CN113621384A - 一种尾矿渣土壤改良基质及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土壤修复技术领域，提供一种尾矿渣土壤改良基质。按重量份计，改良基质的原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥10‑20份、天然沸石2‑10份、生化黄腐酸钾0.5‑2份、农业级磷酸二氢铵0.4‑1.6份。本发明还提供了上述改良基质的制备方法及其在尾矿库/坝生态恢复中的应用。本发明提供的改良基质，成本低、改良效果好。

Description

一种尾矿渣土壤改良基质及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种萤石型铅锌矿尾矿渣土壤改良基质及其制备方法与应用。
背景技术
萤石型铅锌尾矿是指萤石型铅锌矿石经过磨细、有用成分选取等步骤后，排放的出去的废弃物，是选矿中分选作业中的有用目标组分含量最低的部分。累积产生的萤石型铅锌尾矿，体积庞大，占地面积大，破坏景观，并且萤石型铅锌尾矿中含有大量的重金属和氟化物，在雨水作用下存在污染周边环境和危害人体健康的可能性。且存放在尾矿库的尾矿，由于颗粒细小，容易引发泥石流等。
尾矿渣的问题主要有：板结(密度大、孔隙分布差)，pH值和含盐量大(重度盐碱)，肥力不足，铅锌和氟化物超标等。中国专利CN 201510319445.0公开了一种铅锌尾矿库的生态恢复基质及其制备方法，所需改良剂用量较多，并且需要添加黏合剂，且不能用于处理氟含量较高的尾矿。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种尾矿渣土壤改良基质及其制备方法与应用，以降低尾矿渣改良成本，并能适用于氟含量较高的尾矿渣改良。
本发明提供一种尾矿渣土壤改良基质，其原料组分包括尾矿渣100份，蚯蚓粪有机肥10-20份，天然沸石2-10份，生化黄腐酸钾0.5-2份，农业级磷酸二氢铵0.4-1.6份。
优选地，所述尾矿渣来自于黄玉萤石型锡铁铅锌矿，干密度≥1.61g/cm3，非毛管孔隙度≤6.1％，pH≥9.7，含盐量≥2.6g/kg，有机质含量≤0.99g/kg，水解性氮含量≤17.9mg/kg，有效磷≤2.9mg/kg，氟含量≥80g/kg；所述尾矿渣的粒径小于20cm。
优选地，所述天然沸石的粒径为0.5-1mm。
本发明提供了上述的尾矿渣土壤改良基质的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数，将尾矿渣、蚯蚓粪有机肥、天然沸石、生化黄腐酸钾、农业级磷酸二氢铵混合均匀即得。
本发明还提供了上述的尾矿渣土壤改良基质在尾矿库/坝中的应用。
优选地，所述应用包括以下步骤：
S1、场地平整：对尾矿坝上的尾矿渣进行深耕犁地，初步分离板结连成大块的尾矿渣，使尾矿渣变成粒径小于20cm的块体，且场地坡度小于45度；
S2、材料A的制备：将蚯蚓粪有机肥和沸石混合，搅拌均匀作为材料A；其中蚯蚓粪有机肥的用量为5-10kg/m2，天然沸石的用量为1-5kg/m2；
S3、材料B的制备：按照磷酸二氢铵∶生化黄腐酸钾∶水＝4∶5∶600的质量比配置溶液，搅拌均匀装于喷雾器等容器中，作为材料B；其中生化黄腐酸钾的用量为0.25-1kg/m2，农业级磷酸二氢铵的用量为0.2-0.8kg/m2；
S4、材料C的制备：将材料A尽量均匀的撒在平整后的尾矿渣表面，继续耕作犁地5-20cm深，将材料A和尾矿渣混合均匀，作为材料C；
S5、土壤改良基质的制备：将材料B尽量均匀地喷洒在材料C的表面，继续耕作犁地5-20cm深，将材料B和材料C混合均匀，即为改良基质。
植物的生长会对尾矿渣的质地有改善作用，因为植物的根系发达，会穿透大块的尾矿渣，改善尾矿渣的板结现象。
进一步地，所述应用还包括：S6、选取先锋植物，采用撒播的方式在适合植物生长的季节于改良基质上进行播种，并采取粗犷式方法进行管理。
所述先锋植物对重金属和氟化物等污染物具有一定抗性或者富集能力，包括波斯菊、金盏菊、蜀葵、香根草、籽粒苋、苦麻菜、牛筋草、紫云英中的任意一种或多种。
蚯蚓粪有机肥的总养分(N-P-K)含量为6.23％，有机质为62.2％，可以增强尾矿渣的肥力，降低尾矿渣的密度；粒径0.5-1mm的天然沸石可以改善土壤结构，调节酸碱度，吸附重金属，起到保水保肥的作用；生化黄腐酸钾是一种多价分型芳香族化合物，无任何毒副作用，络合能力强，可以调酸抑碱，刺激植物体内酶的活性，提升植物的抗旱抗寒能力；农业级磷酸二氢铵是一种全水溶的农用肥料，可以有效降低尾矿渣的盐碱性，补充氮磷。
本发明技术方案，具有如下优点：
(1)可以降低尾矿渣的干密度至0.91g/cm3，降低比率为43％，满足CJT340-2016《绿化种植土壤》规定的≤1.35g/cm3；非毛管孔隙度提升至15.2％，提升比率为149％，满足CJT340-2016《绿化种植土壤》规定的5％-25％。
(2)可以降低pH值至6.32，降低比率为53％，满足CJT340-2016《绿化种植土壤》规定的5-8.3；可以降低含盐量至0.86g/kg，降低比率为67％，满足CJT340-2016《绿化种植土壤》规定的≤1.5g/kg。
(3)可以增加有机质含量至31.5g/kg，提升了近31.8倍，满足CJT340-2016《绿化种植土壤》规定的12-80g/kg；增加水解性氮含量至184mg/kg，提升了近9.3倍，满足CJT340-2016《绿化种植土壤》规定的40-200mg/kg；增加有效磷含量至59.5mg/kg，提升了近20.5倍，满足CJT340-2016《绿化种植土壤》规定的5-60mg/kg。
(4)改良基质可以直接用于种植筛选出的具有抗性或者富集能力的先锋植物，植物成活率远高于直接采用尾矿渣种植，植物的生长还具有改善尾矿渣基质的块结性以及富集重金属离子和氟化物的作用，植株长度是直接采用尾矿渣种植的1.3-1.7倍。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中各组分的形貌对比，其中，上(左)为蚯蚓粪有机肥，上(右)为天然沸石，中(左)为生化黄腐酸钾，中(右)为农业级磷酸二氢铵；
图2是本发明实施例2的改良前(左)和改良后(右)的对比；
图3是本发明实施例2中改良前后植物(左：红线右边为波斯菊、金盏菊、蜀葵、籽粒苋、苦麻菜、牛筋草、刺苋和芝麻，红线左边为波斯菊、紫云英和香根草；右：波斯菊)生长情况；
图4是本发明实施例2中改良前后植物(左：蜀葵；右：苦麻菜)的生长长度。
具体实施方式
实施例1
一种尾矿渣土壤改良基质，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥15份，天然沸石6份，生化黄腐酸钾1份，农业级磷酸二氢铵0.8份。
所述尾矿渣来自于黄玉萤石型锡铁铅锌矿，干密度1.61g/cm3，非毛管孔隙度6.1％，pH值9.7，含盐量2.6g/kg，有机质含量0.99g/kg，水解性氮含量为17.9mg/kg，有效磷2.9mg/kg，氟含量≥80g/kg；所述尾矿渣的粒径小于20cm。
所述天然沸石的粒径为0.5-1mm。
上述的尾矿渣土壤改良基质的制备方法，包括以下步骤：按照重量份数，将尾矿渣、蚯蚓粪有机肥、天然沸石、生化黄腐酸钾、农业级磷酸二氢铵混合均匀即得。
实施例2
一种尾矿渣土壤改良基质，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥20份，天然沸石10份，生化黄腐酸钾0.5份，农业级磷酸二氢铵0.4份。
其余同实施例1。
实施例3
一种尾矿渣土壤改良基质，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥10份，天然沸石2份，生化黄腐酸钾2份，农业级磷酸二氢铵1.6份。
其余同实施例1。
实施例4
实施例1的改良基质在尾矿库/坝中的应用。所述尾矿库/坝位于湖南省郴州市某黄玉萤石型锡铁铅锌矿。
其中尾矿渣干密度1.61g/cm3，非毛管孔隙度6.1％，pH值9.7，含盐量2.6g/kg，重有机质含量0.99g/kg，水解性氮含量为17.9mg/kg，有效磷2.9mg/kg，氟含量≥80g/kg。
所述应用包括以下步骤：
S1、场地平整：对尾矿坝上的尾矿渣进行深耕犁地，初步分离板结连成大块的尾矿渣，使尾矿渣变成粒径小于20cm的块体，且场地坡度小于45度；
S2、材料A的制备：将蚯蚓粪有机肥和沸石混合，搅拌均匀作为材料A；其中蚯蚓粪有机肥的用量为5-10kg/m2，天然沸石的用量为1-5kg/m2；
S3、材料B的制备：按照磷酸二氢铵∶生化黄腐酸钾∶水＝4∶5∶600的质量比配置溶液，搅拌均匀装于喷雾器等容器中，作为材料B；其中生化黄腐酸钾的用量为0.25-1kg/m2，农业级磷酸二氢铵的用量为0.2-0.8kg/m2；
S4、材料C的制备：将材料A尽量均匀的撒在平整后的尾矿渣表面，继续耕作犁地5-20cm深，将材料A和尾矿渣混合均匀，作为材料C；
S5、土壤改良基质的制备：将材料B尽量均匀地喷洒在材料C的表面，继续耕作犁地5-20cm深，将材料B和材料C混合均匀，即得改良基质。
尾矿渣土壤改良基质前后对比见图1、图2所示。
选取对重金属和氟化物等污染物具有一定抗性或者富集能力的先锋植物，先锋植物包括波斯菊、金盏菊、蜀葵、香根草、籽粒苋、苦麻菜、牛筋草、紫云英中的任意一种或者多种，采用撒播的方式在适合植物生长的季节于改良基质上进行播种，并采取粗犷式方法进行管理。改良前后植物生长情况如图3、图4所示，植物成活率远高于直接采用尾矿渣种植，植株长度是直接采用尾矿渣种植的1.3-1.7倍。植物种植前后改良基质中的F含量和重金属含量如表2所示。
对比例1
一种尾矿渣土壤改良基质，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥15份，生化黄腐酸钾1份，农业级磷酸二氢铵0.8份。其余同实施例1。
对比例2
一种尾矿渣土壤改良基质，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥15份，天然沸石15份，生化黄腐酸钾1份，农业级磷酸二氢铵0.8份。其余同实施例1。
对比例3
一种尾矿渣土壤改良基质，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥15份，天然沸石6份，生化黄腐酸钾1份。其余同实施例1。
对比例4
一种尾矿渣土壤改良基质，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥15份，天然沸石6份，生化黄腐酸钾1份，农业级磷酸二氢铵2份。其余同实施例1。
对比例5
一种尾矿渣土壤改良基质，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥15份，天然沸石15份，生化黄腐酸钾1份，农业级磷酸二氢铵0.2份。其余同实施例1。
对比例6
一种尾矿渣土壤改良基质，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥15份，天然沸石6份，农业级磷酸二氢铵0.8份。其余同实施例1。
对比例7
一种尾矿渣土壤改良基质，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥15份，天然沸石6份，生化黄腐酸钾3份，农业级磷酸二氢铵0.8份。其余同实施例1。
按照CJT340-2016《绿化种植土壤》对实施例1-4和对比例1-5中改良土壤理化性质的进行测试，其结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003264257010000061
注：成本单位为元/m2，其中，每1m2的取土深度为5-20cm。
由表1可见，对比例1和实施例1相比，缺少了沸石，所以其干密度、非毛管孔隙度和非毛管孔隙度：毛管孔隙度都不满足规范CJT340-2016的要求；同时pH值有所上升，而三个肥力指标呈现出相应的下降趋势，说明沸石有抑碱和保肥的作用。
对比例2和实施例1相比，沸石用量更大，超过了改良所需的最大值，但是其干密度、非毛管孔隙度和非毛管孔隙度：毛管孔隙度却反而不满足规范CJT340-2016的要求，说明沸石的用量并不是越多越好。且成本上升。
对比例3和实施例1相比，缺少了磷酸二氢铵，所以其pH值和有效氮磷的含量不满足规范CJT340-2016的要求；同时非毛管孔隙度：毛管孔隙度也受到了一定的影响，导致其不满足规范CJT340-2016的要求。
对比例4和实施例1相比，磷酸二氢铵用量更大，超过了改良所需的最大值，但是其pH值却下降到了5.7，呈现出酸性，而大多数植物喜欢在中性环境下生长；此外，有效氮磷的含量超过了规范CJT340-2016的要求，营养过剩会生长青苔等植物，使得土壤越来越贫瘠，这说明磷酸二氢铵的用量并不是越多越好。
对比例5和实施例1相比，磷酸二氢铵更少了，沸石用量更多了，出现了与对比例2和3共同的现象，除了有机质，其他指标都不满足规范CJT340-2016的要求。
对比例6和实施例1相比，缺少了生化黄腐酸钾，所以其pH值不满足规范CJT340-2016的要求；同时非毛管孔隙度：毛管孔隙度也受到了一定的影响，导致其不满足规范CJT340-2016的要求。
对比例7和实施例1相比，生化黄腐酸钾的用量更大，超过了改良所需的最大值，出现了和对比例4相同的现象，这说明生化黄腐酸钾的用量并不是越多越好。
表2种植前后土壤中F含量和重金属含量
铅含量，mg/kg 锌含量，mg/kg 总氟化物，mg/kg
种植前 3482 2108 85524
种植后 2862 1352 436
由表2可知，种植前后改良基质中的氟化物含量降低明显，说明本发明提供的改良方法在增加植物种植后，改良基质中氟含量得到改善。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种尾矿渣土壤改良基质，其特征在于，按重量份计，其原料组分包括：尾矿渣100份、蚯蚓粪有机肥10-20份、天然沸石2-10份、生化黄腐酸钾0.5-2份、农业级磷酸二氢铵0.4-1.6份。
2.根据权利要求1所述的一种尾矿渣土壤改良基质，其特征在于，所述尾矿渣来自于黄玉萤石型锡铁铅锌矿，干密度≥1.61g/cm3，非毛管孔隙度≤6.1％，pH≥9.7，含盐量≥2.6g/kg，有机质含量≤0.99g/kg，水解性氮含量≤17.9mg/kg，有效磷≤2.9mg/kg，氟含量≥80g/kg；所述尾矿渣的粒径小于20cm。
3.根据权利要求1所述的一种尾矿渣土壤改良基质，其特征在于，所述天然沸石的粒径为0.5-1mm。
4.权利要求1-3任一项所述的尾矿渣土壤改良基质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照重量份数，将尾矿渣、蚯蚓粪有机肥、天然沸石、生化黄腐酸钾、农业级磷酸二氢铵混合均匀即得。
5.权利要求1-3任一项所述的尾矿渣土壤改良基质在尾矿库/坝中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：
S1、场地平整：对尾矿坝上的尾矿渣进行深耕犁地，初步分离板结连成大块的尾矿渣，使尾矿渣变成粒径小于20cm的块体，且场地坡度小于45度；
S2、材料A的制备：将蚯蚓粪有机肥和沸石混合，搅拌均匀作为材料A；其中蚯蚓粪有机肥的用量为5-10kg/m2，天然沸石的用量为1-5kg/m2；
S3、材料B的制备：按照磷酸二氢铵∶生化黄腐酸钾∶水＝4∶5∶600的质量比配置溶液，搅拌均匀装于喷雾器中，作为材料B；其中生化黄腐酸钾的用量为0.25-1kg/m2，农业级磷酸二氢铵的用量为0.2-0.8kg/m2；
S4、材料C的制备：将材料A尽量均匀的撒在平整后的尾矿渣表面，继续耕作犁地5-20cm深，将材料A和尾矿渣混合均匀，作为材料C；
S5、土壤改良基质的制备：将材料B尽量均匀地喷洒在材料C的表面，继续耕作犁地5-20cm深，将材料B和材料C混合均匀，即为改良基质。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，还包括：S6、选取先锋植物，采用撒播的方式在适合植物生长的季节于改良基质上进行播种，并采取粗犷式方法进行管理。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述先锋植物包括波斯菊、金盏菊、蜀葵、香根草、籽粒苋、苦麻菜、牛筋草、紫云英中的任意一种或多种。
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CN114874038A (zh) * 2022-04-29 2022-08-09 湖北艾迪普生物科技有限公司 一种使用磷矿选矿尾矿制备的生物磷肥及其制备方法

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