CN105061001B - 酸性铜尾矿基质改良剂、改良基质及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种酸性铜尾矿基质改良剂、改良基质及其制备方法和应用,所述改良剂组分包括膨润土、稻壳、污泥、煤渣和动物粪便。本发明所述改良剂、改良基质能够针对性的有效解决铜尾矿植被恢复过程当中植物生长基质匮乏问题。该改良剂的主要作用是调节尾矿地区植物生长层的酸碱平衡、养分及有机质供应以及质地改良,作为优质价廉的基质改良材料,应用于酸性矿山治理及植被恢复可以减轻环境污染,美化矿山环境,增加生态经济效益。本发明具有操作简单灵活、适应性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及矿山植被恢复领域,具体涉及一种酸性铜尾矿基质改良剂及其制备方法和应用。
背景技术
铜尾矿是铜矿开采过程中必然形成的产物,其环境条件比较恶劣,矿山综合利用率比较低。目前,铜尾矿的处置方式主要是基本不作处理,直接输送到铜尾矿库里存放。露天堆存的铜尾矿经日晒雨淋后各种有毒有害物质会发生迁移转化,通过地表径流和地下渗透等方式,最终造成铜尾矿库周边土壤和地下水的严重污染,甚至影响到人类的身体健康。一方面土壤重金属的含量很高,容易造成植物的重金属毒害;另一方面,铜尾矿颗粒非常细,营养物质含量极低,无法满足大部分植物的正常生长需要。在自然降雨的影响下,土壤板结严重,植物的根系都难以在其中生长。
针对当前铜尾矿治理与植被恢复的关键问题,主要技术之一就是进行基质改良,这样不仅可以改善植被生长的土壤环境,同时还可以在一定程度上实现矿山治理与生态修复。酸性尾矿改良要求基质具有酸碱平衡能力、有机质及养分丰富、土壤质地改良能力以及较强吸附能力等。
发明内容
本发明第一方面提供一种酸性铜尾矿基质改良剂,用于改善酸性铜尾矿生态环境,改良土壤并提高地区植被盖度。
本发明所述一种酸性铜尾矿基质改良剂,组分包括膨润土、稻壳、污泥、煤渣和动物粪便;所述酸性铜尾矿基质改良剂组成成分的不同配比产生不同的改良效果。
本发明所述酸性铜尾矿基质改良剂,按重量份计,组分优选包括膨润土5-30份、稻壳5-40份、污泥5-60份、煤渣10-40份,动物粪便5-30份;组分进一步优选包括膨润土10-20份、稻壳10-30份、污泥10-30份、煤渣15-30份,动物粪便10-20份;组分更优选包括膨润土10-15份、稻壳10-20份、污泥40份、煤渣15-20份,动物粪便10-15份。
其中,所述膨润土(Bentonite)是以蒙脱石为主的含水粘土矿,蒙脱石的化学成分为:(Al2,Mg3)Si4O10OH2·nH2O;
其中,所述稻壳为粉碎稻壳粉(市售);
其中,所述污泥优选为城市污水经二级或以上处理后产生的、经过堆肥化处理的污泥,优选含水量不超过30%;所述污泥形状为不规则的疏松体,表面多孔且有絮状物附着,保水能力强,取材广泛,价格低廉;
其中,所述煤渣为火力发电厂、工业和民用锅炉及其他设备燃煤排出的废渣,主要成分为二氧化硅(SiO2);
其中,所述动物粪便为鸡粪、鸭粪、鹅粪、猪粪、牛粪、羊粪、马粪等中的一种或几种;优选为鸡粪,所述鸡粪为自然风干颗粒状鸡粪(市售常见)。所述鸡粪在常用动物粪便当中最为广泛,价格适中,营养成分丰富,且特别适合用做本发明酸性铜尾矿基质改良剂原料。
上述酸性铜尾矿基质改良剂,也可直接用作边坡的改良基质,(已核实)即将所述酸性铜尾矿基质改良剂回填至边坡(如表层)或直接覆盖于边坡表层,进行复垦绿化(如播种高羊茅),可改善边坡尤其是偏酸性边坡(一般pH 5.5-6.5)生态环境,改良土壤并提高地区植被盖度。一般情况下,回填或覆盖本发明边坡改良基质(即同上述酸性铜尾矿基质改良剂)的边坡,植被恢复率可达95.1%以上。
特别地,本发明酸性铜尾矿基质改良剂可改善pH 5.0-7.0偏酸性生态环境,显著改良土壤并提高地区植被盖度。
可以理解,上述边坡改良基质也可用作城市道路园林绿化改良基质、运动场草坪基质改良等,应用领域不局限于边坡。
本发明第二方面提供所述酸性铜尾矿基质改良剂的制备方法。
本发明所述酸性铜尾矿基质改良剂的制作工艺包括将上述酸性铜尾矿基质改良剂的各组分按重量配比后,磨碎混合均匀,即得。
本发明第三方面提供所述酸性铜尾矿基质改良剂用于制作酸性铜尾矿改良基质的应用及用于复垦绿化的应用(包括但不限于酸性铜尾矿、边坡、城市道路绿化、运动场草坪基质改良等),即可改善酸性铜尾矿生态环境,改良土壤并提高地区植被盖度。
本发明第四方面提供一种酸性铜尾矿改良基质,所述酸性铜尾矿改良基质包括铜尾矿尾砂和上述的酸性铜尾矿基质改良剂。
所述酸性铜尾矿改良基质可回填至铜尾矿(如表层),进行复垦绿化(如播种高羊茅),可改善酸性铜尾矿生态环境,改良土壤并提高地区植被盖度。
所述酸性铜尾矿改良基质,按重量份计,优选包括60-95份铜尾矿尾砂和5-40份酸性铜尾矿基质改良剂;进一步优选包括70-90份铜尾矿尾砂和10-30份酸性铜尾矿基质改良剂;更优选包括80-90份铜尾矿尾砂和10-20份酸性铜尾矿基质改良剂。
一般地,常见铜尾矿尾砂均可实现本发明目的,故本发明不对其做特殊限定。同时,本发明发现选用以下参数的铜尾矿尾砂可以取得更好的改良效果,更有效地改善酸性铜尾矿生态环境,改良土壤并提高地区植被盖度;即优选所述铜尾矿尾砂pH在7.38-8.36之间,其中8种典型重金属含量:Cu:500.00-800.00mg/kg、Pb:5.00-20.00mg/kg、Zn:30.00-50.00mg/kg、Cd:0.050-0.150mg/kg、Cr:30.00-60.00mg/kg、As:5.00-15.00mg/kg、Hg:0.030-0.080mg/kg、Mn:300.00-400.00mg/kg;主要元素含量的质量百分比为,C:4-7、O:30-60、Na:0.10-0.40、Al:2-5、Si:25-50、S:0.3-0.6、K:0.7-1.5、Fe:3-4.5;其中优选8种典型重金属含量:Cu:526.32-779.85mg/kg、Pb:9.83-15.61mg/kg、Zn:31.58-43.97mg/kg、Cd:0.075-0.124mg/kg、Cr:36.71-52.56mg/kg、As:8.83-14.27mg/kg、Hg:0.039-0.064mg/kg、Mn:336.02-385.45mg/kg;主要元素含量的质量百分比为,C:4.27-5.81、O:36.10-55.52、Na:0.18-0.33、Al:2.74-3.56、Si:34.05-47.94、S:0.38-0.55、K:0.85-1.34、Fe:3.19-4.22。
例如本发明实施例记载的江西德兴铜矿4#尾矿库表层的尾砂,其相关数据如下:
pH在7.38-8.36之间,其中8种典型重金属含量:Cu:581.49mg/kg、Pb:12.76mg/kg、Zn:37.88mg/kg、Cd:0.095mg/kg、Cr:46.17mg/kg、As:11.82mg/kg、Hg:0.053mg/kg、Mn:351.52mg/kg;主要元素含量的质量百分比为,C:5.32、O:46.69、Na:0.27、Al:3.15、Si:38.02、S:0.46、K:1.26、Fe:3.97。
将铜尾矿尾砂与上述酸性铜尾矿基质改良剂按照重量配比混合均匀即可制得酸性铜尾矿改良基质。
所述酸性铜尾矿基质改良基质,其理化性质达到了植物生长的需求,优于现有传统改良基质,更利于植物生长、恢复植被和改善生态。所述酸性铜尾矿基质改良基质其各参数分别为:pH 7.3-8.6,容重0.71-1.29g/cm3,孔隙度51.4%-72.7%,持水量52.5%-68.2%;所述改良基质其优选理化参数分别为:pH 7.5-8.1,容重0.74-1.18g/cm3,孔隙度53.2%-65.8%,持水量55.6%-67.1%。
本发明第五方面提供一种上述酸性铜尾矿改良基质在铜尾矿复垦绿化方面的应用,即将上述酸性铜尾矿改良基质回填至铜尾矿(如表层),进行复垦绿化(如播种高羊茅),可改善酸性铜尾矿生态环境,改良土壤并提高地区植被盖度。
可以理解,上述酸性铜尾矿改良基质也可用作边坡改良基质、城市道路绿化改良基质、运动场改良基质等,应用领域不局限于铜尾矿或边坡。
本发明第六方面提供一种酸性铜尾矿复垦绿化方法,所述方法包括剥离尾矿表层(如15cm-25cm)的废弃物,将上述酸性铜尾矿改良基质回填,进行复垦绿化(如播种高羊茅)。一般的,进行正常养护即可。利用本发明所述酸性铜尾矿复垦绿化方法,酸性铜尾矿区域植被恢复率可达84.9%以上。
本发明所述酸性铜尾矿基质改良剂组分多样,有机质及养分丰富、酸碱平衡能力强,有一定土壤质地改良能力以及较强吸附能力。本发明充分利用污泥、煤渣等廉价易得的材料,变废为宝,降低生产成本。偏碱性的煤渣对酸性矿山的酸碱平衡作用显著;污泥和动物粪便(鸡粪)的物理结构较为松散,有利于土壤团粒结构的形成,而且两者均含有植物生长所需的大量营养物质和微生物;膨润土吸附性较强,可以吸附、固定尾矿当中的盐分和重金属,同时固持水分和养分,增强基质的保水保肥能力;稻壳粉矿物质含量丰富并且质地松软,能够有效改善基质的透气性,五种组分通过不同重量配比的组合调配,能够实现不同程度的酸碱平衡(pH为5.0-7.0)、有机质与养分供给、土壤质地改良以及吸附能力,进而达到恢复矿山植被,改善生态环境的目的。
本发明所用材料易得、操作简单灵活,适应性强,能够有效改善酸性铜尾矿地区土壤条件,利于植物生长并且无二次污染。
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。
实施例1
本实施例提供酸性铜尾矿基质改良剂。序号1-11的酸性铜尾矿基质改良剂包括表1-3中按重量份计的组分。
表1
其中序号1-3酸性铜尾矿基质改良剂所述污泥为城市污水经二级或以上处理后产生的、经过堆肥化处理的污泥,含水量不超过30%。
表2
表3
实施例2
本实施例提供酸性铜尾矿基质改良剂的制作工艺,即实施例1所述序号1-11酸性铜尾矿基质改良剂的制作工艺,包括将上述酸性铜尾矿基质改良剂的各组分按重量配比后,磨碎混合均匀,即得。
实施例3
本实施例提供酸性铜尾矿改良基质,其包括铜尾矿尾砂和上述实施例1中所述序号1-11酸性铜尾矿基质改良剂。序号a-j酸性铜尾矿改良基质中铜尾矿尾砂和酸性铜尾矿基质改良剂的重量比例见下表4-5。
表4
表5
(上表4-5中“改良剂序号”是指实施例1中序号1-11的酸性铜尾矿基质改良剂;“比例”是指铜尾矿尾砂与上述改良剂的重量比例。)
改良基质理化参数见下表6:
表6
实施例4
本实施例提供酸性铜尾矿基质改良剂用于改良酸性铜尾矿基质的应用,即实施例1所述序号1-11酸性铜尾矿基质改良剂用于改良酸性铜尾矿基质的应用,具体应用配方见实施例3。
实施例5
本实施例提供酸性铜尾矿改良基质在复垦绿化方面的应用,即实施例3所述酸性铜尾矿改良基质在复垦绿化方面的应用,即将上述酸性铜尾矿改良基质回填至铜尾矿(如表层15cm-25cm),进行复垦绿化(如播种高羊茅),可改善酸性铜尾矿生态环境,改良土壤并提高地区植被盖度。一般正常养护条件下,利用本发明所述酸性铜尾矿改良基质的酸性铜尾矿区域植被恢复率可达84.9%以上。
实施例6
本实施例提供一种酸性铜尾矿复垦绿化方法,包括剥离尾矿表层(如15cm-25cm)的废弃物,将上述实施例3所述酸性铜尾矿改良基质回填,进行复垦绿化(如播种高羊茅)。一般正常养护条件下,利用本发明所述酸性铜尾矿复垦绿化方法,酸性铜尾矿区域植被恢复率可达84.9%以上。
实施例7
本实施例提供一种边坡的改良基质,其配方与实施例1所述酸性铜尾矿基质改良剂相同。
将该边坡改良基质回填至边坡(如表层)或直接覆盖于边坡表层,进行复垦绿化(如播种高羊茅),可改善边坡尤其是偏酸性边坡(一般pH5.0-7.0)生态环境,改良土壤并提高地区植被盖度。一般情况下,回填或覆盖本发明边坡改良基质的边坡,植被恢复率可达95.1%以上。
应用实验1
2011年9月至2013年6月在江西德兴铜矿区进行实验。
实施例1序号1的酸性铜尾矿基质改良剂,即按重量份计其组分包括膨润土15份、稻壳20份、污泥40份、煤渣15份、鸡粪10份。将各组分按重量配比后,磨碎混合均匀即得酸性铜尾矿基质改良剂。
酸性铜尾矿复垦绿化方法,包括:尾砂样品采集于4#尾矿库坝顶位置,采集后混合均匀,然后自然风干。将尾砂与上述改良剂按照重量配比90∶10混合均匀得改良基质。所得改良基质各参数分别为:pH7.65,容重0.76g/cm3,孔隙度66.3%,持水量62.9%。
剥离尾矿表层15cm的废弃物,将混匀的改良基质回填,按照50g/m2的播种量播种高羊茅,进行正常养护。一个月后,该区域植被恢复率达87.4%。
在同一尾矿区不回填上述改良基质作为对照,按照50g/m2的播种量播种高羊茅,进行正常养护。一个月后,该区域植被恢复率仅为24.1%。
可见,回填上述改良基质的尾矿区植被恢复率显著提高,生态环境明显改善。
应用实验2
2011年9月至2013年6月在江西德兴铜矿区进行实验。
实施例1序号2的酸性铜尾矿基质改良剂,按重量份计,其组分包括膨润土15份、稻壳10份、污泥40份、煤渣20份、鸡粪15份。将各组分按重量配比后,磨碎混合均匀即得酸性铜尾矿基质改良剂。
酸性铜尾矿复垦绿化方法,包括:尾砂样品采集于4#尾矿库坝顶位置,采集后混合均匀,然后自然风干。将尾砂与上述改良剂按照重量配比80∶20混合均匀得改良基质。所得改良基质各参数分别为:pH7.87,容重0.94g/cm3,孔隙度57.1%,持水量64.5%。
剥离尾矿表层15cm的废弃物,将混匀的改良基质回填,按照60g/m2的播种量播种高羊茅,进行正常养护。一个月后,该区域植被恢复率达89.7%。
在同一尾矿区不回填上述改良基质作为对照,按照60g/m2的播种量播种高羊茅,进行正常养护。一个月后,该区域植被恢复率仅为31.4%。
可见,回填上述改良基质的尾矿区植被恢复率显著提高,生态环境明显改善。
应用实验3
2011年9月至2013年6月在江西德兴铜矿区进行实验。
实施例1序号3的酸性铜尾矿基质改良剂,按重量份计,其组分包括膨润土10份、稻壳20份、污泥40份、煤渣20份、鸡粪10份。将各组分按重量配比后,磨碎混合均匀即得酸性铜尾矿基质改良剂。
酸性铜尾矿复垦绿化方法,包括:尾砂样品采集于4#尾矿库坝顶位置,采集后混合均匀,然后自然风干。将尾砂与上述改良剂按照重量配比70∶30混合均匀得改良基质。所得改良基质各参数分别为:pH7.69,容重0.85g/cm3,孔隙度61.9%,持水量58.2%。
剥离尾矿表层15cm的废弃物,将混匀的基质回填,按照60g/m2的播种量播种高羊茅,进行正常养护。一个月后,该区域植被恢复率达85.3%。
在同一尾矿区不回填上述改良基质作为对照,按照60g/m2的播种量播种高羊茅,进行正常养护。一个月后,该区域植被恢复率仅为27.6%。
可见,回填上述改良基质的尾矿区植被恢复率显著提高,生态环境明显改善。
应用实验4
2011年9月至2013年6月在江西德兴铜矿区进行实验。
酸性铜尾矿基质改良剂同实施例1序号4,按照35g/m2的播种量播种狗牙根,复垦绿化方法同实施例6。一个月后,该区域植被恢复率达88.5%。在同一尾矿区不回填上述改良基质作为对照,按照相同的播种量播种×狗牙根,进行正常养护,一个月后,该区域植被恢复率仅为35.2%。
应用实验5
2011年9月至2013年6月在江西德兴铜矿区进行实验。
酸性铜尾矿基质改良剂同实施例1序号5,按照根状茎撒播量1.5kg/m2撒播狗牙根,根状茎切成3-5cm的片段,然后呈条带状撒在改良基质表面,复垦绿化方法同实施例6。一个月后,该区域植被恢复率达91.6%。在同一尾矿区不回填上述改良基质作为对照,按照相同的条播量种植狗牙根,然后进行正常养护,一个月后,该区域植被恢复率仅为37.3%。
应用实验6
2011年9月至2013年6月在江西德兴铜矿区进行实验。
酸性铜尾矿基质改良剂同实施例1序号6,按照根状茎撒播量2.5kg/m2呈条带形撒播结缕草,根状茎长10-15cm,复垦绿化方法同实施例6。一个月后,该区域植被恢复率达89.5%。在同一尾矿区不回填上述改良基质作为对照,按照相同的播种量撒播结缕草,进行正常养护,一个月后,该区域植被恢复率仅为28.1%。
对比实验1
2011年9月至2013年6月在江西德兴铜矿区进行实验。
某常见酸性铜尾矿基质改良剂,配方为:29%牛粪、10%Ca(OH)2、19%膨润土,余量为25%磷矿粉和17%沸石,各项成分均为质量百分比。
尾砂样品采集于4#尾矿库坝顶位置,采集后混合均匀,然后自然风干。将尾砂与上述改良剂按照重量配比70∶30混合均匀得改良基质。所得改良基质各参数分别为:pH7.17,容重1.28g/cm3,孔隙度46.3%,持水量41.5%。
剥离尾矿表层15cm的废弃物,将混匀的基质回填,按照60g/m2的播种量播种高羊茅,进行正常养护。一个月后,该区域植被恢复率为63.9%。
对比实验2
2011年9月至2013年6月在江西德兴铜矿区进行实验。
某常见酸性铜尾矿改良基质,配方为25%牛粪、12%Ca(OH)2、16%膨润土、25%磷矿粉、15%沸石、7%凹凸棒石,各项成分均为质量百分比。
该改良基质各参数分别为:pH7.04,容重0.91g/cm3,孔隙度42.4%,持水量44.6%。
剥离尾矿表层15cm的废弃物,将混匀的基质回填,按照60g/m2的播种量播种高羊茅,进行正常养护。一个月后,该区域植被恢复率为56.2%。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案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 (16)
1.一种酸性铜尾矿基质改良剂,其特征在于,按重量份计,由如下组分组成:膨润土5-30份、稻壳5-40份、污泥5-60份、煤渣10-40份,动物粪便5-30份。
2.根据权利要求1所述的酸性铜尾矿基质改良剂,其特征在于,按重量份计,由如下组分组成:膨润土10-20份、稻壳10-30份、污泥10-30份、煤渣15-30份,动物粪便10-20份。
3.根据权利要求1所述的酸性铜尾矿基质改良剂,其特征在于,按重量份计,由如下组分组成:膨润土10-15份、稻壳10-20份、污泥40份、煤渣15-20份,动物粪便10-15份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的酸性铜尾矿基质改良剂,其特征在于,所述污泥为城市污水经二级或以上处理后产生的、经过堆肥化处理的污泥, 含水量不超过30%。
5.根据权利要求1-3任一项所述的酸性铜尾矿基质改良剂,其特征在于,所述动物粪便为鸡粪、鸭粪、鹅粪、猪粪、牛粪、羊粪、马粪中的一种或几种。
6.权利要求1-5任一所述的酸性铜尾矿基质改良剂的制备方法,其特征在于,将所述酸性铜尾矿基质改良剂的各组分按重量配比后,磨碎混合均匀,即得。
7.一种酸性铜尾矿改良基质,其特征在于,包括铜尾矿尾砂和权利要求1-5任一项所述的酸性铜尾矿基质改良剂。
8.根据权利要求7所述的酸性铜尾矿改良基质,其特征在于,按重量份计,所述酸性铜尾矿改良基质包括60-95份铜尾矿尾砂和5-40份酸性铜尾矿基质改良剂。
9.根据权利要求7所述的酸性铜尾矿改良基质,其特征在于,按重量份计,包括70-90份铜尾矿尾砂和10-30份酸性铜尾矿基质改良剂。
10.根据权利要求7所述的酸性铜尾矿改良基质,其特征在于,按重量份计包括80-90份铜尾矿尾砂和10-20份酸性铜尾矿基质改良剂。
11.根据权利要求7-10任一项所述的酸性铜尾矿改良基质,其特征在于,所述铜尾矿尾砂pH在7.38-8.36之间,其中8种典型重金属含量:Cu:500.00-800.00mg/kg、Pb:5.00-20.00mg/kg、Zn:30.00-50.00mg/kg、Cd:0.050-0.150mg/kg、Cr:30.00-60.00mg/kg、As:5.00-15.00mg/kg、Hg:0.030-0.080mg/kg、Mn:300.00-400.00mg/kg;主要元素含量的质量百分比为,C:4-7、O:30-60、Na:0.10-0.40、Al:2-5、Si:25-50、S:0.3-0.6、K:0.7-1.5、Fe:3-4.5。
12.根据权利要求11所述的酸性铜尾矿改良基质,其特征在于,所述铜尾矿尾砂中8种典型重金属含量:
Cu:526.32-779.85mg/kg、Pb:9.83-15.61mg/kg、Zn:31.58-43.97mg/kg、Cd:0.075-0.124mg/kg、Cr:36.71-52.56mg/kg、As:8.83-14.27mg/kg、Hg:0.039-0.064mg/kg、Mn:336.02-385.45mg/kg;主要元素含量的质量百分比为,C:4.27-5.81、O:36.10-55.52、Na:0.18-0.33、Al:2.74-3.56、Si:34.05-47.94、S:0.38-0.55、K:0.85-1.34、Fe:3.19-4.22。
13.根据权利要求7-10、12任一所述的酸性铜尾矿改良基质,其特征在于,所述酸性铜尾矿基质改良基质的pH7.3-8.6,容重0.71-1.29g/cm3,孔隙度51.4%-72.7%,持水量52.5%-68.2%。
14.根据权利要求11所述的酸性铜尾矿改良基质,其特征在于,所述酸性铜尾矿基质改良基质的pH7.3-8.6,容重0.71-1.29g/cm3,孔隙度51.4%-72.7%,持水量52.5%-68.2%。
15.权利要求1-5任一所述酸性铜尾矿基质改良剂及权利要求7-14任一所述的酸性铜尾矿改良基质在复垦绿化方面的应用。
16.根据权利要求15所述的应用,其特征在于,将权利要求1-5 任一所述酸性铜尾矿基质改良剂回填至边坡或覆盖于边坡表层,进行复垦绿化;或者剥离尾矿表层的废弃物,将权利要求7-14任一项所述酸性铜尾矿改良基质回填,进行复垦绿化。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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