CN112371090A - 一种铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法 - Google Patents

一种铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法，包括原料混合、热解以及制成品步骤。本发明将农作物秸秆、正磷酸盐以及铅铜尾矿按比例混合均匀后进行热解，热解过程可降低铅铜尾矿中硫元素的含量，热解产物为磷改性生物炭，具有重金属吸附量高的优点；再向热解产物添加底泥或污泥制成具有粘性的人工土壤，底泥或污泥起到凝聚土壤粒子、构成抗冲刷载体的作用，利于形成良好团粒结构。

Description

一种铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法
技术领域
本发明属于尾矿资源化技术领域，具体涉及一种铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法。
背景技术
我国的有色金属矿产资源丰富，尤其是铅、铜是国家发展所需的重要资源，它们可运用到各个领域中，对国家经济和社会的发展起到直接的影响作用。随着人类社会不断全面发展以及社会的持续进步，导致铅、铜的应用范围不断扩大，使用领域逐渐增多，很大程度上对我国的铅铜矿产业的发展造成影响。
铅铜矿在浮选中会产生大量的尾矿，尾矿长期堆放在尾矿库中，有些地区甚至直接露天堆放，对周围环境造成了严重的污染。比如，尾矿库中会有粉尘严重影响周围的环境；尾矿库中还存在有重金属元素，这些重金属元素会进入到大气和水土中从而直接影响到人类的正常生活，对人类健康造成不可逆的危害；尾矿库中存在着大量的硫元素，有硫的存在会导致土壤呈酸性，这会更利于重金属的溶解导致重金属迁移率升高；尾矿还会造成土地的大量污染，而且所堆存的尾矿存在着塌方的风险。
在南方地区，农作物秸秆原本是农村地区用来生火做饭的资源，但是随着农村地区生活水平逐渐提高，电磁炉、天然气几乎取代了这种资源，从而导致农作物秸秆成为了废弃物，都被堆放在农田里露天燃烧。农作物秸秆的露天燃烧会产生大量的颗粒物，若在气象条件不好的情况下使农作物秸秆大量燃烧会产生严重的空气污染。因此，对农作物秸秆的处理或利用也是需要人们加以研究的。
现有方法技术中，申请公布号CN 105838379 A公布了一种尾矿重金属污染土壤的生态修复剂，利用部分废弃物作为原材料，制备出可用于尾矿重金属污染土壤的生态修复剂，该方法所制成修复剂的吸附位点有限，对重金属吸附能力强度不高，并且这种方法并不能除去尾矿土壤中所含有的大量硫元素。为此，研发一种既可使尾矿资源化，又可使农作物秸秆得到充分利用的方法是非常必要的。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法。
本发明的第二目的在于提供一种铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法制备得到的人工土壤。
本发明的第三目的在于提供一种所述人工土壤在吸附矿山裸露区表层土壤中重金属的应用。
本发明的第一目的是这样实现的，包括以下步骤：
S1、将农作物秸秆粉与正磷酸盐混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，正磷酸盐、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：20~50：500~1000；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为10~20℃/min，温度达到300~500℃时恒温1~3h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为80~120：1。
本发明的第二目的是这样实现的，按所述铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法制备得到的人工土壤。
本发明的第三目的是这样实现的，将人工土壤铺设在矿山裸露区表层土壤上，铺设厚度为10~20cm。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明将农作物秸秆、正磷酸盐以及铅铜尾矿按比例混合均匀后进行热解，热解过程可降低铅铜尾矿中硫元素的含量，热解产物为磷改性生物炭，具有重金属吸附量高的优点；再向热解产物添加底泥或污泥制成具有粘性的人工土壤，底泥或污泥起到凝聚土壤粒子、构成抗冲刷载体的作用，利于形成良好团粒结构；
2、本发明人工土壤可直接铺设在矿山裸露区表层土壤上，可有效吸附表层土壤中重金属；热解时所添加的KH2PO4能够增加人工土壤中的钾肥和磷肥，本发明可使尾矿土壤快速达到可利用状态。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明包括以下步骤：
S1、将农作物秸秆粉与正磷酸盐混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，正磷酸盐、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：20~50：500~1000；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为10~20℃/min，温度达到300~500℃时恒温1~3h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为80~120：1。
底泥是黏土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物，经过长时间物理、化学及生物等作用及水体传输而沉积于水体底部所形成；污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的复杂非均质体。
优选地，所述农作物秸秆粉是将农作物秸秆经晾晒、粉碎，然后过60~120目筛。
优选地，所述农作物秸秆为水稻秸秆、玉米秸秆、蚕豆秸秆、油菜秸秆中的一种或多种。
优选地，所述正磷酸盐为KH2PO4，可增加生物炭对重金属的吸附量，还能增加制成品人工土壤中速效磷、速效钾含量。
优选地，所述铅铜尾矿粉是将铅铜尾矿粉碎，然后过10目筛。
所述铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法制备得到的人工土壤。
所述人工土壤在吸附矿山裸露区表层土壤中重金属的应用。
优选地，所述应用，将人工土壤铺设在矿山裸露区表层土壤上，铺设厚度为10~20cm。
下面结合实施例1~实施例14对本发明作进一步说明。
实施例1
铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法，包括以下步骤：
S1、将农作物秸秆粉与正磷酸盐混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，正磷酸盐、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：20：500；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为10℃/min，温度达到300℃时恒温1h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为80：1。
实施例2
铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法，包括以下步骤：
S1、将农作物秸秆粉与正磷酸盐混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，正磷酸盐、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：50： 1000；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为20℃/min，温度达到500℃时恒温3h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为120：1。
实施例3
铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法，包括以下步骤：
S1、将农作物秸秆粉与正磷酸盐混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，正磷酸盐、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：35：750；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为15℃/min，温度达到400℃时恒温2h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为100：1。
实施例4
首先调查、选择铅铜尾矿库，整理尾矿库地块，清理尾矿上长出的植物，分离尾矿中含有的砖块和石头等杂物；然后挑选出的尾矿进行粉碎、过10目筛，得铅铜尾矿粉；将农作物秸秆经晾晒、粉碎，然后过60目筛，得农作物秸秆粉；然后按以下步骤进行：
S1、将农作物秸秆粉与KH2PO4混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，KH2PO4、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：20：600；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为10℃/min，温度达到300℃时恒温3h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为120：1。
实施例5
首先调查、选择铅铜尾矿库，整理尾矿库地块，清理尾矿上长出的植物，分离尾矿中含有的砖块和石头等杂物；然后挑选出的尾矿进行粉碎、过10目筛，得铅铜尾矿粉；将农作物秸秆经晾晒、粉碎，然后过120目筛，得农作物秸秆粉；然后按以下步骤进行：
S1、将农作物秸秆粉与KH2PO4混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，KH2PO4、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：30：800；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为15℃/min，温度达到350℃时恒温2.5h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为110：1。
实施例6
首先调查、选择铅铜尾矿库，整理尾矿库地块，清理尾矿上长出的植物，分离尾矿中含有的砖块和石头等杂物；然后挑选出的尾矿进行粉碎、过10目筛，得铅铜尾矿粉；将农作物秸秆经晾晒、粉碎，然后过90目筛，得农作物秸秆粉；然后按以下步骤进行：
S1、将农作物秸秆粉与KH2PO4混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，KH2PO4、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：20：600；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为20℃/min，温度达到400℃时恒温2h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为100：1。
实施例7
首先调查、选择铅铜尾矿库，整理尾矿库地块，清理尾矿上长出的植物，分离尾矿中含有的砖块和石头等杂物；然后挑选出的尾矿进行粉碎、过10目筛，得铅铜尾矿粉；将农作物秸秆经晾晒、粉碎，然后过90目筛，得农作物秸秆粉；然后按以下步骤进行：
S1、将农作物秸秆粉与KH2PO4混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，KH2PO4、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：50：1000；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为15℃/min，温度达到450℃时恒温1.5h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为90：1。
实施例8
首先调查、选择铅铜尾矿库，整理尾矿库地块，清理尾矿上长出的植物，分离尾矿中含有的砖块和石头等杂物；然后挑选出的尾矿进行粉碎、过10目筛，得铅铜尾矿粉；将农作物秸秆经晾晒、粉碎，然后过100目筛，得农作物秸秆粉；然后按以下步骤进行：
S1、将农作物秸秆粉与KH2PO4混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，KH2PO4、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：40：800；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为20℃/min，温度达到500℃时恒温1h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为80：1。
实施例9
按实施例4制备得到的人工土壤，将人工土壤铺设在矿山裸露区表层土壤上，铺设厚度为10cm。
实施例10
按实施例5制备得到的人工土壤，将人工土壤铺设在矿山裸露区表层土壤上，铺设厚度为15cm。
实施例11
按实施例6制备得到的人工土壤，将人工土壤铺设在矿山裸露区表层土壤上，铺设厚度为20cm。
实施例12
按实施例7制备得到的人工土壤，将人工土壤铺设在矿山裸露区表层土壤上，铺设厚度为15cm。
实施例13
按实施例8制备得到的人工土壤，将人工土壤铺设在矿山裸露区表层土壤上，铺设厚度为20cm。
实施例14
对实施例1~实施例8，按现有技术的检测方法分别检测S2步骤制得的热解产物的脱硫率；将实施例1~实施例8制得的人工土壤铺设在矿山裸露区表层土壤上，30天后按现有技术检测被覆盖的矿山裸露区表层土壤的脱除重金属率，结果见表1；
表1 脱硫率以及脱除重金属率
Figure 847164DEST_PATH_IMAGE001
。

Claims (8)

1.一种铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将农作物秸秆粉与正磷酸盐混合均匀，然后加入铅铜尾矿粉并混合均匀，得混合物，正磷酸盐、农作物秸秆粉以及铅铜尾矿粉的质量比为1：20~50：500~1000；
S2、将S1步骤得到的混合物进行热解，热解前以200mL/min的流量通入氮气，呈现出无氧状态，热解升温速率为10~20℃/min，温度达到300~500℃时恒温1~3h，然后冷却至室温；
S3、取出热解产物，向热解产物中加入底泥或污泥并混合均匀，得人工土壤，热解产物与底泥或污泥得质量比为80~120：1。
2.根据权利要求1所述铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法，其特征在于所述农作物秸秆粉是将农作物秸秆经晾晒、粉碎，然后过60~120目筛。
3.根据权利要求2所述铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法，其特征在于所述农作物秸秆为水稻秸秆、玉米秸秆、蚕豆秸秆、油菜秸秆中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法，其特征在于所述正磷酸盐为KH2PO4。
5.根据权利要求1所述铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法，其特征在于所述铅铜尾矿粉是将铅铜尾矿粉碎，然后过10目筛。
6.一种根据权利要求1~5任一所述铅铜尾矿与农作物秸秆混合热解制备人工土壤的方法制备得到的人工土壤。
7.一种根据权利要求6所述人工土壤在吸附矿山裸露区表层土壤中重金属的应用。
8.根据权利要求7所述应用，其特征在于将人工土壤铺设在矿山裸露区表层土壤上，铺设厚度为10~20cm。
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