CN113426819A - 一种生物质原位热解铜尾矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质原位热解铜尾矿的方法，所述方法包括以下步骤：1）在金属矿山尾矿库区挖制基坑，在基坑两侧挖点火基槽；（2）将铜尾矿和农林废弃生物质原料自然风干粉碎，将铜尾矿破碎、过筛备用；（3）在基坑底部先铺厚树枝，上层铺小麦秸秆和芒草，接着铺一层松叶，中间铺铜尾矿，接着铺水稻秸秆和芒草，顶层铺上铜尾矿；（4）在点火基槽处点燃生物质，待生物质与铜尾矿燃烧2～5min时封闭点火基槽，并在基坑顶部盖上铁皮，使燃烧处于隔氧状态；（5）待生物质与铜尾矿充分燃烧至火焰熄灭，温度冷却后，将燃烧后的生物质与铜尾矿充分混合均匀得到铜尾矿生物炭。本发明可有效解决矿山修复及利用问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质原位热解铜尾矿的方法，属于矿山修复技术领域。
背景技术
尾矿是矿物加工的副产品，通常未经处理就堆存在尾矿库中，是沙子、细粒固体物质、水和大量重金属的混合物。目前，随着我国采矿行业的发展，尾矿排放量也随之增加，我国尾矿排放量累积超过100亿吨，现存尾矿库已超过12000个。尾矿堆积的尾矿库占据了大面积的土地，包括农田和林地，尾矿堆积一方面破坏了土地资源；另一方面，首先尾矿中含有大量的金属硫化物，在空气和水的作用下发生酸化氧化形成酸性矿山废水，给环境带来严重的灾难；其次尾矿中含有大量的有毒有害重金属，在雨水的作用下其重金属会随水流流入水体和土壤，会给河流水体和土壤植物带来严重的危害；同时尾矿中的细微粒带到空气中会造成大气污染。
尾矿退化的物理化学性质导致尾矿成为不能利用的土地资源，尾矿具有低pH、盐含量高、低保水能力、高浓度重金属和低肥力和缺乏营养物质等特性致使尾矿成为不能使植物生长的土壤。
中国专利CN104718934B发明了一种用黑麦草辅助尾矿修复及在修复地种植黑麦草的方法，其方法是将尾矿进行深度翻耕并平整，将生长至开花期的黑麦草剪碎构成黑麦草绿肥，将黑麦草绿肥撒在翻耕并平整的尾矿地上，使黑麦草与尾矿充分混合，形成平整的种植地，在种植地上撒上黑麦草种子，然后定期收割黑麦草。该发明存在的缺陷是修复时间长，黑麦草从种植到收割需要大量的时间，而且修复成本提高。
综上所述，由于现有尾矿技术存在缺陷，所以需要寻找一种容易实现，时间效率高且成本低的方法来解决尾矿修复问题，同时实现环境保护的成效。本发明采用矿山农林废弃生物质原位热解尾矿的方法，解决了废弃原料的利用问题，采用原位热解降低了尾矿在运输过程中产生的的二次污染。生物质热解尾矿使用矿山原位挖制的基坑，使用天然生物质和尾矿多层铺设覆盖燃烧节约成本，同时燃烧产生的生物炭会抑制尾矿酸性硫化物的溶出以及重金属的钝化。烧制后的生物炭和尾矿混合物用于盆栽实验，实现了土壤基质改良作用。同时生物质和尾矿混合燃烧实现了农林废弃物和尾矿副产品的资源化利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质原位热解铜尾矿的方法，该方法利用农林固体废弃生物质与铜尾矿在40cm的基坑中进行多层铺设燃烧，通过生物质对铜尾矿进行原位热解，利用生物质原位热解产生的生物炭抑制铜尾矿中重金属铜在潮湿的环境中生成铜绿（碳酸氢氧化二铜）有毒物质，同时生成的生物炭可以用于尾矿中重金属的钝化，热解后的铜尾矿与生物炭混合物可用于土壤基质改良，改良后的土壤用于盆栽试验培育植株，该方法保护铜尾矿潮解生成铜绿和重金属溶出带来的危害，同时可用于土壤基质改良。
一种生物质原位热解铜尾矿的方法，具体步骤如下：
（1）在金属矿山尾矿库区选择一块10×6m的平坦地，挖至深度为40cm的基坑，两侧各挖一个点火基槽；
（2）将铜尾矿和农林废弃生物质原料自然风干，利用粉碎机将农林废弃生物质粉碎至不同长度，将铜尾矿破碎、过筛备用；
（3）在基坑底部铺4～6cm厚树枝，上层铺6～10cm厚小麦秸秆和芒草，接着铺一层5cm厚的松叶，中间铺3～5cm厚的铜尾矿，接着上层铺3～5cm厚的水稻秸秆、芒草，顶层铺上2cm厚的铜尾矿。底层树枝起支撑铜尾矿的作用，生物质采用交叉铺设在基坑中留有空隙，可使生物质与尾矿在少氧状态下充分热解；
（4）在铺好的生物质和铜尾矿的混合层中基槽处用点火枪点燃助燃剂使生物质与铜尾矿充分燃烧，待生物质与铜尾矿燃烧至2～5min时封闭点火基槽，在顶部盖上10.5×6.5m的铁皮，使燃烧处于隔氧状态；
（5）待生物质与铜尾矿充分燃烧至火焰熄灭，温度冷却后，将燃烧后的生物质与铜尾矿充分混合均匀得到铜尾矿生物炭，然后将磷酸二铵和尿素改性剂与燃烧后生物质和铜尾矿混合物按质量比为1:30～1:50的比例混合制成富含氮磷的铜尾矿生物炭；
（6）将富含氮磷的铜尾矿生物炭和土壤按质量比为1:1～1:3的比例作盆栽试验培育植株，每个比例设置3个组，在植株培育期间施加有机肥，并定期浇水，保持土壤含水率为60%，分别在培育5d、10d、20d时观察植株的生长状况。
步骤（1）中所述基坑是尾矿库区原位挖制。
步骤（2）中所述的农林废弃生物质为树枝、秸秆、松叶、芒草，木屑中的一种或多种。
步骤（2）中所述的生物质晾晒时间为3～5d，含水率为0.001wt%～30wt%，铜尾矿破碎过50～100目筛，生物质破碎至10～40cm长度。
步骤（3）中所述树枝、秸秆和芒草采用交叉铺设，松叶采用密铺。
步骤（4）中所述燃烧时间为10～24h，所述农林废弃生物质和铜尾矿原料上均喷有助燃剂，所述助燃剂为汽修行业的废弃机油，未燃尽的生物质利用铜尾矿和生物质中的微生物进一步降解。
步骤（5）中所述磷酸二铵和尿素是富含氮和磷的改性剂。
步骤（6）所述有机肥为家禽的粪便，添加量为30～50kg/m2，所培育的植株为生菜、白萝卜、大蒜、小白菜。
本发明的有益效果是：
（1）在原有的尾矿酸化土壤修复技术中，通常采用客土或覆土的异位修复，运输过程中会带来二次污染，并且运输过程成本增加，本发明采用生物质原位热解尾矿的方法，节约运输成本，该方法施工简单，采取就地取材的原则，充分考虑了原材料的获取问题，且不会对环境造成负面影响。
（2）本发明方法所采用的原材料是金属矿山的铜尾矿和矿山区的农林废弃生物质，如废弃树枝、秸秆、松叶、芒草等都是矿山附近便于获取的，充分利用了变废为宝的原则，用废弃的生物质烧制成生物炭，实现了农林废弃物的二次利用，降低了农林废弃物的处理成本。
（3）生物质原位热解铜尾矿的装置是人工挖制的基坑，降低了铜尾矿生物炭的制备成本，铺设生物质时采用不同生物质采取不同的铺设方法，在生物质之间留有间隙有利于生物质和铜尾矿的充分燃烧。
（4）本发明采用生物质热解铜尾矿，一方面可以利用生物质原位热解产生的生物炭抑制铜尾矿中重金属铜在潮湿的环境中生成铜绿（碳酸氢氧化二铜）有毒物质，同时生成的生物炭可以用于铜尾矿中重金属的钝化。热解后的铜尾矿与生物炭的混合物和土壤混合用于土壤基质改良，改良后的土壤用于盆栽试验培育植株，该方法保护铜尾矿潮解生成铜绿和重金属溶出带来的危害，同时可以用于土壤基质改良 。
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。
实施例1：
一种生物质原位热解铜尾矿的方法，包括以下步骤：
(1)在金属矿山尾矿库区选择一块10×6m的平坦地，挖至深度为40cm的基坑，两侧各挖一个点火基槽。
(2)将铜尾矿和生物质原料晾晒3d，生物质粉碎至10～40cm长度，将尾矿破碎、过100目筛备用。
(3)在基坑底部铺4cm厚树枝，上层铺6cm厚小麦秸秆和芒草，接着铺一层5cm厚的松叶，中间铺3cm厚100目铜尾矿，接着上层铺4cm厚的水稻秸秆、芒草，顶层铺上2cm厚100目铜尾矿。树枝、秸秆、芒草采用交叉铺设，松叶采用密铺，按生物质：铜尾矿质量比为1:5比例铺设。
(4)在铺好的生物质和铜尾矿的混合层中用点火枪点燃助燃剂使生物质与铜尾矿充分燃烧，待生物质与铜尾矿燃烧到2~5min时封闭点火基坑并在生物质的顶部盖上10.5×6.5m的铁皮，使燃烧处于隔氧状态，燃烧时间为10h。
(5)待生物质与铜尾矿充分燃烧至火焰熄灭，温度冷却后，将燃烧后的生物质与铜尾矿充分混合均匀得到铜尾矿生物炭，再将磷酸二铵和尿素作为改性剂与燃烧后生物质和铜尾矿混合物按质量比为1:30的比例混合制成富含氮磷的铜尾矿生物炭。
（6）将富含氮磷的铜尾矿生物炭按0%、1%、3%、5%的比例梯度加到土壤中做盆栽试验培育生菜植株，每个比例值设置4个组分别是：1组（对照组，添加0%的生物炭），2组（添加1%的生物炭），3组（添加3%的生物炭），4组（添加5%的生物炭）每组设三组平行样，在植株培育期间施加30kg/m2有机肥，在15℃~20℃条件自然光照条件下培育，并定期浇水，保持土壤含60%的含水率，分别在培育5d、10d、20d时观察植株的生长发育状况。
每组测定最大株高参数如下表：
从上表测定的参数可以看出，添加生物炭和对照组相比，添加了生物炭的生菜发芽率更高，植株的生长发育情况比对照组的更好，随着生物炭添加比例的增加植株的最大株高也随之增加。
实施例2：
一种生物质原位热解铜尾矿的方法，包括以下步骤：
(1)在金属矿山区选择一块10×6m的平坦地，挖至深度为40cm的基坑备用。在基坑的两侧挖一个点火基槽。
(2)将铜尾矿和生物质原料晾晒4d，生物质粉碎至10～40cm长度，将尾矿破碎、过100目筛备用。
(3)在基坑底部铺5cm厚树枝，上层铺7cm厚小麦秸秆和芒草，接着铺一层5cm厚的松叶，中间铺4cm厚100目铜尾矿，接着上层铺4cm厚的水稻秸秆、芒草，顶层铺上2cm厚80目铜尾矿。树枝、秸秆、芒草采用交叉铺设，松叶采用密铺，按生物质：铜尾矿质量比为1:7比例铺设。
(4)在铺好的生物质和尾矿的混合层中用点火枪点燃助燃剂使生物质与尾矿充分燃烧，待生物质与尾矿点燃燃烧2~5min时封闭点火基坑并在生物质的顶部盖上10.5×6.5m的铁皮，使燃烧处于隔氧状态，燃烧时间为18h。
(5)待生物质与尾矿充分燃烧至火焰熄灭，等温度冷却后，将燃烧后的生物质与铜尾矿充分混合均匀得到铜尾矿生物炭，然后将磷酸二铵或尿素作为改性剂与燃烧后生物质和尾矿混合物按质量比为1:40的比例混合制成富含氮磷的铜尾矿生物炭。
(6)将富含氮磷的铜尾矿生物炭按0%、2%、4%、6%的比例梯度加到土壤中做盆栽试验培育生菜植株，每个比例值设置4个组分别是：1组（对照组，添加0%的生物炭），2组（添加2%的生物炭），3组（添加4%的生物炭），4组（添加6%的生物炭）每组设三组平行样，在植株培育期间施加40 kg/m2有机肥，在15℃~20℃条件自然光照条件下培育，并定期浇水，保持土壤含60%的含水率，分别在培育3d、7d、15d时观察植株的生长发育状况。
每组测定最大株高参数如下表:
从上表测定的参数可以看出，添加生物炭和对照组相比，添加了生物炭的白萝卜发芽率更高，植株的生长发育情况比对照组的更好，随着生物炭添加比例的增加植株的最大株高也随之增加。
实施例3：
一种生物质原位热解铜尾矿的方法，包括以下步骤：
(1)在金属矿山区选择一块10×6m的平坦地，挖至深度为40cm的基坑备用。在基坑的两侧挖一个点火基槽。
(2)将铜尾矿和生物质原料晾晒5d，生物质粉碎至10～40cm长度，尾矿破碎、过筛备用。
(3)在基坑底部铺6cm厚树枝，上层铺8cm厚小麦秸秆和芒草，接着铺一层5cm厚的松叶，中间铺5cm厚100目铜尾矿，接着上层铺5cm厚的水稻秸秆、芒草，顶层铺上2cm厚80目铜尾矿。树枝、秸秆、芒草采用交叉铺设，松叶采用密铺，按生物质：铜尾矿质量比为2:5比例铺设。
(4)在铺好的生物质和铜尾矿的混合层中用点火枪点燃助燃剂使生物质与铜尾矿充分燃烧，待生物质与尾矿点燃燃烧2~5min时封闭点火基坑并在生物质的顶部盖上10.5×6.5m的铁皮，使燃烧处于隔氧状态，燃烧时间为24h。
(5)待生物质与尾矿充分燃烧至火焰熄灭，等温度冷却后，将燃烧后的生物质与铜尾矿充分混合均匀得到铜尾矿生物炭，然后将磷酸二铵和尿素作为改性剂与燃烧后生物质和铜尾矿混合物按质量比为1:50的比例混合制成富含氮磷的铜尾矿生物炭。
(6)将富含氮磷的铜尾矿生物炭按0%、3%、5%、7%的比例梯度加到土壤中做盆栽试验培育大蒜植株，每个比例值设置4个组分别是：1组（对照组，添加0%的生物炭），2组（添加3%的生物炭），3组（添加5%的生物炭），4组（添加7%的生物炭）每组设三组平行样，在植株培育期间施加50kg/m2有机肥，在15℃~20℃条件自然光照条件下培育，并定期浇水，保持土壤含60%的含水率，分别在培育7d、15d、25d时观察植株的生长发育状况。
每组测定最大株高参数如下表:
从上表测定的参数可以看出，添加生物炭和对照组相比，添加了生物炭的大蒜发芽率更高，植株的生长发育情况比对照组的更好，随着生物炭添加比例的增加植株的最大株高也随之增加。
实施例4
一种生物质原位热解铜尾矿的方法，包括以下步骤：
（1）在金属矿山区选择一块10×6m的平坦地，挖至深度为40cm的基坑备用。在基坑的两侧挖一个点火基槽。
（2） 将铜尾矿和生物质原料晾晒5d，生物质粉碎至10～40cm长度，尾矿破碎、过筛备用。
（3）在基坑底部铺4cm厚树枝，上层铺10cm厚小麦秸秆和芒草，接着铺一层5cm厚的松叶，中间铺4cm厚100目铜尾矿，接着上层铺5cm厚的水稻秸秆、芒草，顶层铺上2cm厚80目铜尾矿。树枝、秸秆、芒草采用交叉铺设，松叶采用密铺，按生物质：铜尾矿质量比为2:7比例铺设。
（4）在铺好的生物质和铜尾矿的混合层中用点火枪点燃助燃剂使生物质与铜尾矿充分燃烧，待生物质与尾矿点燃燃烧2~5min时封闭点火基坑并在生物质的顶部盖上10.5×6.5m的铁皮，使燃烧处于隔氧状态，燃烧时间为20h。
（5）待生物质与尾矿充分燃烧至火焰熄灭，等温度冷却后，将燃烧后的生物质与铜尾矿充分混合均匀得到铜尾矿生物炭，然后将磷酸二铵和尿素作为改性剂与燃烧后生物质和铜尾矿混合物按质量比为1:40的比例混合制成富含氮磷的铜尾矿生物炭。
（6）将富含氮磷的铜尾矿生物炭按0%、3%、5%、7%的比例梯度加到土壤中做盆栽试验培育小白菜植株，每个比例值设置4个组分别是：1组（对照组，添加0%的生物炭），2组（添加2%的生物炭），3组（添加5%的生物炭），4组（添加7%的生物炭）每组设三组平行样，在植株培育期间施加50kg/m2有机肥，在15℃~20℃条件自然光照条件下培育，并定期浇水，保持土壤含60%的含水率，分别在培育10d、20d、30d时观察植株的生长发育状况。
每组测定最大株高参数如下表:
从上表测定的参数可以看出，添加生物炭和对照组相比，添加了生物炭的小白菜发芽率更高，植株的生长发育情况比对照组的更好，随着生物炭添加比例的增加植株的最大株高也随之增加。
Claims (6)
1.一种生物质原位热解铜尾矿的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）在金属矿山尾矿库区选择一块平坦地，挖制一个基坑，基坑两侧各挖一个点火基槽；
（2）将铜尾矿和农林废弃生物质原料自然风干，利用粉碎机将农林废弃生物质粉碎至不同长度，将铜尾矿破碎、过筛备用；
（3）在基坑底部铺4～6cm厚树枝，上层铺6～10cm厚小麦秸秆和芒草，接着铺一层5cm厚的松叶，中间铺3～5cm厚的铜尾矿，接着铺3～5cm厚的水稻秸秆和芒草，顶层铺上2cm厚的铜尾矿；
（4）在点火基槽处用点火枪点燃生物质，待生物质与铜尾矿燃烧2～5min时封闭点火基槽，并在基坑顶部盖上铁皮，使燃烧处于隔氧状态；
（5）待生物质与铜尾矿充分燃烧至火焰熄灭，温度冷却后，将燃烧后的生物质与铜尾矿充分混合均匀得到铜尾矿生物炭，然后将磷酸二铵和尿素改性剂与燃烧后生物质和铜尾矿混合物按质量比为1:30～1:50的比例混合制成富含氮磷的铜尾矿生物炭。
2.根据权利要求1所述的生物质原位热解铜尾矿的方法，其特征在于步骤（2）中所述的农林废弃生物质为树枝、水稻秸秆、小麦秸秆、松叶、芒草中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的生物质原位热解铜尾矿的方法，其特征在于步骤（2）中所述生物质晾晒时间为3～5d，含水率为0.001wt%～30wt%，铜尾矿破碎过50～100目筛，生物质粉碎至10～40cm长度。
4.根据权利要求1所述的生物质原位热解铜尾矿的方法，其特征在于步骤（3）中所述树枝、秸秆和芒草采用交叉铺设，松叶采用密铺。
5.根据权利要求1所述的生物质原位热解铜尾矿的方法，其特征在于步骤（4）中所述燃烧时间为10～24h。
6.根据权利要求1所述的生物质原位热解铜尾矿的方法，其特征在于步骤（4）中所述农林废弃生物质和铜尾矿原料上均喷有助燃剂，所述助燃剂为汽修行业的废弃机油。
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| CN202110750678.1A CN113426819A (zh) | 2021-07-02 | 2021-07-02 | 一种生物质原位热解铜尾矿的方法 |
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- 2021-07-02 CN CN202110750678.1A patent/CN113426819A/zh active Pending
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