CN112934947B - 一种矿业废弃地的生态修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿业废弃地的生态修复方法，属于矿山生态修复技术领域，解决了现有矿业废弃地修复方法存在成本高、不可持续以及可能造成二次污染的问题。该生态修复方法包括：步骤1、将废弃生物质进行破碎并进行水热碳化，对水热碳化产物进行固液分离，得到固态水热碳和水热碳液；步骤2、将固态水热碳加入到营养液中进行富营养化，得到富营养化水热碳；步骤3、将富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂和诱发剂混合并进行聚合反应，得到改良剂；步骤4、将改良剂加入到矿业废弃地土壤中，种植植物以进行生态修复。本发明利用废弃生物质制备出绿色高效的改良剂，提供了一种环境友好、可持续性的矿业废弃地生态修复方法。

Description

一种矿业废弃地的生态修复方法

技术领域

本发明涉及矿山生态修复技术领域，具体涉及一种矿业废弃地的生态修复方法。

背景技术

随着社会的发展和工业化进程的加速，数量巨大多种矿物被开采。矿物开采过程中会产生大量矿业废弃地，例如退化矿山场地和矿物加工尾矿。矿业废弃地成因很多，包括剥离表土堆积而成、岩石碎块和低品位矿石堆积形成、尾矿堆积形成、受采矿影响而无法利用开发的土地等。矿山开采造成生态破坏的关键是土地退化，即废弃地土壤理化性质变坏、养分丢失及土壤中有毒有害物质的增加。场地改良是矿业废弃地修复的重要环节。

矿业废弃地修复的措施包括：①异地取土措施，在不破坏异地土壤的前提下，移取异地土壤到废弃地，在土壤上种植植物，通过植物生长对受损场地进行生态修复；②场地增肥改良措施，添加有效物质，使场地土壤的物理化学性质得到改良，促进植物生长，缩短植被演替过程，加快矿业废弃地的生态重建。

需要说明的是，上述第一种措施成本相对较高，并且需要大量的优质土壤，并且土壤移置后如果没有得到良好的生态修复，可能造成优质土壤的退化或污染。第二种措施一般通过添加一些化学养分，存在成本高、不可持续以及可能的二次污染等问题。因此，开发绿色环保的生态修复方法，对矿业废弃地的生态重建和环境修复具有重要意义，也是目前亟待解决的问题。

生物碳是一种生物质碳化得到多孔、富碳的固体材料，作为改良剂具有改善土壤、提高作物产量的效果。然而，生物碳自身的养分含量有限，并且并没有显著的保水效果，应用于矿山场地修复，例如矿业废弃地，具有很大局限性。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种生态修复方法，用以解决现有矿业废弃地修复方法存在成本高、不可持续以及可能的二次污染等问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种矿业废弃地的生态修复方法，包括如下步骤：

步骤1、将废弃生物质进行破碎，将破碎的废弃生物质进行水热碳化，对水热碳化产物进行固液分离，得到固态水热碳和水热碳液；

步骤2、将固态水热碳加入到营养液中进行富营养化，将富营养产物进行固液分离和干燥处理，得到富营养化水热碳；

步骤3、将富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂和诱发剂充分混合并进行聚合反应，将生成的聚合产物进行清洗、干燥和破碎，得到改良剂；

步骤4、将改良剂加入到矿业废弃地土壤中，种植植物以进行生态修复。

进一步地，在步骤1中，废弃生物质包括秸秆、木屑、果皮、甘蔗渣、椰壳、竹子、落叶和牲畜粪便中的一种或多种。

进一步地，在步骤1中，破碎后的废弃生物质的粒径小于0.074mm。

进一步地，在步骤1中，水热碳化时，破碎的废弃生物质与水的质量比为1:1-1:5；

水热碳化温度为160-320℃，水热碳化时间为60-300min；

进一步地，在步骤1中，水热碳液进行循环利用。

进一步地，在步骤2中，营养液中的营养物质为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸镁、过磷酸钙、硝酸铵、尿素中的一种或多种；

上述营养液的质量浓度为800-1600mg/L。

进一步地，在步骤2中，富营养产物干燥时的温度低于70℃。

进一步地，在步骤3中，吸水性矿物包括蒙脱石、膨润土中的一种或两种；

生物大分子包括羧甲基纤维素、羟已基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、天然淀粉、酸处理天然淀粉、氧化天然淀粉、酯化天然淀粉、醚化天然淀粉中的一种或多种。

进一步地，在步骤3中，吸水剂单体包括丙烯酸、丙烯酰胺中的一种或两种；

交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺；

诱发剂包括过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的一种或多种。

进一步地，在步骤3中，聚合反应过程为：将富营养化水热碳、吸水性矿物和生物大分子加入到水中，超声处理10-30min，得到混合溶液；

将混合溶液加入到反应容器中进行搅拌，并通入氮气20-60min；然后将混合溶液加热到50-60℃时，加入诱发剂，反应5-15min；最后升温到65-75℃，加入吸水剂单体和交联剂溶液，反应90-240min，完成聚合反应。

进一步地，在步骤3中，富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂和诱发剂进行聚合反应的添加量质量比为：50:10-30:50-100:50-80:5-15:5-10。

进一步地，在步骤3中，依次用质量浓度为0.1-0.5mol/L的氢氧化钠溶液、质量浓度为10-50％乙醇水溶液和水清洗聚合产物，并将聚合产物在低于70℃条件下进行干燥和破碎，得到改良剂；

所述改良剂的粒径小于0.1mm。

进一步地，在步骤4中，矿业废弃地的土壤中，土壤粒径为 0.4-0.15mm、0.15-0.08mm、<0.08mm的占比分别为5～25％、30～50％、 35～55％；

改良剂的质量添加量为2％-15％。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)与现有技术相比，本发明提供的生态修复方法，利用资源丰富、成本低、可再生的废弃生物质为原料，采用的水热碳化处理手段对废弃生物质原料的湿度要求低，水热碳化可以直接采用湿废弃生物质，避免废弃生物质的干燥过程。水热碳化得到的固态水热碳表面官能团丰富；利用固态水热碳制备的富营养水热碳具有良好的肥效和缓释作用，进而使制备的改良剂具有良好的肥效、持水性，能够高效地改善矿业废弃地土壤的养分、持水性等性质，促进植物生长，达到生态修复的目的。

(2)水热碳化过程将废弃生物质部分组分热分解(废弃生物质中的有机碳水化合物进行热分解，少量的矿物质成分或称灰分会进入到水热碳液中)，农业废弃生物质转化为表面含有大量官能团的固态水热碳，表面官能团有利于在制备富营养水热碳时通过化学吸附将氮、磷、钾、镁等养分固定于固态水热碳中，以增加养分的缓释效果。

(3)添加的吸水性矿物价格低、资源丰富、吸水性好、环境友好等优势，并且蒙脱石、膨润土具有良好的离子交换能力，矿物含有的钠、钙等离子能够作为植物生长所需养分。

(4)本发明制备的改良剂兼顾肥效和保水能力，显著提高改善矿业废弃地土壤促进植物生长，并且改良剂通过添加生物大分子从而具有良好的可降解性，与生物炭相比，本发明制备的改良剂具有丰富的养分、养分缓释效果和保水能力。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为矿业废弃地的生态修复方法的流程示意图；

图2为固态水热碳的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种矿业废弃地的生态修复方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、将废弃生物质进行破碎，然后将破碎的废弃生物质进行水热碳化，对水热碳化产物进行固液分离，得到固态水热碳；

步骤2、将固态水热碳加入到营养液中进行富营养化，然后进行固液分离和干燥处理，得到富营养化水热碳；

步骤3、将富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂和诱发剂充分混合并进行聚合反应，聚合反应结束后进行产物分离，将聚合产物进行清洗、干燥和破碎，得到改良剂；

步骤4、将改良剂加入到矿业废弃地土壤中，然后种植植物以进行土壤修复。

与现有技术相比，本发明提供的生态修复方法，利用资源丰富、成本低、可再生的废弃生物质为原料，采用的水热碳化处理手段对废弃生物质原料的湿度要求低，水热碳化可以直接采用湿废弃生物质，避免废弃生物质的干燥过程。水热碳化得到的固态水热碳表面官能团丰富；利用固态水热碳制备的富营养水热碳具有良好的肥效和缓释作用，进而使制备的改良剂具有良好的肥效、持水性，能够高效地改善矿业废弃地土壤的养分、持水性等性质，促进植物生长，达到生态修复的目的。

需要说明的是，本发明涉及的矿业废弃地包括矿山开采过程剥离表层土壤的裸露场地、岩石碎块堆放场地、煤矸石等低品位矿石堆积场地以及煤、石墨、硫磺、滑石和铁、铜、锌等金属矿选矿尾矿堆场。

在步骤1中，废弃生物质具体包括秸秆、木屑、果皮、甘蔗渣、椰壳、竹子、落叶、牲畜粪便中的一种或多种，破碎后废弃生物质的粒径为小于0.074mm。本发明采用的废弃物生物质原料便宜、来源广、可再生且环境友好，将废弃生物质进行水热碳化处理，水热碳化可以直接处理湿废弃生物质，避免废弃生物质的干燥过程。

在步骤1中，水热碳化过程中废弃生物质与水的质量比为1:1-1:5，水热碳化温度为160-320℃，水热碳化时间为60-300min，对水热碳化产物进行固液分离，固液分离的方式为机械过滤或离心分离，得到固态水热碳和水热碳液；分离得到的水热碳液可以循环使用，即将水热碳液输送入反应装置如反应釜内，参与水热碳化反应。

水热碳化过程将废弃生物质部分组分热分解，农业废弃生物质转化为表面含有大量官能团的固态水热碳，固态水热碳的红外光谱图如图2 所示，红外光谱图表明固态水热碳表面含有丰富的含氧官能团，含氧官能团(例如羧基和羟基)的氢能够被钾、镁、钙、铵取代，进而通过化学作用将营养元素附着于水热碳上，以增加养分的缓释效果。其中，废弃生物质部分组分热分解是指废弃生物质中的有机碳水化合物(含量 90％以上)进行热分解，少量的矿物质成分(或者称为灰分，一般含量小于5％)例如硅、钙、镁盐等在水热碳化过程中会进入到液相中，有机碳水化合物转化成固态水热碳。

在步骤2中，营养液中的溶质为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸镁、过磷酸钙、硝酸铵、尿素中的一种或多种，营养液的浓度为800-1600mg/L；富营养化产物的干燥温度低于70℃。

现有技术一般采用包裹法将养分包裹于特定材料中，本发明利用水热碳含有的大量官能团，通过吸附作用将营养元素固定到水热碳上达到肥效缓释的作用。具体地，本发明采用含有氮、磷、钾、镁、钙的营养物质配置营养液，是因为氮、磷、钾、镁、钙均为植物生长所需的养分，另外，本发明制备的固态水热碳相对于现有技术常用的热解法制备的生物炭具有更多表面官能团，因而对营养元素具有更强的吸附作用，使得营养液的溶质磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸镁、过磷酸钙、硝酸铵、尿素与固态水热碳表面的官能团具有良好的吸附作用，进而能够较好的吸附在固态水热碳表面，以达到肥效缓释的作用。

在上述步骤2中，将营养液的浓度控制在800-1600mg/L是因为：营养液的浓度低于800mg/L会使水热碳吸附的养分较少；当营养液的浓度大于1600mg/L时，在该浓度下固态水热碳表面达到饱和吸附，不会进一步增加吸附量，另外表面附着的养分容易在使用时流失，从而无法达到缓释的效果。

在上述步骤3中，吸水性矿物包括蒙脱石、膨润土中的一种或两种 (两者的混合物)；本发明添加的吸水性矿物价格低、资源丰富、吸水性好、环境友好等优势，并且蒙脱石和膨润土具有良好的离子交换能力，吸水性矿物中含有的钠、钙等离子能够作为植物生长所需养分。

在上述步骤3中，生物大分子包括羧甲基纤维素、羟已基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、天然淀粉、酸处理天然淀粉、氧化天然淀粉、酯化天然淀粉、醚化天然淀粉中的一种或多种。本发明通过添加生物大分子参与聚合反应使得到的聚合产物具有良好的生物降解性，从而保证得到的聚合产物能够被生物降解。

在上述步骤3中，本发明采用的吸水剂单体包括丙烯酸、丙烯酰胺中的一种或两者的混合物；当进行聚合反应时，吸水剂单体丙烯酸聚合得到聚丙烯酸，吸水剂单体丙烯酰胺聚合得到聚丙烯酰胺，聚丙烯酸和聚丙烯酰胺均具有非常好的吸水效果，能够保证聚合产物具有良好的持水性；但由于聚丙烯酸、聚丙烯酰胺生物降解性差，本发明同时加入生物大分子进行聚合反应，确保得到的聚合物具有良好的生物降解性，避免由于吸水剂单体难于降解而导致土壤修复可能造成污染。

需要说明的是，通过交联作用生物大分子和吸水剂单体发生交联反应形成聚合物，该聚合物具有良好的吸水性；本发明添加生物大分子与吸水剂单体交联反应相比于吸水剂单体直接交联得到的聚合物具有更好的生物降解性，用于土壤具有环境友好特点，交联反应过程富营养化水热碳和吸水性矿物被包裹于聚合物中，使得改良剂具有更好的吸水性和肥效。

在上述步骤3中，本发明采用的交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺；本发明采用的诱发剂包括过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或多种。诱发剂在聚合反应中产生具有强氧化性的硫酸根自由基，通过氧化和活化参与聚合反应的分子，以促使聚合反应进行。

在上述步骤3中，聚合反应的具体过程为：将富营养化水热碳、吸水性矿物和生物大分子加入到水中，超声处理10-30min，得到混合溶液；将混合溶液加入到多口烧瓶中进行搅拌，通入氮气20-60min以排除溶解氧气；然后将混合溶液加热到50-60℃时，加入诱发剂，反应5-15min，然后升温到65-75℃，加入吸水剂单体和交联剂溶液，反应90-240min，完成聚合反应。

在步骤3中，富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂、诱发剂的添加量质量比为： 50:10-30:50-100:50-80:5-15:5-10。将富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂、诱发剂的添加量质量比控制在上述范围内能够保证制备得到具有良好的缓释肥效、持水性、生物降解性的聚合产物，具体表现在：改良剂的吸水倍数大于80，最大吸水能力达到900g/g；改良剂具有良好的保水能力(改良剂中的聚合丙烯酸和/或聚合丙烯酰胺分子结构具有良好的吸水性，吸水后的改良剂能够长时间保持水分，减少水分蒸发)，自然条件下30天水分减少量小于50％。

在上述步骤3中，依次用氢氧化钠水溶液、乙醇水溶液和水进行清洗聚合产物，并将聚合产物进行干燥和破碎，得到改良剂；其中，干燥温度低于70℃，所述改良剂的粒径小于0.1mm。

需要说明的是，依次用氢氧化钠水溶液、乙醇水溶液和水进行清洗聚合产物清洗顺序有利于得到稳定的聚合物分子结构，并且充分去除未完全参与反应的物质。

在步骤4中，矿业废弃地的土壤中，土壤粒径为0.4-0.15mm、0.15-0.08mm、<0.08mm的质量占比分别为5～25％、30～50％、35～55％；在矿业废弃地的土壤与改良剂形成的混合物中，改良剂的质量添加量为 2％-15％。需要说明的是，将改良剂的质量添加量控制在该范围内的目的是在能够保证植物生长良好的情况下，降低由于添加改良剂带来的成本。

本发明制备的改良剂具有良好的吸水性，其吸水倍数大于80，最大吸水能力达到900g/g；改良剂具有良好的保水能力(改良剂中的聚合丙烯酸和/或聚合丙烯酰胺分子结构具有良好的吸水性，吸水后的改良剂能够长时间保持水分，减少水分蒸发)，自然条件下30天水分减少量小于 50％。本发明制备的改良剂兼顾肥效和保水能力，显著提高改善矿业废弃地土壤促进植物生长；另外，本发明的改良剂具有良好的肥效，富含有机碳、氮、磷、钾等养分，总养分为5％-10％，养分具有缓释效果，30 天养分累计释放率小于50％。与单纯聚丙烯酰胺等聚合物相比，本发明的改良剂具有良好的可降解性；与生物碳相比，本发明制备的改良剂具有丰富的养分、养分缓释效果和保水能力。

实施例1

本实施例针对石墨矿选矿尾矿进行生态修复，过程如下：

步骤1、将秸秆、木屑、果皮、甘蔗渣、椰壳、竹子、落叶和牲畜粪便进行破碎，破碎后的粒径为0.073mm；将破碎的废弃生物质进行水热碳化，破碎的废弃生物质与水的质量比为1:1；水热碳化温度为160℃，水热碳化时间为60min；对水热碳化产物进行固液分离，得到固态水热碳和水热碳液；

步骤2、将固态水热碳加入到质量浓度为800mg/L的磷酸二氢钾溶液中进行富营养化，富营养化后进行固液分离并进行干燥处理，干燥温度为69℃，得到富营养化水热碳；

步骤3、将富营养化水热碳、蒙脱石、羧甲基纤维素、丙烯酸、N,N- 亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾充分混合并进行聚合反应，将生成的聚合产物进行清洗、干燥和破碎，得到改良剂。

具体的聚合反应过程为：将富营养化水热碳、吸水性矿物和生物大分子加入到水中，超声处理10min，得到混合溶液；将混合溶液加入到多口烧瓶中进行搅拌，并通入氮气20min；将混合溶液加热到50℃时，加入诱发剂，反应5min；然后升温到65℃，加入吸水剂单体和交联剂溶液，反应90min，完成聚合反应得到聚合产物，依次用氢氧化钠水溶液、乙醇水溶液和水进行清洗聚合产物，并将聚合产物进行干燥和破碎，干燥温度为69℃，得到粒径为0.09mm的改良剂；其中，富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂和诱发剂进行聚合反应的添加量质量比为：50:10:50:51:5:6。

步骤4、将改良剂加入到矿业废弃地土壤中，然后种植植物以进行生态修复。石墨矿选矿尾矿粒径为0.4-0.15mm的含量为5％，粒径为 0.15-0.08mm的含量为30％，粒径<0.08mm的含量为35％，在矿业废弃地的土壤与改良剂形成的混合物中；改良剂的质量添加量为3％，改良剂与石墨矿尾矿充分混合后种植黑麦草，长势良好，相比于未加改良剂植物生长速率提高10％。

实施例2

本实施例针对铝土矿选矿尾矿进行生态修复，过程如下：

步骤1、将秸秆、木屑、果皮、甘蔗渣、椰壳、竹子、落叶和牲畜粪便进行破碎，破碎后的粒径为0.054mm；将破碎的废弃生物质进行水热碳化，破碎的废弃生物质与水的质量比为1:5；水热碳化温度为320℃，水热碳化时间为290min；对水热碳化产物进行固液分离，得到固态水热碳和水热碳液；

步骤2、将固态水热碳加入到质量浓度为1600mg/L的磷酸二氢钾溶液中进行富营养化，富营养化后进行固液分离并进行干燥处理，干燥温度为60℃，得到富营养化水热碳；

步骤3、将富营养化水热碳、膨润土、羟已基纤维素、丙烯酰胺、 N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵充分混合并进行聚合反应，将生成的聚合产物进行清洗、干燥和破碎，得到改良剂；

具体的聚合反应过程为：将富营养化水热碳、吸水性矿物和生物大分子加入到水中，超声处理29min，得到混合溶液；将混合溶液加入到多口烧瓶中进行搅拌，并通入氮气58min；将混合溶液加热到60℃时，加入诱发剂，反应15min；然后升温到74℃，加入吸水剂单体和交联剂溶液，反应235min，完成聚合反应得到聚合产物，依次用氢氧化钠水溶液、乙醇水溶液和水进行清洗聚合产物，并将聚合产物进行干燥和破碎，干燥温度为62℃，得到粒径为0.06mm的改良剂；其中，富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂和诱发剂进行聚合反应的添加量质量比为：50:29:97:78:15:9。

步骤4、将改良剂加入到矿业废弃地土壤中，然后种植植物以进行生态修复。铝土矿废石粒径为0.4-0.15mm的含量为24％，粒径为 0.15-0.08mm的含量为50％，粒径<0.08mm的含量为55％；在矿业废弃地的土壤与改良剂形成的混合物中，改良剂的质量添加量为14％，改良剂与铝土矿废石充分混合后种植黑麦草，长势良好，相比于未加改良剂植物生长速率提高15％。

实施例3

本实施例针对菱镁矿矿选矿尾矿进行生态修复，过程如下：

步骤1、将秸秆、木屑、果皮、甘蔗渣、椰壳、竹子、落叶和牲畜粪便进行破碎，破碎后的粒径为0.054mm；将破碎的废弃生物质进行水热碳化，破碎的废弃生物质与水的质量比为1:3；水热碳化温度为240℃，水热碳化时间为180min；对水热碳化产物进行固液分离，得到固态水热碳和水热碳液；

步骤2、将固态水热碳加入到质量浓度为1200mg/L的磷酸二氢钾溶液中进行富营养化，富营养化后进行固液分离并进行干燥处理，干燥温度为55℃，得到富营养化水热碳；

步骤3、将富营养化水热碳、膨润土、羟已基纤维素、丙烯酰胺、 N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵充分混合并进行聚合反应，将生成的聚合产物进行清洗、干燥和破碎，得到改良剂；

具体的聚合反应过程为：将富营养化水热碳、吸水性矿物和生物大分子加入到水中，超声处理20min，得到混合溶液；将混合溶液加入到多口烧瓶中进行搅拌，并通入氮气35min；将混合溶液加热到54℃时，加入诱发剂，反应8min；然后升温到71℃，加入吸水剂单体和交联剂溶液，反应160min，完成聚合反应得到聚合产物，依次用氢氧化钠水溶液、乙醇水溶液和水进行清洗聚合产物，并将聚合产物进行干燥和破碎，干燥温度为55℃，得到粒径为0.07mm的改良剂；其中，富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂和诱发剂进行聚合反应的添加量质量比为：50:15:77:65:10:7。

步骤4、将改良剂加入到矿业废弃地土壤中，然后种植植物以进行生态修复。铝土矿废石粒径为0.4-0.15mm的含量为15％，粒径为 0.15-0.08mm的含量为40％，粒径<0.08mm的含量为45％；在矿业废弃地的土壤与改良剂形成的混合物中，改良剂的质量添加量为8％，改良剂与铝土矿废石充分混合后种植黑麦草，长势良好，相比于未加改良剂植物生长速率提高12％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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揭露的技术范围内，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。

Claims (10)

1.一种矿业废弃地的生态修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将废弃生物质进行破碎，将破碎的废弃生物质进行水热碳化，对水热碳化产物进行固液分离，得到固态水热碳和水热碳液；

步骤2、将固态水热碳加入到营养液中进行富营养化，富营养化产物进行固液分离和干燥处理，得到富营养化水热碳；

所述营养液中的营养物质为磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、磷酸镁、过磷酸钙、硝酸铵或尿素中的一种或多种；

所述营养液的质量浓度为800-1600mg/L；

步骤3、将富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂和诱发剂混合均匀并进行聚合反应，将生成的聚合产物进行清洗、干燥和破碎，得到改良剂；

所述聚合反应为：

将富营养化水热碳、吸水性矿物和生物大分子加入到水中，超声处理10-30min，得到混合溶液；

将混合溶液加入到反应容器中进行搅拌，并通入氮气20-60min；然后将混合溶液加热到50-60℃时，加入诱发剂，反应5-15min；最后升温到65-75℃，加入吸水剂单体和交联剂，反应90-240min，完成聚合反应；

所述富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂和诱发剂进行聚合反应的添加量质量比为：50:10-30:50-100:50-80:5-15:5-10；

所述吸水剂单体包括丙烯酸、丙烯酰胺中的一种或两种；

所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺；

所述诱发剂包括过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或多种；

步骤4、将改良剂加入到矿业废弃地土壤中，种植植物以进行生态修复；改良剂的质量添加量为2％-15％。

2.根据权利要求1所述的矿业废弃地的生态修复方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述废弃生物质包括秸秆、木屑、果皮、甘蔗渣、椰壳、竹子、落叶和牲畜粪便中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的矿业废弃地的生态修复方法，其特征在于，在所述步骤1中，水热碳化时，所述破碎的废弃生物质与水的质量比为1:1-1:5；

所述水热碳化温度为160-320℃，所述水热碳化时间为60-300min。

4.根据权利要求1所述的矿业废弃地的生态修复方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述营养液中的营养物质为磷酸二氢钾；所述营养液的质量浓度为1200-1600mg/L。

5.根据权利要求1所述的矿业废弃地的生态修复方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述吸水性矿物包括蒙脱石、膨润土中的一种或两种；

所述生物大分子包括羧甲基纤维素、羟已基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、天然淀粉、酸处理天然淀粉、氧化天然淀粉、酯化天然淀粉、醚化天然淀粉中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的矿业废弃地的生态修复方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述吸水剂单体为丙烯酸；

所述诱发剂为过硫酸钾。

7.根据权利要求1所述的矿业废弃地的生态修复方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述聚合反应为：

将富营养化水热碳、吸水性矿物和生物大分子加入到水中，超声处理10-20min，得到混合溶液；

将混合溶液加入到反应容器中进行搅拌，并通入氮气35-60min；然后将混合溶液加热到54-60℃时，加入诱发剂，反应8-15min；最后升温到71-75℃，加入吸水剂单体和交联剂，反应160-240min，完成聚合反应。

8.根据权利要求1所述的矿业废弃地的生态修复方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述富营养化水热碳、吸水性矿物、生物大分子、吸水剂单体、交联剂和诱发剂进行聚合反应的添加量质量比为：50:15-30:77-100:65-80:10-15:7-10。

9.根据权利要求1所述的矿业废弃地的生态修复方法，其特征在于，在所述步骤3中，依次用质量浓度为0.1-0.5mol/L的氢氧化钠溶液、质量浓度为10-50％乙醇水溶液和水清洗聚合产物，并将聚合产物在低于70℃条件下进行干燥和破碎，得到改良剂；

所述改良剂的粒径小于0.1mm。

10.根据权利要求1至9任一项所述的矿业废弃地的生态修复方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述矿业废弃地的土壤中，土壤粒径为0.4-0.15mm、0.15-0.08mm、<0.08mm的质量比分别为5～25％、30～50％、35～55％；

改良剂的质量添加量为3％-15％。

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