CN112825643B - 一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，利用沼气工程所产生的沼渣沼液，通过预处理后作为肥料使用，在稀土尾矿种植能源作物，以生态修复技术实现对稀土尾矿的土壤进行改造。并且，此技术模式实现了“沼气站‑稀土尾矿生态域”的自我循环生存，创造其巨大的经济效益。同时，稀土尾矿连接能源作物的再加工再利用以及基于此技术模式治理下的其他边际效益。

Description

一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法
技术领域
本发明涉及新型农业生态治理技术领域，尤其涉及一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，通过利用沼气工程中沼渣沼液种植能源作物技术，实现对“沼渣沼液消化-能源作物种植-土壤生态修复-能源作物再利用”的生态能源农场模式。
背景技术
离子型稀土尾矿是指离子型稀土矿因开采所破坏和占用，停止开采后已经遭受到破坏，不经治理将无法使用的土地，它属于矿业废弃地的一种，开采方式多为露天开采，导致了生态植被、土壤、景观以及周边环境都受到了极大的破坏。典型的例子，我国赣州定南县稀土矿区，经开采后的土壤特性如下：（1）pH值：定南稀土矿区土壤为酸性极强土壤（pH<4.5，根据我国土壤酸碱度的等级划分标准），而一般作物适合在中性或微酸性土壤中生长，说明该地区土壤不适宜种植一般作物；（2）电导率（EC值）：一般情况下，土壤EC在400-1000µS/cm之间，定南稀土矿区土壤EC值过低，仅为53.02 μS/cm，表明土壤中可溶性盐离子的浓度过低，可用于植物吸收的养分含量过少；（3）养分：土壤有机质小于6 g/Kg，仅是我国土壤肥力等级的第六级，而全氮仅是第四级；（4）土壤C/N：该比值是衡量土壤质量的重要指标，我国陆地（0-10 cm）土壤C/N稳定在11.9左右，而定南稀土矿区土壤C/N仅为2.18；（5）重金属：根据《土壤环境质量标准》得出，定南稀土矿区中的重金属元素含量除了Zn和Pb含量稍高点，处于二级标准，其他均在一级标准，说明该土壤可用农业生产；（6）稀土元素：在17种稀土元素的总量在国家背景值的8倍左右，其中铈、镧、钇等三种元素最高，占比接近稀土元素总量的50%。综上所述，得出定南稀土矿区土壤养分含量极低，不适宜种植一般作物，需要改良。
传统的治理离子型尾矿植被被破坏、土壤盐碱化、地表水和地下水被污染、水土流失、山体滑坡等环境问题大多采用筑坝堆放与复土种植相结合的基本治理措施。其中筑坝堆放工程量大，复土因种植土壤有机质及其他营养物质贫瘠往往需要其他肥料供给，经济投入较多。再者，原有的改造模式较单一、生态循环性差和后期效益低。
因而，为了弥补现有模式的不足，本发明提供一种良性的循环并向外部辐射的生态链治理模式方法。以沼气工程为中心，利用沼渣沼液作为肥料种植能源作物修复尾矿土壤和生态环境，开发能源作物经济效益以及稀土尾矿生态人文价值。从而创造出发酵产物处理、土壤生态修复以及增加边际收益的可持续循环的修复模式。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，解决尾矿修复、沼渣沼液使用等问题。
本发明通过如下技术方案实现：一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，具体如下：
1．离子型稀土尾矿预处理：离子型稀土尾矿区域的坡度一般介于5。-35。之间，对坡度较陡的需要进行土地整改，并将离子型稀土尾矿表面进行30-50 cm深耕和修平，在此基础上才能进行植被恢复；对于已经水土流失严重的，比如沟蚀、面蚀、工程侵蚀水土流失的程度不相同，在离子型稀土尾矿内需要通过不同的工程技术组合来控制水土流失，主要措施分为土地平整、修筑截流沟、修筑防冲护岸等初步固定好土壤，然后再栽培作物。
2．能源作物的种植及土壤修复：筛选对稀土尾矿有较强适应性的能源植物，选择品种包括：杂交狼尾草，芒草，构树，商陆、皇竹草，经筛选，皇竹草根系发达，耐贫瘠环境较强，且其植被可用于畜牧养殖，作为能源植物用于本发明较为适宜。具体明细如下：
Figure 925488DEST_PATH_IMAGE001
．种子预处理：能源植物种子播种前晒种2-4天，然后将种子浸渍于1：2-4的沼渣、沼液混合溶液A中，同时将混合溶液温度调整为50-60℃，持续10-20min，然后缓慢加入沼液，使溶液温度降低至20-30℃，温水浸种持续8-12h即可；
Figure 419792DEST_PATH_IMAGE002
．播种：为了后期方便管理，采用条播的方式进行播种，在经上述方式预处理的离子型稀土尾矿上播种，具体按幅宽0.8-1.2m筑垄，垄间距约0.2-0.4m，垄高10-15cm，垄面平整后按行距为0.5m划播种沟，播种沟宽0.15m左右，播种量为每亩1-2kg，播种深度为4-8cm，播种后覆土2-3cm即可；
Figure 730687DEST_PATH_IMAGE003
．施肥：播种入土后即可施肥，选用沼渣、沼液混合物B作为肥料，肥料预处理，采用全覆盖方式进行施肥，即无需按条播路线，对整块稀土型尾矿进行喷淋式施肥，亩用量为500-1000kg沼渣、沼液混合溶液B；
Figure 204525DEST_PATH_IMAGE004
．管理：生长前期加强中耕除草，每隔4-7天适时浇水并每隔15-20天再次进行同分量沼渣、沼液混合溶液B施肥，当皇竹草株高80-200厘米时，即可刈割利用，每年刈割4-8次，并且每刈割一次，施一次肥料，每亩用300-500kg沼渣、沼液混合溶液B，期间每隔3个月进行土壤采集，并测试土壤相关参数，保存数据，待土壤有机质含量稳定在30-40g/kg即可对皇竹草整株收割，该区域稀土型尾矿即可进行栽种其它植被。
所述沼渣、沼液混合溶液B使用前预处理：将沼渣、沼液按质量比为1：10-15的比例混合，充分搅拌，加入混合物总质量的1-2%的重金属吸附剂，通入惰性气体如氩气使溶液保持循环，气体流速为1-3m/s；然后加入混合物总质量的1.5-2.5%的保肥剂，加纯水充分搅拌并调节溶液粘度至200-500cp即可。
所述重金属吸附剂为选用硅藻土7-10份、石墨粉1-3份、阿拉伯胶2-5份作为原料，草酸作为还原剂，制备多孔凝胶型重金属吸附剂，具体如下：取硅藻土与石墨粉按上述比例搅拌混匀，球磨致使粉末的粒径为50-100um，加10-15倍质量的水混合，以500-600rpm转速超声搅拌20-30min，得石墨粉-硅藻土混合悬浮液，取颗粒度均匀的上述质量份阿拉伯胶粉末加入其中，升温至60-70℃并以600-800rpm的转速搅拌20-30min，制得石墨粉-硅藻土-阿拉伯胶混合溶液，保持温度与搅拌速度不变，加入混合溶液质量5-10%的草酸溶液还原12-24h，自然冷却至常温，得凝胶混合液；将凝胶混合液放入冻干机中在-50~-80℃，真空度为10-20MPa的条件下冻干处理，冻干时间6-12h，即得重金属吸附剂。
所述保肥剂的制备如下：以萜烯树脂 4-7份、醋酸酯淀粉3-5份、水性聚氨酯 10-15份、聚乙烯醇 10-20份、十二烷基二甲基胺乙内酯 1-3份为原料，具体工艺参数：取上述重量份醋酸酯淀粉，加入10倍的水，加热至40-60℃并搅拌10-20min，加入聚乙烯醇，升温至75-80℃，充分搅拌后，冷至室温，再加入水性聚氨酯，充分搅拌30-40min；加入萜烯树脂和十二烷基二甲基胺乙内酯，超声并以2000-3000rpm的速度搅拌1-2h；静置4-8h即得保肥剂。
所述萜烯树脂是由α—蒎烯成分和β—蒎烯成分混合单体、甲苯、三氯化铝催化剂以质量比为6-8:2-5:1的比例经混合反应，并由200目筛网筛分制得的合成树脂。
所述醋酸酯淀粉由马铃薯淀粉经水溶解成35-45%的淀粉浆液，加入醋酸酐搅拌缓和反应，同时通过2-5%质量浓度的氢氧化钾溶液调节PH至8-10，再经洗涤、脱水、干燥、粉碎、筛分而得。
3．能源植物的再利用：以厌氧发酵为修复植物产后利用方式，构建混合发酵原料，优化其产能工艺，形成修复植物产后利用的绿色循环模式，比如牧草、甘蔗以及其他作物进行收割，加工成秸秆作为沼气站的发酵底物，或者加工为畜禽饲料、生物炭及造纸等的原材料，增加尾矿修复的经济效益。
4．进一步地，建立转化循环利用的生态能源工程以及周边项目，在尾矿修复的基础上，开展建立稀土尾矿博物馆及公园、生态果园、户外拓展、基于乡村民宿文化的旅游度假等创新模式改造，充分发挥稀土为矿区的生态以及人文价值。
本发明的优势在于：离子型稀土尾矿经开采后大都被荒废或是使用破坏性修复方法使土壤沙质化，严重破坏生态环境，利用沼渣沼液富含有机质和氮、磷、钾、多种微量元素、氨基酸、吲哚乙酸等，能为种植在离子型稀土尾矿上的能源作物提供养分，选用根系足的皇竹草作为能源作物，可以有效提升植被成活率，利用一定比例的沼渣、沼液混合溶液的黏性特征，使尾矿中的沙土粘结，配合使用保肥剂，有效的起到保水保肥的作用，进一步地，能源作物可用于畜禽饲料、发酵原料，形成“沼气站-稀土尾矿生态域”的自我循环生存，修复尾矿的同时，有效解决了沼渣沼液的排放问题，创造了巨大的经济效益。
为了使发明所述的一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的描述。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法的流程示意图。
具体实施例
选取我国江西省赣州市定南县某块离子型稀土尾矿区域作为实验基地，基地总面积20亩，该区域土壤性质如下：酸碱度PH值为4.43，电导率为53.02uS/cm，有机质含量为5.58g/kg，全氮含量为0.76g/kg，全磷含量为0.12g/kg，全钾含量13.57g/kg，C/N值为2.18，重金属Zn和铅的含量分别为0.585和0.623g/kg，稀土元素重量为987.45mg/kg，各项参数均未达到农用土壤的标准；该基地坡度为10。-20。，对坡度较陡的进行土地整改，将离子型稀土尾矿表面进行30-50cm深耕和修平，并对于已经水土流失严重的，比如沟蚀、面蚀、工程侵蚀水土流失的程度不相同，需要通过不同的工程技术组合来控制水土流失，主要措施分为土地平整、修筑截流沟、修筑防冲护岸等初步固定好土壤，将经预处理的实验基地均匀分为10块，并分别命名为基地1，基地2。。。基地10。
实施例1
一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，具体如下：
1．离子型稀土尾矿预处理：选取经预处理的基地1作为本实施例的实验基地进行修复实验；
2．能源作物的种植及土壤修复：筛选对稀土尾矿有较强适应性的能源植物，选择品种包括：杂交狼尾草、芒草、构树、商陆、皇竹草，经筛选，皇竹草根系发达，耐贫瘠环境较强，且其植被可用于畜牧养殖，作为能源植物用于本发明较为适宜。具体明细如下：
Figure 487739DEST_PATH_IMAGE001
．种子预处理：能源植物种子播种前晒种3天，然后将种子浸渍于质量比为1:3的沼渣、沼液混合溶液A中，同时将混合溶液温度调整为55℃，持续15min，然后缓慢加入沼液，使溶液温度降低至25℃，温水浸种持续10h即可；
Figure 372518DEST_PATH_IMAGE002
．播种：为了后期方便管理，采用条播的方式进行播种，在经上述方式预处理的离子型稀土尾矿上播种，具体按幅宽1.0m筑垄，垄间距约0.3m，垄高12cm，垄面平整后按行距为0.5m划播种沟，播种沟宽0.15m左右，播种量为每亩1.5kg，播种深度为6cm，播种后覆土3cm即可；
Figure 219645DEST_PATH_IMAGE003
．施肥：播种入土后即可施肥，选用沼渣、沼液混合溶液B作为肥料，肥料预处理，采用全覆盖方式进行施肥，即无需按条播路线，对整块稀土型尾矿进行喷淋式施肥，亩用量为800kg沼渣、沼液混合溶液B；
Figure 746441DEST_PATH_IMAGE004
．管理：生长前期加强中耕除草，每隔6天适时浇水并每隔18天再次进行施肥步骤同分量的沼渣、沼液混合溶液B施肥，当皇竹草株高150厘米左右时，即可刈割利用，每年刈割6次，并且每刈割一次，施一次肥料，每亩用400kg沼渣、沼液混合溶液B，期间每隔3个月进行土壤采集，并测试土壤相关参数，保存数据，待土壤有机质含量稳定在30-40g/kg即可对皇竹草整株收割，该区域稀土型尾矿即可进行栽种其它植被。
所述沼渣、沼液混合溶液B使用前预处理：将沼渣、沼液按质量比为1：12的比例混合，充分搅拌，加入混合物总质量的1.5%的重金属吸附剂，通入惰性气体如氩气使溶液保持循环，气体流速为2m/s；然后加入混合物总质量的2.0%的保肥剂，加纯水充分搅拌并调节溶液粘度至350cp即可。
所述重金属吸附剂为选用硅藻土9份、石墨粉2份、阿拉伯胶4份作为原料，草酸作为还原剂，制备多孔凝胶型重金属吸附剂，具体如下：取硅藻土与石墨粉按上述比例搅拌混匀，球磨致使粉末的粒径为80um，加12倍质量的水混合，以550rpm转速超声搅拌25min，得石墨粉-硅藻土混合悬浮液，取颗粒度均匀的上述质量份阿拉伯胶粉末加入其中，升温至65℃并以700rpm的转速搅拌25min，制得石墨粉-硅藻土-阿拉伯胶混合溶液，保持温度与搅拌速度不变，加入混合溶液质量7%的草酸溶液还原18h，自然冷却至常温，得凝胶混合液；将凝胶混合液放入冻干机中在-60℃，真空度为15MPa的条件下冻干处理，冻干时间8h，即得重金属吸附剂。
所述保肥剂的制备如下：以萜烯树脂 6份、醋酸酯淀粉4份、水性聚氨酯 12份、聚乙烯醇 15份、十二烷基二甲基胺乙内酯2份为原料，具体工艺参数：取上述重量份醋酸酯淀粉，加入10倍的水，加热至50℃并搅拌15min，加入聚乙烯醇，升温至77℃，充分搅拌后，冷却至室温，再加入水性聚氨酯，充分搅拌35min；加入萜烯树脂和十二烷基二甲基胺乙内酯，超声并以2500rpm的速度搅拌1.5h；静置6h即得保肥剂。
所述萜烯树脂是由α—蒎烯成分、β—蒎烯成分混合单体、甲苯、三氯化铝催化剂以质量比为7:4:1的比例经混合反应，并由200目筛网筛分制得的合成树脂。
所述醋酸酯淀粉由马铃薯淀粉经水溶解成40%的淀粉浆液，加入醋酸酐搅拌缓和反应，同时通过4%质量浓度的氢氧化钾溶液调节PH至9，再经洗涤、脱水、干燥、粉碎、筛分而得。
3．能源植物的再利用：以厌氧发酵为修复植物产后利用方式，构建混合发酵原料，优化其产能工艺，形成修复植物产后利用的绿色循环模式，比如牧草、甘蔗以及其他作物进行收割，加工成秸秆作为沼气站的发酵底物，或者加工为畜禽饲料、生物炭及造纸等的原材料，增加尾矿修复的经济效益。
4．进一步地，建立转化循环利用的生态能源工程以及周边项目，在尾矿修复的基础上，开展建立稀土尾矿博物馆及公园、生态果园、户外拓展、基于乡村民宿文化的旅游度假等创新模式改造，充分发挥稀土为矿区的生态以及人文价值。
实施例2
一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，具体如下：
1．离子型稀土尾矿预处理：选取经预处理的基地2作为本实施例的实验基地进行修复实验；
2．能源作物的种植及土壤修复：筛选对稀土尾矿有较强适应性的能源植物，选择品种包括：杂交狼尾草、芒草、构树、商陆、皇竹草，经筛选，皇竹草根系发达，耐贫瘠环境较强，且其植被可用于畜牧养殖，作为能源植物用于本发明较为适宜。具体明细如下：
Figure 493949DEST_PATH_IMAGE001
．种子预处理：能源植物种子播种前晒种2天，然后将种子浸渍于1:2沼渣、沼液混合溶液A中，同时将混合溶液温度调整为50℃，持续10min，然后缓慢加入沼液，使溶液温度降低至20℃，温水浸种持续8h即可；
Figure 690575DEST_PATH_IMAGE002
．播种：为了后期方便管理，采用条播的方式进行播种，在经上述方式预处理的离子型稀土尾矿上播种，具体按幅宽0.8m筑垄，垄间距约0.2m，垄高10cm，垄面平整后按行距为0.5m划播种沟，播种沟宽0.15m左右，播种量为每亩1kg，播种深度为4cm，播种后覆土2cm即可；
Figure 772800DEST_PATH_IMAGE003
．施肥：播种入土后即可施肥，选用质量比为沼渣、沼液混合溶液B作为肥料，肥料预处理，采用全覆盖方式进行施肥，即无需按条播路线，对整块稀土型尾矿进行喷淋式施肥，亩用量为500kg沼渣、沼液混合溶液B；
Figure 86976DEST_PATH_IMAGE004
．管理：生长前期加强中耕除草，每隔4天适时浇水并每隔15天再次进行施肥步骤同分量的沼渣、沼液混合溶液B施肥，当皇竹草株高80厘米时，即可刈割利用，每年刈割4次，并且每刈割一次，施一次肥料，每亩用300kg沼渣、沼液混合溶液B，期间每隔3个月进行土壤采集，并测试土壤相关参数，保存数据，待土壤有机质含量稳定在30-40g/kg即可对皇竹草整株收割，该区域稀土型尾矿即可进行栽种其它植被。
所述沼渣、沼液混合溶液使用前预处理：将沼渣、沼液按质量比为1：10的比例混合，充分搅拌，加入混合物总质量的1%的重金属吸附剂，通入惰性气体如氩气使溶液保持循环，气体流速为1m/s；然后加入混合物总质量的1.5%的保肥剂，加纯水充分搅拌并调节溶液粘度至200cp即可。
所述重金属吸附剂为选用硅藻土10份、石墨粉3份、阿拉伯胶5份作为原料，草酸作为还原剂，制备多孔凝胶型重金属吸附剂，具体如下：取硅藻土与石墨粉按上述比例搅拌混匀，球磨致使粉末的粒径为100um，加15倍质量的水混合，以600rpm转速超声搅拌30min，得石墨粉-硅藻土混合悬浮液，取颗粒度均匀的上述质量份阿拉伯胶粉末加入其中，升温至70℃并以800rpm的转速搅拌30min，制得石墨粉-硅藻土-阿拉伯胶混合溶液，保持温度与搅拌速度不变，加入混合溶液质量10%的草酸溶液还原24h，自然冷却至常温，得凝胶混合液；将凝胶混合液放入冻干机中在-80℃，真空度为20MPa的条件下冻干处理，冻干时间12h，即得重金属吸附剂。
所述保肥剂的制备如下：以萜烯树脂7份、醋酸酯淀粉5份、水性聚氨酯15份、聚乙烯醇20份、十二烷基二甲基胺乙内酯3份为原料，具体工艺参数：取上述重量份醋酸酯淀粉，加入10倍的水，加热至60℃并搅拌20min，加入聚乙烯醇，升温至80℃，充分搅拌后，冷却至室温，再加入水性聚氨酯，充分搅拌40min；加入萜烯树脂和十二烷基二甲基胺乙内酯，超声并以3000rpm的速度搅拌2h；静置8h即得保肥剂。
所述萜烯树脂是由α—蒎烯成分和β—蒎烯成分混合单体、甲苯、三氯化铝催化剂以质量比为6:2:1的比例经混合反应，并由200目筛网筛分制得的合成树脂。
所述醋酸酯淀粉由马铃薯淀粉经水溶解成45%的淀粉浆液，加入醋酸酐搅拌缓和反应，同时通过5%质量浓度的氢氧化钾溶液调节PH至10，再经洗涤、脱水、干燥、粉碎、筛分而得。
3．能源植物的再利用：以厌氧发酵为修复植物产后利用方式，构建混合发酵原料，优化其产能工艺，形成修复植物产后利用的绿色循环模式，比如牧草、甘蔗以及其他作物进行收割，加工成秸秆作为沼气站的发酵底物，或者加工为畜禽饲料、生物炭及造纸等的原材料，增加尾矿修复的经济效益。
4．进一步地，建立转化循环利用的生态能源工程以及周边项目，在尾矿修复的基础上，开展建立稀土尾矿博物馆及公园、生态果园、户外拓展、基于乡村民宿文化的旅游度假等创新模式改造，充分发挥稀土为矿区的生态以及人文价值。
实施例3
一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，具体如下：
1．离子型稀土尾矿预处理：选取经预处理的基地3作为本实施例的实验基地进行修复实验；
2．能源作物的种植及土壤修复：筛选对稀土尾矿有较强适应性的能源植物，选择品种包括：杂交狼尾草、芒草、构树、商陆、皇竹草，经筛选，皇竹草根系发达，耐贫瘠环境较强，且其植被可用于畜牧养殖，作为能源植物用于本发明较为适宜。具体明细如下：
Figure 79203DEST_PATH_IMAGE001
．种子预处理：能源植物种子播种前晒种4天，然后将种子浸渍于质量比为1:4的沼渣、沼液混合溶液A中，同时将混合溶液温度调整为60℃，持续20min，然后缓慢加入沼液，使溶液温度降低至30℃，温水浸种持续12h即可；
Figure 836943DEST_PATH_IMAGE002
．播种：为了后期方便管理，采用条播的方式进行播种，在经上述方式预处理的离子型稀土尾矿上播种，具体按幅宽1.2m筑垄，垄间距约0.4m，垄高15cm，垄面平整后按行距为0.5m划播种沟，播种沟宽0.15m左右，播种量为每亩2kg，播种深度为8cm，播种后覆土3cm即可；
Figure 891618DEST_PATH_IMAGE003
．施肥：播种入土后即可施肥，选用沼渣、沼液混合溶液B作为肥料，肥料预处理，采用全覆盖方式进行施肥，即无需按条播路线，对整块稀土型尾矿进行喷淋式施肥，亩用量为1000kg沼渣、沼液混合溶液B；
Figure 494637DEST_PATH_IMAGE004
．管理：生长前期加强中耕除草，每隔7天适时浇水和并每隔20天再次进行施肥步骤同分量的沼渣、沼液混合溶液B施肥，当皇竹草株高200厘米时，即可刈割利用，每年刈割8次，并且每刈割一次，施一次肥料，每亩用500kg沼渣、沼液混合溶液B，期间每隔3个月进行土壤采集，并测试土壤相关参数，保存数据，待土壤有机质含量稳定在30-40g/kg即可对皇竹草整株收割，该区域稀土型尾矿即可进行栽种其它植被。
所述沼渣、沼液混合溶液B使用前预处理：将沼渣、沼液按质量比为1：15的比例混合，充分搅拌，加入混合物总质量的2%的重金属吸附剂，通入惰性气体如氩气使溶液保持循环，气体流速为3m/s；然后加入混合物总质量的2.5%的保肥剂，加纯水充分搅拌并调节溶液粘度至500cp即可。
所述重金属吸附剂为选用硅藻土7份、石墨粉1份、阿拉伯胶2份作为原料，草酸作为还原剂，制备多孔凝胶型重金属吸附剂，具体如下：取硅藻土与石墨粉按上述比例搅拌混匀，球磨致使粉末的粒径为50um，加10倍质量的水混合，以500rpm转速超声搅拌20min，得石墨粉-硅藻土混合悬浮液，取颗粒度均匀的上述质量份阿拉伯胶粉末加入其中，升温至60℃并以600rpm的转速搅拌20-30min，制得石墨粉-硅藻土-阿拉伯胶混合溶液，保持温度与搅拌速度不变，加入混合溶液质量5%的草酸溶液还原12h，自然冷却至常温，得凝胶混合液；将凝胶混合液放入冻干机中在-50℃，真空度为10MPa的条件下冻干处理，冻干时间6h，即得重金属吸附剂。
所述保肥剂的制备如下：以萜烯树脂 4份、醋酸酯淀粉3份、水性聚氨酯 10份、聚乙烯醇 10份、十二烷基二甲基胺乙内酯 1份为原料，具体工艺参数：取上述重量份醋酸酯淀粉，加入10倍的水，加热至40℃并搅拌10min，加入聚乙烯醇，升温至75℃，充分搅拌后，冷却至室温，再加入水性聚氨酯，充分搅拌30min；加入萜烯树脂和十二烷基二甲基胺乙内酯，超声并以2000rpm的速度搅拌1h；静置4h即得保肥剂。
所述萜烯树脂是由α—蒎烯成分和β—蒎烯成分混合单体、甲苯、三氯化铝催化剂以质量比为8:5:1的比例经混合反应，并由200目筛网筛分制得的合成树脂。
所述醋酸酯淀粉由马铃薯淀粉经水溶解成35%的淀粉浆液，加入醋酸酐搅拌缓和反应，同时通过2%质量浓度的氢氧化钾溶液调节PH至8，再经洗涤、脱水、干燥、粉碎、筛分而得。
3．能源植物的再利用：以厌氧发酵为修复植物产后利用方式，构建混合发酵原料，优化其产能工艺，形成修复植物产后利用的绿色循环模式，比如牧草、甘蔗以及其他作物进行收割，加工成秸秆作为沼气站的发酵底物，或者加工为畜禽饲料、生物炭及造纸等的原材料，增加尾矿修复的经济效益。
4．进一步地，建立转化循环利用的生态能源工程以及周边项目，在尾矿修复的基础上，开展建立稀土尾矿博物馆及公园、生态果园、户外拓展、基于乡村民宿文化的旅游度假等创新模式改造，充分发挥稀土为矿区的生态以及人文价值。
实施例4
一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，选取经预处理的基地4作为实验基地，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，其中所述保肥剂为混合物总质量的1%；
其余同实施例1。
实施例5
一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，选取经预处理的基地5作为实验基地，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，其中所述保肥剂为混合物总质量的2.0%，具体制备如下：以萜烯树脂 3份、醋酸酯淀粉2份、水性聚氨酯 9份、聚乙烯醇 9份、十二烷基二甲基胺乙内酯 1份为原料，具体工艺参数：取上述重量份醋酸酯淀粉，加入10倍的水，加热至50℃并搅拌15min，加入聚乙烯醇，升温至78℃，充分搅拌后，冷至室温，再加入水性聚氨酯，充分搅拌35min；加入萜烯树脂和十二烷基二甲基胺乙内酯，超声并以2500rpm的速度搅拌1.5h；静置6h即得保肥剂。
其余同实施例1。
实施例6
一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，选取经预处理的基地6作为实验基地，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，其中所述保肥剂为混合物总质量的2.0%，具体制备如下：以萜烯树脂 8份、醋酸酯淀粉6份、水性聚氨酯 16份、聚乙烯醇 22份、十二烷基二甲基胺乙内酯4份为原料，具体工艺参数：取上述重量份醋酸酯淀粉，加入10倍的水，加热至50℃并搅拌15min，加入聚乙烯醇，升温至78℃，充分搅拌后，冷至室温，再加入水性聚氨酯，充分搅拌35min；加入萜烯树脂和十二烷基二甲基胺乙内酯，超声并以2500rpm的速度搅拌1.5h；静置6h即得保肥剂。
其余同实施例1。
实施例7
一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，选取经预处理的基地7作为实验基地，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，其中沼渣、沼液混合溶液使用前预处理步骤中沼渣沼液混合溶液的低于200cp；
其余同实施例1。
实施例8
一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，选取经预处理的基地8作为实验基地，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，其中沼渣、沼液混合溶液使用前预处理步骤中沼渣沼液混合溶液的高于500cp；
其余同实施例1。
实施例9
一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，选取经预处理的基地9作为实验基地，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，采用市场在售的普通化肥作为肥料替代沼渣沼液的混合溶液使用；
其余同实施例1。
实施例10
一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，选取经预处理的基地10作为实验基地，通过离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用等一系列有效措施实现，采用灌溉水替代沼渣沼液的混合溶液使用；
其余同实施例1。
试验1：离子型稀土尾矿修复前后参数对比
以五年期为限，通过本发明各实施例一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法修复后，对离子型稀土尾矿的各项参数多次测试去平均值，对比修复前的变化如表1、表2：
表1 离子型稀土尾矿治理前后参数情况表
Figure 718202DEST_PATH_IMAGE005
从上述表格可以得出，本发明实施例对离子型稀土尾矿治理修复效果明显，尤其以实施例1最佳，通过对比实施例1、9，可以明显看出化肥与沼渣沼液混合溶液分别作肥料后尾矿土壤的参数差异，说明仅通过化肥施用是无法起到有效的修复作用，沼渣沼液混合溶液独有的粘度特性以及根系发达的能源作物的保肥作用起到关键的作用，此外，修复前重金属中的Zn、Pb含量超标，经修复后可达到至少二级土壤标准。
表2 离子型稀土尾矿治理前后稀土元素含量（mg/kg）情况对比
Figure 115685DEST_PATH_IMAGE007
综合对比上表2中尾矿土修复前后稀土元素含量变化，可以发现，本发明提供的方法效果显著，各稀土元素含量以及总量均有明显下降，以实施例1、2、3效果较优，尤其以实施例1效果最佳；对比实施例1与实施例9、10，传统化肥以及农用灌溉水对与稀土尾矿的修复微乎其微。
试验2：鲜叶片的参数测定对比
以五年期为限，通过本发明各实施例一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法处理后的能源作物，生长状况均有不同，通过对鲜叶片的各项参数多次测定取平均值，对比差异性，具体如表3、4：
表3 叶绿素含量测定情况表
Figure 47869DEST_PATH_IMAGE008
表4 植物生长情况表
Figure DEST_PATH_IMAGE009
通过上述表3、4的参数可以明显得出，本发明方法作用明显，尤其是实施例1、9、10对比，沼渣沼液混合溶液的施用效果明显，不仅能改善土壤，而且能有效的促进对能源作物的生长，提升能源作物的各项指标，且不会有它负面影响。

Claims (4)

1.一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，其特征在于：包括离子型稀土尾矿预处理、能源作物种植及土壤生态修复、能源作物再利用；
所述离子型稀土尾矿预处理：离子型稀土尾矿区域的坡度一般介于5-35 °之间，对坡度较陡的需要进行土地整改，并将离子型稀土尾矿表面进行30-50 cm深耕和修平，在此基础上才能进行植被恢复；对于已经水土流失严重的，根据沟蚀、面蚀、工程侵蚀水土流失的程度不相同，在离子型稀土尾矿内需要通过不同的工程技术组合来控制水土流失，初步固定好土壤，措施分为土地平整、修筑截流沟、修筑防冲护岸，然后再栽培作物；
所述能源作物种植及土壤生态 修复：筛选对稀土尾矿有较强适应性的能源植物，选择品种包括杂交狼尾草、芒草、构树、商陆、皇竹草，经筛选，皇竹草根系发达，耐贫瘠环境较强，且其植被可用于畜牧养殖，作为能源植物较为适宜，具体如下：
种子预处理：能源植物种子播种前晒种2-4天，然后将种子浸渍于质量比为1：2-4的沼渣、沼液混合溶液A中，同时将混合溶液温度调整为50-60℃，持续10-20min，然后缓慢加入沼液，使溶液温度降低至20-30℃，温水浸种持续8-12h即可进行催芽；
播种：为了后期方便管理，采用条播的方式进行播种，在经上述方式预处理的离子型稀土尾矿上播种，具体按幅宽0.8-1.2m筑垄，垄间距0.2-0.4m，垄高10-15cm，垄面平整后按行距为0.5m划播种沟，播种沟宽0.15m左右，播种量为每亩1-2kg，播种深度为4-8cm，播种后覆土2-3cm即可；
施肥：播种入土后即可施肥，选用沼渣、沼液混合溶液B作为肥料，肥料预处理，采用全覆盖方式进行施肥，即无需按条播路线，对整块稀土型尾矿进行喷淋式施肥，亩用量为500-1000kg沼渣、沼液混合溶液B；
管理：生长前期加强中耕除草，每隔4-7天适时浇水和并每隔15-20天再次进行同分量的沼渣、沼液混合溶液B施肥，当皇竹草株高80-200厘米时，即可刈割利用，每年刈割4-8次，并且每刈割一次，施一次肥料，每亩用300-500kg沼渣、沼液混合溶液B，期间每隔3个月进行土壤采集，并测试土壤相关参数，保存数据，待土壤有机质含量稳定在30-40g/kg即可对皇竹草整株收割，该区域稀土型尾矿即可进行栽种其它植被；
所述沼渣、沼液混合溶液B使用前预处理：将沼渣、沼液按质量比为1：10-15的比例混合，充分搅拌，加入混合物总质量的1-2%的重金属吸附剂，通入惰性气体使溶液保持循环，气体流速为1-3m/s；然后加入混合物总质量的1.5-2.5%的保肥剂，加纯水充分搅拌并调节溶液粘度至200-500cp，并对混合溶液的参数进行测试，最终保持混合溶液中有机物含量0.6％-1.0％、总氮0.5％-0.8％、总磷0.05％-0.10％、总钾0.1％-0.5％、pH值为6-7.5；
所述重金属吸附剂为选用硅藻土7-10份、石墨粉1-3份、阿拉伯胶2-5份作为原料，草酸作为还原剂，制备多孔凝胶型重金属吸附剂，具体如下：取硅藻土与石墨粉按上述比例搅拌混匀，球磨致使粉末的粒径为50-100um，加10-15倍质量的水混合，以500-600rpm转速超声搅拌20-30min，得石墨粉-硅藻土混合悬浮液，取颗粒度均匀的上述质量份阿拉伯胶粉末加入其中，升温至60-70℃并以600-800rpm的转速搅拌20-30min，制得石墨粉-硅藻土-阿拉伯胶混合溶液，保持温度与搅拌速度不变，加入混合溶液质量5-10%的草酸溶液还原12-24h，自然冷却至常温，得凝胶混合液；将凝胶混合液放入冻干机中在-50-80℃，真空度为10-20MPa的条件下冻干处理，冻干时间6-12h，即得重金属吸附剂；
所述保肥剂的制备如下：以萜烯树脂 4-7份、醋酸酯淀粉3-5份、水性聚氨酯 10-15份、聚乙烯醇 10-20份、十二烷基二甲基胺乙内酯 1-3份为原料，具体工艺参数：取上述重量份醋酸酯淀粉，加入10倍的水，加热至40-60℃并搅拌10-20min，加入聚乙烯醇，升温至75-80℃，充分搅拌后，冷却至室温，再加入水性聚氨酯，充分搅拌30-40min；加入萜烯树脂和十二烷基二甲基胺乙内酯，超声并以2000-3000rpm的速度搅拌1-2h；静置4-8h即得保肥剂。
2.如权利要求1所述一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，其特征在于：所述能源作 物再利用：以厌氧发酵为修复植物产后利用方式，构建混合发酵原料，优化其产能工艺，形成修复植物产后利用的绿色循环模式，将修复植物进行收割，加工成秸秆作为沼气站的发酵底物，或者加工为畜禽饲料、生物炭及造纸的原材料，增加尾矿修复的经济效益，进一步地，建立转化循环利用的生态能源工程以及周边项目，在尾矿修复的基础上，开展建立稀土尾矿博物馆及公园、生态果园、户外拓展、基于乡村民宿文化的旅游度假创新模式改造，充分发挥稀土为矿区的生态以及人文价值。
3.如权利要求1所述一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，其特征在于：所述萜烯树脂是由α—蒎烯成分和β—蒎烯成分混合单体、甲苯、三氯化铝催化剂以质量比为6-8:4-7:1的比例经混合反应，并由200目筛网筛分制得的合成树脂。
4.如权利要求1所述一种基于沼气工程的离子型稀土尾矿治理的方法，其特征在于：所述醋酸酯淀粉由马铃薯淀粉经水溶解成35-45%的淀粉浆液，加入醋酸酐搅拌缓和反应，同时通过2-5%质量浓度的氢氧化钾溶液调节PH至8-10，再经洗涤、脱水、干燥、粉碎、筛分而得。
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