CN106064980B

CN106064980B - 一种钒矿废石堆场的生态恢复基质及其制备方法和应用

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Publication number: CN106064980B
Application number: CN201610363600.3A
Authority: CN
Inventors: 张望; 张华�; 周连碧; 赵志龙; 王琼
Original assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2036-05-26
Also published as: CN106064980A

Abstract

本发明公开了一种钒矿废石堆场的生态恢复基质，所述生态恢复基质包括堆场废石粉碎物0‑100重量份和土壤0‑100重量份，以及占堆场废石粉碎物和土壤总质量1.75‑5.25％的基质添加物，其中，1.75‑5.25％的基质添加物分别为：农业废弃物0.5‑1.5％、蛭石0.5‑1.5％、生物有机肥0.5‑1.5％、保水剂0.25‑0.75％；按质量百分比计，农业废弃物中含稻壳炭20‑80％和锯木渣20‑80％；本发明通过生态恢复技术实现钒矿废石堆场的快速生态恢复，从而达到治理废石堆场对周边土壤的环境污染，改善周边居民的居住和生活环境。

Description

一种钒矿废石堆场的生态恢复基质及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及金属矿山废弃地的生态修复及周边地区污染场地修复技术领域，具体地，本发明涉及一种钒矿废石堆场的生态恢复基质及其制备方法和应用。

背景技术

我国的钒资源比较丰富，大多数是以“石煤型”的形式存在，主要分布在河北、四川、湖南、湖北、广西等省。钒矿由于常与放射性矿产资源相伴生，品位较低。钒矿采掘过程会造成地表严重破坏，在雨季地表径流发育时，造成水土流失，形成涝灾；旱季地表水下渗，导致河流断流，严重影响矿区附近村庄的农业灌溉和居民的生活用水，矿区及周边地区重金属污染严重。同时，矿山开采中的辐射环境影响也不容忽视。

石煤钒矿埋储量在亿吨以上，采用地下开采，品位低于0.7％的石煤钒矿作为矸石堆存在矸石场。大多数矸石场及废石堆场堆放不规范，同时废弃的废石营养成分差，水土流失严重，极易由雨水产生淋滤水，淋滤水呈酸性，含钒、砷、铅、锌等重金属，进入水体后随山区径流进入当地河流及水库。具有蓄积性和累积性的重金属严重影响饮用水源及其水质。

针对钒矿采选、加工过程带来的特征重金属污染及废石堆场立地条件差等问题，本着“源头控制、过程阻控、末端治理、生态修复和污染负荷分配相结合”的原则，以重金属污染治理为目标，进行重金属污染场地及废石堆场的污染控制与修复，做到能够改善生态环境和周边居民生活质量，也是环境、经济、社会可持续发展的必然选择。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种钒矿废石堆场的生态恢复基质，该基质能够应用于各类地区的有色金属矿山废石堆场的生态恢复，可以处理不同金属矿山采、选、冶类型和不同重金属污染场地的污染土壤，达到恢复原有植被的效果。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种钒矿废石堆场的生态恢复基质，所述生态恢复基质包括堆场废石粉碎物0-100重量份和土壤0-100重量份，以及占堆场废石粉碎物和土壤总质量1.75-5.25％的基质添加物，其中1.75-5.25％的基质添加物分别为：农业废弃物0.5-1.5％、蛭石0.5-1.5％、生物有机肥0.5-1.5％、保水剂0.25-0.75％；

按质量百分比计，农业废弃物中含稻壳炭20-80％和锯木渣20-80％；

所述稻壳炭为稻壳在100-300℃下热解所得，粒径小于1cm；

所述锯木渣粒径小于1mm；

所述蛭石为硅酸盐材料经高温加热后形成的云母状物质，呈中性至碱性，每m³蛭石能吸收500-650L的水，粒径1-3mm；

所述生物有机肥为动物粪便添加腐熟剂和水腐熟后的产物。

优选地，所述保水剂为聚丙烯酸盐。本领域技术人员还可以根据需要选择其他保水剂。

优选地，所述动物粪便为鸡粪。

优选地，当种植黑麦草Lolium perenne L.时，所述生态恢复基质包括堆场废石粉碎物60份和土壤40份，以及占堆场废石粉碎物和土壤总质量4.25％的基质添加物；所述4.25％的基质添加物分别为：农业废弃物1％、蛭石1％、生物有机肥1.5％、保水剂0.75％，其中农业废弃物中含稻壳炭60％、锯木渣40％。

本发明的另一个目的在于，还提供了一种钒矿废石堆场的生态恢复基质的制备方法，所述方法包括以下步骤：按比例将堆场废石粉碎物、土壤、农业废弃物、蛭石、生物有机肥和保水剂在常温下混合均匀。

本发明的再一个目的在于，提供一种钒矿废石堆场的生态恢复基质在南方湿润地区金属矿山废石堆场形成的边坡和平台上种植植物以进行生态恢复中的应用。

优选地，所述植物为黑麦草Lolium perenne L.。

本发明中，所述堆场废石粉碎物粒径0.25-2cm，通过破碎设备粉碎至相应粒径。废石中SiO₂为主要成分，另含有Al、Ca、Fe、Ba、K、V等碱性金属，以及较少的Pb、Cr、Cd、As等重金属，并含有少量S，属于一般工业固体废物，具备产酸潜力，但产酸能力较弱，pH值为8左右；

本发明中，所述土壤取自周边农田表土，粒径1mm以下，pH值为6，营养成分较高。

所述稻壳炭为稻壳炭化后的黑色材料，可增强吸热作用，使地温、水温上升，促进植物生长及减少冻害；质松多孔性质透气良好，增加根部氧气供应；可帮助植物吸附水份，使植物叶片较厚且健全。肥分含量虽不多，但会促进P、K、Ca、Mg等元素的有效性，尤以P、K溶出量较多。吸附力大，有吸收毒素之作用，减少肥分流失及散发，在100-300℃下热解所得，粒径小于1cm；

所述锯木渣为家具加工厂加工材料后的废弃物质，可增加土壤孔隙，粒径小于1mm；

所述蛭石为硅酸盐材料经高温加热后形成的云母状物质，呈中性至碱性，每m³蛭石能吸收500-650L的水，具有较强的通气性和保水性能，有效改善基质的土壤结构，同时保持水分，粒径1-3mm；

所述生物有机肥为动物粪便添加腐熟剂和水腐熟并干燥后的产物，N、P、K营养元素丰富，能有效代替化肥，属于有机肥料，已腐熟、可以充分提高土壤肥力、净化生态环境，有效利用资源。

本发明用于废石堆场边坡和边坡平台进行生态恢复和土壤改良，尽可能多的改良尾矿中的废石，同时辅助添加一定的营养成分改善废石理化性质，可以就地生产，减少废石堆存量，降低生态恢复成本，保护当地土地资源，能够应用于南方湿润地区，雨量集中且较大的金属矿山的废石堆场生态恢复的绿化基质。

本发明通过生态恢复技术实现钒矿废石堆场的快速生态恢复，从而达到治理废石堆场对周边土壤的环境污染，改善周边居民的居住和生活环境。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本发明针对钒矿废石堆场，生态恢复基质特征如下：所述堆场废石粉碎物粒径0.25-2cm，废石中SiO₂为主要成分，另含有Al、Ca、Fe、Ba、K、V等碱性金属，以及较少的Pb、Cr、Cd、As等重金属，并含有少量S，属于一般工业固体废物，具备产酸潜力，但产酸能力较弱，pH值为8左右；土壤取自周边农田表土，粒径1mm以下，pH值为6，营养成分较高。

再将选取的农业废弃物(稻壳炭和锯木渣)、蛭石、生物有机肥(鸡粪)和保水剂按比例配制。选取黑麦草为种植植物。各添加物特征如下：

本发明所述稻壳炭为稻壳炭化后的黑色材料，可增强吸热作用，使地温、水温上升，促进植物生长及减少冻害；质松多孔性质透气良好，增加根部氧气供应；可帮助植物吸附水份，使植物叶片较厚且健全。肥分含量虽不多，但会促进P、K、Ca、Mg等元素的有效性，尤以P、K溶出量较多。吸附力大，有吸收毒素之作用，减少肥分流失及散发，在100-300℃下热解所得，粒径小于1cm；所述锯木渣为家具加工厂加工材料后的废弃物质，可增加土壤孔隙，粒径小于1mm；所述蛭石为硅酸盐材料经高温加热后形成的云母状物质，呈中性至碱性，每m³蛭石能吸收500-650L的水，具有较强的通气性和保水性能，有效改善基质的土壤结构，同时保持水分，粒径1-3mm；所述生物有机肥为(鸡粪)添加腐熟剂和水腐熟后的产物，接近绝干，N、P、K营养元素丰富，能有效代替化肥，属于有机肥料，已腐熟、可以充分提高土壤肥力、净化生态环境，有效利用资源；所述保水剂为聚丙烯酸盐。

本发明生态恢复基质的制备方法按照以下步骤进行：

先将生态恢复基质的各组分按照比例在常温下进行混合配制。按照质量比计算，所述生态恢复基质包括堆场废石粉碎物0-100重量份和土壤0-100重量份，以及占堆场废石粉碎物和土壤总质量1.75-5.25％的基质添加物，1.75-5.25％的基质添加物分别为：农业废弃物0.5-1.5％、蛭石0.5-1.5％、生物有机肥0.5-1.5％、保水剂0.25-0.75％；按质量百分比计，农业废弃物包括稻壳炭20-80％和锯木渣20-80％，将上述原料在常温下均匀混合而成。

生态恢复基质试验设计如下表1-1：

表1-1生态恢复基质试验设计分组

具体基质添加物试验采用4因素3水平正交试验进行分析。如下表1-2和表1-3：

表1-2正交试验因素与水平表

表1-3正交试验分组

试验结果如下：

以2kg堆场废石粉碎物和土壤为基础，生态恢复基质最优组合为：堆场废石粉碎物1.2kg、土壤0.8kg、基质添加物0.085kg，即堆场废石粉碎物：土壤：基质添加物＝60：40：4.25，对废石的使用量达到最佳，土壤的使用量达到最少，从而对黑麦草生长最有利，使黑麦草生长高度增加了40％；

A、C为主要因素，最优配方为A₂B₂C₃D₁，即配比为农业废弃物20g(稻壳炭12g，锯木渣8g)，蛭石20g，生物有机肥30g，保水剂5g，即农业废弃物1％(稻壳炭：锯木渣＝6:4)、蛭石1％、生物有机肥1.5％、保水剂0.75％，对黑麦草生长最有利，使黑麦草植被覆盖度从30％提高到90％。

与目前的尾矿库生态恢复方法及技术配方相比，本发明筛选的复合基质配比，主要是针对南方湿润地区的钒矿废石堆场的生态恢复，提出适宜该地区的植物生长的基质配方，降低生态恢复成本，减少污染土地，有效利用当地的资源进行生态恢复，降低当地土壤资源的使用率，大大改善了矿区的生态环境，减少了环境污染，降低综合成本45％左右，提高了经济、社会和环境效益。

实施例2：

选取湖北郧西平凡矿业指家沟钒矿废石堆场进行生态恢复，废石堆场生态恢复基质及植被组合应用于湖北郧西平凡矿业指家沟钒矿废石堆场边坡及平台。指家沟采场的废石场的分布均匀，且地势较为平缓，适合大面积的植被恢复立地条件，植被恢复难度较小。指家沟废石堆场分布较为集中，区域面积约为10000m²。其堆存量大，污染严重，对周边农田土壤产生一定的重金属污染，同时给周边居民的生活环境带来一定的影响。边坡30-40°之间，坡长5-10m，平台宽1m；累计施工面积10000m²，施工季节为3-6月。

生态恢复基质比例为：堆场废石粉碎物：土壤：基质添加物＝60：40：4.25，采用的基质配比用量为每2kg堆场废石粉碎物和土壤中添加农业废弃物20g(稻壳炭12g，锯木渣8g)、蛭石20g、生物有机肥30g、保水剂5g，即农业废弃物1％(稻壳炭：锯木渣＝6：4)、蛭石1％、生物有机肥1.5％、保水剂0.75％，种植植物为黑麦草，采用撒播方式进行种植，之后浇水覆盖养护。

效果：施工3-5d发芽，半个月后基本成坪，出苗率95％以上，覆盖率达90％以上，半年后成活率仍可以达到90％以上。基质层经历一年降雨及人工浇水养护，整体稳定性良好，降低生态恢复成本50％左右，起到了良好了生态和社会经济效益。

以上所述，仅为发明较好的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以授权权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种钒矿废石堆场的生态恢复基质，其特征在于，所述生态恢复基质包括堆场废石粉碎物0-100重量份和土壤0-100重量份，以及占堆场废石粉碎物和土壤总质量1.75-5.25％的基质添加物，其中，1.75-5.25％的基质添加物分别为：农业废弃物0.5-1.5％、蛭石0.5-1.5％、生物有机肥0.5-1.5％、保水剂0.25-0.75％；

所述稻壳炭为稻壳在100-300℃下热解所得，粒径小于1cm；

所述锯木渣粒径小于1mm；

所述生物有机肥为动物粪便添加腐熟剂和水腐熟后的产物。

2.根据权利要求1所述钒矿废石堆场的生态恢复基质，其特征在于，所述保水剂为聚丙烯酸盐。

3.根据权利要求1所述钒矿废石堆场的生态恢复基质，其特征在于，所述动物粪便为鸡粪。

4.根据权利要求1所述钒矿废石堆场的生态恢复基质，其特征在于，当种植黑麦草时，所述生态恢复基质包括堆场废石粉碎物60份和土壤40份，以及占堆场废石粉碎物和土壤总质量4.25％的基质添加物；所述4.25％的基质添加物分别为：农业废弃物1％、蛭石1％、生物有机肥1.5％、保水剂0.75％，其中农业废弃物中含稻壳炭60％、锯木渣40％。

5.权利要求1-4任一项所述钒矿废石堆场的生态恢复基质的制备方法，所述方法包括以下步骤：按比例将堆场废石粉碎物、土壤、农业废弃物、蛭石、生物有机肥和保水剂在常温下混合均匀。

6.权利要求1-4任一项所述钒矿废石堆场的生态恢复基质在南方湿润地区金属矿山废石堆场形成的边坡和平台上种植植物以进行生态恢复中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述植物为黑麦草。