CN112655515A - 赤泥土壤化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业废渣改性技术领域，公开了一种赤泥土壤化的方法，包括如下步骤：(1)提供赤泥改性剂，所述赤泥改性剂含有酸性有机残渣和石膏；(2)在赤泥堆场上修建阻隔层并将所述赤泥改性剂与赤泥混合得到的混合物堆放在所述阻隔层上，然后在所述混合物的表面铺设秸秆，静置陈化。本发明的方法较为简单，且经该方法得到的赤泥土壤盐碱含量大幅度降低，更适于后期植被的种植，且经济成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及工业废渣处理技术领域，具体涉及一种赤泥土壤化的方法。
背景技术
赤泥是使用拜耳法从铝土矿中提取氧化铝得到的不溶废渣。每生产1吨的氧化铝会产生1-25吨的赤泥。
目前赤泥的处理方法有两种：堆放处理和回收利用。其中，回收利用的主要方向有三个：制备建筑材料、提取赤泥中的有价金属元素、将其应用于环境治理中。以赤泥为原料制备建筑材料能够降低制备成本，但是由于赤泥中的盐含量较高会有盐类析出，产生“泛霜”现象，不仅会影响建筑物的美感，而且析出的盐在经过雨水的冲洗，随雨水流进周围土壤或水体中，会对周围环境产生不利的影响。从赤泥中回收有价金属元素，有机金属的回收率、浸出等率较高，但是由于提取工艺复杂，赤泥中稀有金属的提取基本都是使用酸浸法，酸浸法容易腐蚀设备，对酸的消耗大，成本高。
对赤泥进行堆放处理，由于赤泥碱性强、盐分高、有机质和各种植物所需养分匮乏、金属毒性大，会影响赤泥堆放处的土壤，不适合后期种植幼苗或进行播种工作。目前的赤泥土壤化方法的步骤较为复杂，且经过土壤化后的赤泥堆场土壤的盐碱含量还是较高，不利于后期植被的种植以及可持续化的生态改良。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种赤泥土壤化的方法，该方法较为简单，且经该方法得到的赤泥土壤盐碱含量大幅度降低，更适于后期植被的种植，且经济成本较低。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种赤泥改性方法，包括如下步骤：
(1)提供赤泥改性剂，所述赤泥改性剂含有酸性有机残渣和石膏；
(2)在赤泥堆场上修建阻隔层并将所述赤泥改性剂与赤泥混合得到的混合物堆放在所述阻隔层上，然后在所述混合物的表面铺设秸秆，静置陈化。
优选地，所述酸性有机残渣和所述石膏的重量比为1-8:1。
进一步优选地，所述酸性有机残渣和所述石膏的重量比为2-5:1。
优选地，所述步骤(1)中，所述赤泥改性剂的制备方法包括：将酸性有机残渣和石膏混合均匀。
优选地，所述酸性有机残渣选自酒糟、甘蔗渣、醋渣和糠醛渣中的至少一种；所述石膏为磷石膏和/或脱硫石膏。
优选地，所述酸性有机残渣为经破碎处理的酸性有机残渣颗粒，所述有机酸性残渣颗粒的粒径小于或者等于5mm；所述石膏为经破碎处理的石膏颗粒，所述石膏颗粒的粒径小于或者等于5mm。
优选地，所述步骤(2)还包括：在所述阻隔层的下方设置沟渠。
优选地，所述步骤(2)中，所述阻隔层包括从上到下依次设置的秸秆层、石膏层和碎石层。
进一步优选地，所述碎石层的厚度为6-14cm，所述石膏层的厚度是3-8cm，所述秸秆层的厚度为3-8cm。
优选地，所述碎石层中的碎石块的粒径为3-5mm。
优选地，所述赤泥改性剂和所述赤泥的重量比为0.4-1.5:1。
进一步优选地，所述赤泥改性剂和所述赤泥的重量比为0.6-1.2:1。
优选地，所述步骤(2)中，所述秸秆的铺设厚度为2-8cm。
优选地，所述方法还包括：步骤(2)中：将赤泥与所述赤泥改性剂混合得到的混合物在静置陈化过程中洒水，使得所述混合物的含水量为60-65重量％；所述静置陈化的温度为15-40℃，所述静置陈化的时间为20-40天。
优选地，所述洒水操作设有多次，相邻两次所述洒水操作的间隔时间为2-5天，洒水次数为1-2次。
该方法通过在赤泥和堆场土壤之间设置阻隔层，在赤泥改性剂改性赤泥的过程中，该阻隔层能够有效阻隔阻隔层下方的土壤层的盐随毛细管作用上升到赤泥层，有效降低赤泥中的盐碱含量，从而防止种植在赤泥层的植被根系被高盐碱破坏，有利于植物的生长。而且，秸秆的铺设能够达到保湿以及稳定土温的作用，能够稳定堆场深层的盐，从而进一步阻隔盐碱的上移，进一步有效降低赤泥中的盐碱含量，且能够提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，从而进一步增加赤泥中的有机质的含量，更有利于植物的生长，成本较低，经济有效。
附图说明
图1是改性后的植被生长情况图；
其中，a和b是播种两个月后的生长图；c和d是播种四个月后的生长图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如前所述，本发明第一方面提供一种赤泥土壤化的方法，包括如下步骤：
(1)提供赤泥改性剂，所述赤泥改性剂含有酸性有机残渣和石膏；
(2)在赤泥堆场上修建阻隔层并将所述赤泥改性剂与赤泥混合得到的混合物堆放在所述阻隔层上，然后在所述混合物的表面铺设秸秆，静置陈化。
本发明的发明人在研究过程中发现，在赤泥和堆场土壤之间设置阻隔层，在赤泥改性剂改性赤泥的过程中，该阻隔层能够有效阻隔阻隔层下方的土壤层的盐随毛细管作用上升到赤泥层，有效降低赤泥中的盐碱含量，从而防止种植在赤泥层的植被根系被高盐碱破坏，有利于植物的生长。而且，秸秆的铺设能够达到保湿以及稳定土温的作用，能够稳定堆场深层的盐，从而进一步阻隔盐碱的上移，进一步有效降低赤泥中的盐碱含量，而且能够提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，从而进一步增加赤泥中的有机质的含量，更有利于植物的生长，成本较低，经济有效。
为了能够更进一步降低赤泥中的盐碱含量，提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，优选地，所述酸性有机残渣和所述石膏的重量比为1-8:1。
优选地，所述酸性有机残渣和所述石膏的重量比为2-5:1。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，本发明的方案能够更进一步降低赤泥中的盐碱含量，提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度。
为了能够更进一步提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，优选地，所述步骤(1)中，所述赤泥改性剂的制备方法包括：将酸性有机残渣和石膏混合均匀。
为了能够更进一步提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，优选地，所述酸性有机残渣选自酒糟、甘蔗渣、醋渣和糠醛渣中的至少一种；所述石膏为磷石膏和/或脱硫石膏。
为了能够更进一步提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，优选地，所述酸性有机残渣为经破碎处理的酸性有机残渣颗粒，所述有机酸性残渣颗粒的粒径小于或者等于5mm；所述石膏为经破碎处理的石膏颗粒，所述石膏颗粒的粒径小于或者等于5mm。
为了能够更进一步降低赤泥中的盐碱含量，优选地，所述步骤(2)还包括：在所述阻隔层的下方设置沟渠。当遇到雨水天气时，雨水的冲刷会带走赤泥中的可溶性盐，并使其通过沟渠流向外部。
为了能够更进一步降低赤泥中的盐碱含量，提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，优选地，所述步骤(2)中，所述阻隔层包括从上到下依次设置的秸秆层、石膏层和碎石层。
优选地，所述碎石层的厚度为6-14cm，所述石膏层的厚度是3-8cm，所述秸秆层的厚度为3-8cm。发明人发现，在该优选的具体实施方式下，本发明的方案能够更进一步降低赤泥中的盐碱含量，提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度。
为了能够更进一步降低赤泥中的盐碱含量，优选地，所述碎石层中的碎石块的粒径为3-5mm。
为了能够更进一步降低赤泥中的盐碱含量，提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，优选地，所述赤泥改性剂和所述赤泥的重量比为0.4-1.5:1。
为了能够更进一步降低赤泥中的盐碱含量，提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，优选地，所述赤泥改性剂和所述赤泥的重量比为0.6-1.2:1。
为了能够更进一步降低赤泥中的盐碱含量，提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，优选地，所述步骤(2)中，所述秸秆的铺设厚度为2-8cm。
为了能够更进一步降低赤泥中的盐碱含量，提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，优选地，所述方法还包括：步骤(2)中：将赤泥与所述赤泥改性剂混合得到的混合物在静置陈化过程中洒水，使得所述混合物的含水量为60-65重量％；所述静置陈化的温度为15-40℃，所述静置陈化的时间为20-40天。
为了能够保证其含水量，从而更进一步降低赤泥中的盐碱含量，提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，优选地，所述洒水操作设有多次，相邻两次所述洒水操作的间隔时间为2-5天，每次洒水操作的洒水次数为1-2次。
具体地，每次所述洒水操作均能够使得所述混合物的含水量为60-65重量％，在洒水过程中随时检测化合物的含水量，当混合物的含水量达到60-65重量％之间的任一数值时，停止洒水。
以下将通过实例对本发明进行详细描述。
本发明的实例中，各理化性质的测量方法如下：
碱性(pH)与电导率(EC)的测试方法为：称取过1mm筛的土样5.00g于50mL小烧杯中，加入25mL超纯水，放入25℃恒温振荡仪中振荡30min，再放入到离心机中以3000r/min的转速离心10min，分别用pH计和电导率仪测量样品pH和EC。容重采用容重环法测得；含水量通过土壤含水量测定仪测得；有机质含量采用重铬酸钾容量法测得。
本发明中，激光粒度仪购于马尔文仪器有限公司，型号为Malvern Mastersizer2000；pH计购于上海雷磁仪器厂，型号为PHS-3C；EC计购于上海雷磁仪器厂，型号为DDS-307；土壤含水量测定仪购于浙江托普云农科技股份有限公司，型号为TZS-2X-G。
酸性有机残渣：酒糟购自贵州茅台镇高粱发酵的白酒酿酒厂，其中，全碳含量为365.13g/kg，全氮21.36g/kg，全磷3.30g/kg；甘蔗渣购自河南濮阳糠醛企业，其中，全碳含量为358.37g/kg，全氮23.22g/kg，全磷3.24g/kg；糠醛渣购自河南濮阳糠醛企业，其中，全碳含量为338.49g/kg，全氮21.45g/kg，全磷3.54g/kg。
石膏：磷石膏(以下称为石膏-1)购自贵阳钢铁厂；脱硫石膏(以下称为石膏-2)购自无锡市宝螺建筑材料有限公司。
玉米秸秆通过商购得到。
各测试用试剂或药剂均购于国药集团。
在没有特别说明的情况下，以下每重量份表示1kg。
以下实施例均在河南省焦作市修武县的头道沟进行。
整平头道沟的赤泥堆场表面，并将其分为六个部分，分别标记为1号堆场、2号堆场、3号堆场、4号堆场、5号堆场、6号堆场。在1号堆场内修建沟渠，并在1号堆场内修建阻隔层，该阻隔层包括由下而上设置的碎石层、石膏层和秸秆层，其碎石层的厚度为10±2cm，碎石粒径小于或者等于5mm；石膏层的厚度为5±1cm，石膏为磷石膏；秸秆层的厚度为5±1cm，秸秆为玉米秸秆。其余各堆场以相同的步骤设计，不同之处列于表1中。
表1
| 堆场编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 是否修建沟渠 | 是 | 是 | 是 | 否 | 否 | 否 |
| 是否修建阻隔层 | 是 | 是 | 是 | 是 | 是 | 否 |
| 碎石层厚度/cm | 10±2 | 10±2 | 10±2 | 10±2 | 18±2 | - |
| 碎石块的粒径/mm | ≤5 | ≤5 | ≤5 | ≤5 | ≤5 | |
| 石膏层厚度/cm | 5±1 | 5±1 | 5±1 | 5±1 | 1±0.5 | - |
| 秸秆层厚度/cm | 5±1 | 5±1 | 5±1 | 5±1 | 1±0.5 | - |
实施例1
(1)酒糟破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的酒糟颗粒；
磷石膏破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的磷石膏颗粒；
将酒糟颗粒和磷石膏颗粒按重量比3.5:1混合均匀，制得赤泥改性剂；
(2)将赤泥改性剂与赤泥按重量比0.8:1混合均匀，得到混合物，将混合物铺设在1号堆场上，再在混合物表面铺设(5±1)cm后的玉米秸秆，在18-26℃的温度范围下静置陈化30天，静置陈化过程中每间隔3天进行一次洒水以保持混合物的含水量在60-65重量％之间，在洒水过程中对混合物的含水量进行多次检测，若含水量高于60重量％，停止洒水，若含水量低于60重量％，继续洒水提高其含水量。
实施例2
(1)甘蔗渣破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的甘蔗渣颗粒；
脱硫石膏破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的脱硫石膏颗粒；
将甘蔗渣颗粒和脱硫石膏颗粒按重量比2:1混合均匀，制得赤泥改性剂；
(2)将赤泥改性剂与赤泥按重量比0.6:1混合均匀，得到混合物，将混合物铺设在2号堆场上，再在混合物表面铺设(5±1)cm后的玉米秸秆，在18-24℃的温度范围下静置陈化20天，静置陈化过程中每间隔2天进行一次洒水以保持混合物的含水量在60-65重量％之间，在洒水过程中对混合物的含水量进行多次检测，若含水量高于60重量％，停止洒水，若含水量低于60重量％，继续洒水提高其含水量。
实施例3
(1)糠醛渣破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的糠醛渣颗粒；
磷石膏破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的磷石膏颗粒；
将糠醛渣颗粒和磷石膏颗粒按重量比5:1混合均匀，制得赤泥改性剂；
(2)将赤泥改性剂与赤泥按重量比1.2:1混合均匀，得到混合物，将混合物铺设在3号堆场上，再在混合物表面铺设(5±1)cm后的玉米秸秆，在18-28℃的温度范围下静置陈化40天，静置陈化过程中每间隔5天进行一次洒水以保持混合物的含水量在60-65重量％之间，在洒水过程中对混合物的含水量进行多次检测，若含水量高于60重量％，停止洒水，若含水量低于60重量％，继续洒水提高其含水量。
实施例4
(1)酒糟破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的酒糟颗粒；
磷石膏破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的磷石膏颗粒；
将酒糟颗粒和磷石膏颗粒按重量比8:1混合均匀，制得赤泥改性剂；
(2)将赤泥改性剂与赤泥按重量比0.4:1混合均匀，得到混合物，将混合物铺设在4号堆场上，再在混合物表面铺设(5±1)cm后的玉米秸秆，在18-26℃的温度范围下静置陈化30天，静置陈化过程中每间隔3天进行一次洒水以保持混合物的含水量在60-65重量％之间，在洒水过程中对混合物的含水量进行多次检测，若含水量高于60重量％，停止洒水，若含水量低于60重量％，继续洒水提高其含水量。
实施例5
(1)酒糟破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的酒糟颗粒；
磷石膏破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的磷石膏颗粒；
将酒糟颗粒和磷石膏颗粒按重量比1:1混合均匀，制得赤泥改性剂；
(2)将赤泥改性剂与赤泥按重量比1.5:1混合均匀，得到混合物，将混合物铺设在5号堆场上，再在混合物表面铺设(5±1)cm后的玉米秸秆，在18-26℃的温度范围下静置陈化30天，静置陈化过程中每间隔3天进行一次洒水以保持混合物的含水量在60-65重量％之间，在洒水过程中对混合物的含水量进行多次检测，若含水量高于60重量％，停止洒水，若含水量低于60重量％，继续洒水提高其含水量。
对比例
(1)酒糟破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的酒糟颗粒；
磷石膏破碎后经4目筛网筛选后得到粒径小于或者等于4.75毫米的磷石膏颗粒；
将酒糟颗粒和磷石膏颗粒按重量比1:1混合均匀，制得赤泥改性剂；
(2)将赤泥改性剂与赤泥按重量比1.5:1混合均匀，得到混合物，将混合物铺设在6号堆场上，并向混合物中投放蚯蚓，每平方米混合物中蚯蚓的投放量为5条，陈化30天，静置陈化过程中每间隔3天进行一次洒水以保持混合物的含水量在60-65重量％之间，在洒水过程中对混合物的含水量进行多次检测，若含水量高于60重量％，停止洒水，若含水量低于60重量％，继续洒水提高其含水量。
陈化结束后测取实施例1-5以及对比例中的赤泥的理化参数，如表2：
表2
| 有机质(g/kg) | 容重(g/cm<sup>3</sup>) | 碱性(pH) | 电导率(mS/cm) | |
| 实施例1 | 37.96±0.51 | 0.99 | 7.59±0.12 | 1.77±0.16 |
| 实施例2 | 37.59±0.35 | 1.06 | 7.78±0.23 | 1.84±0.18 |
| 实施例3 | 37.78±0.76 | 1.04 | 7.82±0.14 | 1.81±0.23 |
| 实施例4 | 36.47±0.46 | 1.13 | 8.23±0.31 | 2.35±0.34 |
| 实施例5 | 36.28±0.72 | 1.17 | 8.59±0.26 | 3.34±0.33 |
| 对比例 | 33.18±0.95 | 1.38 | 9.02±0.15 | 4.89±0.28 |
根据上表中实施例1-5和对比例数据对比可知，阻隔层能够有效阻隔阻隔层下方的土壤层的盐随毛细管作用上升到赤泥层，有效降低赤泥中的盐碱含量，从而防止种植在赤泥层的植被根系被高盐碱破坏，有利于植物的生长。而且，秸秆的铺设能够达到保湿以及稳定土温的作用，能够稳定堆场深层的盐，从而进一步阻隔盐碱的上移，进一步有效降低赤泥中的盐碱含量，而且能够提高赤泥中的微生物活性及菌种丰度，从而进一步增加赤泥中的有机质的含量，更有利于植物的生长，成本较低，经济有效。
在实施例1中30天改性后的赤泥上播撒草种，两个月后的植被生长如图1(a)和图(b)所示，四个月后的植被生长如图1(c)和图1(d)所示，从两个月与四个月植被生长状况来看，四个月植被的生长较为茂盛，在这两个月之间没有向改良区施加任何肥料，这说明本次改良中对营养物质的固定效果较好。而且，根据现场情况发现，本次阻隔赤泥返盐效果明显，改良后的赤泥表面没有出现泛“白霜”的现象，植被的生长状况也反映了没有出现因为盐含量过高出现阻碍植被生长的情况，反而在经过两个月后植被生长的更加茂盛。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种赤泥土壤化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)提供赤泥改性剂，所述赤泥改性剂含有酸性有机残渣和石膏；
(2)在赤泥堆场上修建阻隔层并将所述赤泥改性剂与赤泥混合得到的混合物堆放在所述阻隔层上，然后在所述混合物的表面铺设秸秆，静置陈化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸性有机残渣和所述石膏的重量比为1-8:1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述酸性有机残渣和所述石膏的重量比为2-5:1。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述赤泥改性剂的制备方法包括：将酸性有机残渣和石膏混合均匀；
优选地，所述酸性有机残渣选自酒糟、甘蔗渣、醋渣和糠醛渣中的至少一种；
所述石膏为磷石膏和/或脱硫石膏；
优选地，所述酸性有机残渣为经破碎处理的酸性有机残渣颗粒，所述有机酸性残渣颗粒的粒径小于或者等于5mm；
所述石膏为经破碎处理的石膏颗粒，所述石膏颗粒的粒径小于或者等于5mm。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括：在所述阻隔层的下方设置沟渠。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述阻隔层包括从上到下依次设置的秸秆层、石膏层和碎石层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述碎石层的厚度为6-14cm，所述石膏层的厚度是3-8cm，所述秸秆层的厚度为3-8cm；
优选地，所述碎石层中的碎石块的粒径为3-5mm。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述赤泥改性剂和所述赤泥的重量比为0.4-1.5:1；
优选地，所述赤泥改性剂和所述赤泥的重量比为0.6-1.2:1。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述秸秆的铺设厚度为2-8cm。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤(2)中：将赤泥与所述赤泥改性剂混合得到的混合物在静置陈化过程中洒水，使得所述混合物的含水量为60-65重量％；
所述静置陈化的温度为15-40℃，所述静置陈化的时间为20-40天；
优选地，所述洒水操作设有多次，相邻两次所述洒水操作的间隔时间为2-5天，洒水次数为1-2次。
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