烯类纤维、聚酰胺或锦纶等；土工格栅的网孔尺寸优选为4cm×4cm。

还可以在步骤8）后增加（9）修建柔性坡面排水沟，具体操作为：在步骤（8）后在利用生态棒在坡面上修建横、纵向排水沟，截排水沟相互连通组成排水系统。其中横向间距为2-5m，纵向间距为5-10m。

本发明中，所述保护层，主要由水稻秸秆制成，覆盖在种子层之上，起到保水、保墒、保温、防止降雨冲刷等作用，为植物发芽创造良好的环境。其他具有上述功能的覆盖材料也可以采用，效果以本申请采用的为优。

本发明提供的方法具有以下优点：

1、本发明提供的金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复方法，通过构建酸性改良层中和H+，结合柔性隔离层和植被恢复阻止H₂O、O₂与固废的接触，可以有效阻止固废中硫化矿物氧化，从而防止废水酸化及重金属离子的浸出。本方法不仅能够有效的减少金属硫化矿固废堆场许多污染物的环境污染问题，而且能够增加绿植面积，营造良好的生态环境。

2、本发明提供的方法中：步骤（2）边坡铺设双向土工格栅可以保证堆场边坡的稳定性并通过锚杆将其固定在坡面上，其中本发明提供的土工格栅具有很好的柔韧性和抗拉强度，在工程技术中起到加筋作用；

步骤（3）修建堆场坡面截水沟：是为了实现雨水的清污分流；

所述酸性改良层包括壤土、石灰和粘合剂，土壤改良层通过石灰中和作用在初期起到了很好的改良酸性废石的问题，在一定程度上为植物的后期生长提供良好的土壤环境；

步骤（5）中，所述柔性隔离层为钠基膨润土防水毯，通过铺设钠基膨润土防水毯，有效阻止未来由土壤毛管作用将底层H⁺上移至表土引起土壤酸性问题；

步骤（6）和（9）中，所述生态棒由高分子聚丙烯材料制成，耐腐蚀性强，能有效保证基材长期稳定和合理的厚度；

所述土壤保水剂。它具有电离性基团羧基结构的高吸水性有机分子，对水有强烈的缔合作用；同时可使土壤形成团粒多孔结构、松软透气，既保证植物需求，又可增加粘土的通透性和沙土的持水力。

通过有效的污染防治措施，减少和降低了酸性废水的产生及毒重金属的释出，使环境污染降低到最小值，同时进行生态修复、营造生态景观，保证了边坡的结构和稳定性，防止了水土流失，以及造成的对环境的污染。

附图说明

图1是金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复方法的截面示意图，其中：

1-金属硫化矿固废堆场坡体；2-双向土工格栅；3-酸性改良层；4-钠基膨润土防水毯；5-锚杆；6-生态棒；7-基材层；8-种子层；9-保护层。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

所述保水剂主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体，型号为法国爱森MP3500KM；

所述粘合剂是一种由高分子聚丙烯酰胺（PAM）聚合而成的一种水溶性有机类土壤调理剂，属于人工合成的高分子长链聚合物，型号为法国爱森的A30。

所述绿化基质购自产品购自江苏绿之源生态建设有限公司。

所述柔性隔离层为钠基膨润土防水毯，规格为4500g/m²，购自德州东方土工材料股份有限公司。

实施例1

江西省德兴市，江西铜业股份有限公司德兴铜矿水龙山废石堆场A试验区，坡面松散程度较高，且废石含有硫化矿物，没有土层；废石pH值为3.0左右，酸度高，严重制约了植物的正常生长。

依次进行以下步骤：

1）制备酸性改良层：将壤土、石灰和粘合剂进行均匀混合，其中，壤土与石灰按照体积比为15:1的比例进行混合，粘合剂以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂10g/m²。

2）制备基材层：将绿化基质、壤土、保水剂和粘合剂进行均匀混合，其中，绿化基质与壤土按照体积比为2:8的比例进行混合，保水剂和粘合剂以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂10g/m²、保水剂15g/m²。

3）制备种子层：将绿化基质、壤土、保水剂、粘合剂和植物种子进行均匀混合，其中，绿化基质与壤土按照体积比为3:7的比例进行混合，保水剂、粘合剂和植物种子以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂8g/m²、保水剂12g/m²、植物种子20g/m²。

4）种子选择：植物种子采用乡土适生乔灌木为主、草本植物为辅，如马棘、百喜草、高羊茅、盐肤木、胡枝子、银合欢、紫穗槐、刺槐、波斯菊组合，乔灌木种子占80%、草本植物种子占20%。

再进行如下操作：

1）堆场边坡稳定化处理：清除坡面浮石、消除坡面落石隐患；对堆场局部进行削坡减载。

2）边坡铺设双向土工格栅：在步骤1）所述堆场坡面铺设双向土工格栅，铺设间距为2.0m，并通过锚杆将固定在坡面上。

3）修建堆场坡面截水沟：在步骤2）所述堆场坡面外缘修建截水沟，实现雨水的清污分流。

4）酸性改良层的喷射：在步骤3）后喷射上述酸性改良层，形成堆场酸性改良覆盖层。

5）铺设柔性隔离层：在步骤4）后铺设柔性隔离材料，并采用锚杆方式固定在坡面上。

6）生态棒的铺设：将生态棒呈等高线铺设在柔性隔离层上，生态棒铺设的纵向间距为1.5m，采用锚杆方式固定。

7）铺设双向土工格栅：步骤（6）后铺设双向土工格栅，并采用锚杆方式固定；

8）基材层的喷射：利用干喷机将上述基材层喷射到整个坡体、生态棒和双向土工格栅的外表面，基材层的喷射厚度为10cm。

9）种子层的喷射：待基层材基本凝固后，利用干喷机将上述种子层喷射到基材层上，种子层的喷射厚度为3cm。

10）铺设保护层：通过铺设保护层全面覆盖种子层的外表面。

实施1年后，堆场植被盖度达到90%以上，灌木生长高度达到1.0m，植被整体生长状况良好，灌木植物分布均匀。2年后，堆场植被生长旺盛，植被覆盖度达到95%以上，灌木植被生长旺盛，平均高度达到1.5m左右，坡面呈现出以木本植物为主的乔灌草防护结构。

实施例2

江西省德兴市，江西铜业股份有限公司德兴铜矿水龙山废石堆场A试验区，坡面松散程度较高，且废石含有硫化矿物，没有土层；废石pH值为3.0左右，酸度高，严重制约了植物的正常生长。依次进行以下步骤（结合图1所示的边坡结构示意图）：

1）制备酸性改良层：将壤土、石灰和粘合剂进行均匀混合，其中，壤土与石灰按照体积比为20:1的比例进行混合，粘合剂以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂15g/m²。

2）制备基材层：将绿化基质、壤土、保水剂和粘合剂进行均匀混合，其中，绿化基质与壤土按照体积比为3:7的比例进行混合，保水剂和粘合剂以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂15g/m²、保水剂20g/m²。

3）制备种子层：将绿化基质、壤土、保水剂、粘合剂和植物种子进行均匀混合，其中，绿化基质与壤土按照体积比为4:6的比例进行混合，保水剂、粘合剂和植物种子以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂10g/m²、保水剂15g/m²、植物种子25g/m²。

4）种子选择：植物种子采用乡土适生乔灌木为主、草本植物为辅，如马棘、百喜草、高羊茅、盐肤木、胡枝子、银合欢、紫穗槐、刺槐、波斯菊组合，乔灌木占90%，草本植物占10%。

再进行如下操作：

2）边坡铺设双向土工格栅：在步骤1）所述堆场坡面铺设双向土工格栅，并通过锚杆将固定在坡面上。

6）生态棒的铺设：将生态棒呈等高线铺设在柔性隔离层上，生态棒铺设的纵向间距为2.0m，采用锚杆方式固定。

7）铺设双向土工格栅：步骤6）后铺设双向土工格栅，并采用锚杆方式固定；

8）基材层的喷射：利用干喷机将上述基材层喷射到整个坡体、生态棒和双向土工格栅的外表面，基材层的喷射厚度为12cm。

9）修建柔性坡面排水沟：在步骤8）后在利用生态棒在坡面上修建横、纵向排水沟，横向为3m，纵向5m，截排水沟相互连通组成排水系统。

10）种子层的喷射：待基层材基本凝固后，利用干喷机将上述种子层喷射到基材层上，种子层的喷射厚度为4cm。

11）铺设保护层：通过铺设保护层全面覆盖种子层的外表面。

实施2年后，堆场植被盖度达到95％以上，灌木生长高度达到1.5m左右，植被整体生长状况良好，各类灌木分布均匀，坡面呈现出以木本植物为主的乔灌草立体防护结构。灌木植物根系已正常穿透柔性隔离层，且生长良好，未对植被根系生长造成影响，调查发现已有周边乡土树种落种并生长的幼苗，整体植被恢复效果显著。

对比例：（采用ZL201010286979.5的实施例1的方法）

对一个2000m²的酸性废石场边坡进行生态修复，依次进行以下步骤：

（1）制作土壤改良层：将石灰、植壤土以及粘合剂进行均匀混合，其中，石灰和植壤土的用量按照按体积比为1:10，粘合剂用量依据待喷播的单位面积计算，具体用量为10g/m²。

（2）制作基材层：将基质、植壤土、珍珠岩、保水剂、粘合剂以及有机复合肥进行均匀混合，其中，基质、植壤土、珍珠岩的用量按照体积比为2:7:1，保水剂、粘合剂以及有机复合肥用量依据待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂10g/m²、保水剂15g/m²以及有机复合肥20g/m²。

（3）制作种子层：将基质、植壤土、保水剂、粘合剂、有机复合肥、植物种子进行均匀混合，其中，基质和植壤土的用量按照体积比为3:7，其他组分均以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂8g/m²、保水剂15g/m²、有机复合肥用量10g/m²，植物种子15g/m²。

再进行如下操作：

1）坡面整理：将坡体1表面上的浮石清除，适度平整坡面；

2）复合隔离层的铺设：首先将塑料双向土工格栅2铺设在坡体1的坡面上，然后用锚杆5将塑料双向土工格栅2固定在坡体1的坡面上；然后将土壤改良层3用喷播机喷射到塑料双向土工格栅2的表面上，土壤改良层3的喷射厚度为2cm，强度为0.3MPa；最后铺设聚乙烯排水板4，并通过锚杆5将聚乙烯排水板4固定在坡体1的坡面上。

5）、生态棒的铺设：将生态棒6呈等高线铺设在聚乙烯排水板4上，纵向间距为1.5m，通过锚杆5进行固定；

6）、塑料双向土工格栅二次铺设：将塑料双向土工格栅2进行二次铺设，使塑料双向土工格栅2覆盖整个坡面，通过锚杆5将塑料双向土工格栅2固定；

7）、基材层的喷播：利用干喷机将基材层7喷射到整个坡面1和生态棒6的外表面，基材层7的喷射厚度为15cm，强度为0.5MPa；

◇种子层的喷播：利用干喷机将种子层8喷射到整个基材层7，种子层8的喷射厚度为3cm，强度为0.2MPa；

喷播结束后，可采用草帘或无纺布覆盖在喷播完的坡体1的坡面上，既可以保墒，也能防止暴风雨的冲刷，同时也便于植物出苗。

经过3年的案例分析表明，与ZL201010286979.5-酸性废石场边坡生态修复方法（即对比例）相比，本发明通过柔性隔离层钠基膨润土防水毯减少了H₂O、O₂与固废堆的接触面，有效阻止固废中硫化矿物氧化，从源头上阻隔、抑制堆场酸性污染的产生。同时钠基膨润土防水毯能起到储水袋的功能，为后期植被生长提供水分。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复的方法，该方法包括以下步骤：堆场边坡稳定化处理、铺设双向土工格栅、修建堆场坡面截水沟、喷射酸性改良层、铺设柔性隔离层、铺设生态棒、铺设双向土工格栅、喷射基材层、喷射种子层和铺设保护层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性改良层由壤土、石灰和粘合剂组成，其中壤土与石灰按照体积比为（15～20）:1，粘合剂以单位面积来确定用量，具体用量为10～15g/m²；铺设厚度为2-5cm，优选为2-3cm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柔性隔离层为钠基膨润土防水毯，优选规格为4500g/m²。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生态棒由高分子聚丙烯材料制成；生态棒铺设的纵向间距优选为1.5～2.0m。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材层由绿化基质、壤土、保水剂和粘合剂组成，其中绿化基质与壤土按照体积比为（2～3）:（7～8），粘合剂和保水剂均以单位面积来确定用量，粘合剂10～15g/m²、保水剂15～20g/m²；基材层的厚度为10-15cm，优选为10-12cm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述种子层由绿化基质、壤土、保水剂、粘合剂和植物种子组成，其中绿化基质与壤土按照体积比为（3～4）：（6～7），其他组分均以单位面积来确定用量，具体为粘合剂8～10g/m²、保水剂12～15g/m²、植物种子20～25g/m²；种子层厚度为2-5cm，优选为3-4cm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护层是由水稻秸秆为原料经过简易的草帘机编织组成的草帘，厚度优选为0.5-1.5cm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，

所述壤土指土壤颗粒组成中黏粒、粉粒、砂粒含量适中的土壤质地介于黏土和砂土之间；

所述绿化基质为牛粪、发酵菌种剂和作物秸秆中的一种或多种发酵而成；

所述保水剂为一种人工合成的具有超强吸水保水和释放能力的高分子聚合物，称SAP，主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体；

所述粘合剂是由高分子聚丙烯酰胺（PAM）聚合而成的一种水溶性有机类土壤调理剂，属于人工合成的高分子长链聚合物；

所述植物种子采用乡土适生乔灌木为主、草本植物为辅，乔灌木种子占总重量80-90%，草本植物种子占总重量10-20%。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤8）后可增加（9）修建柔性坡面排水沟，具体操作为：在步骤（8）后在利用生态棒在坡面上修建横、纵向排水沟，截排水沟相互连通组成排水系统；其中横向间距为2-5m，纵向间距为5-10m。