CN113649409B - 矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法，包括1)场地表面清理、2)尾矿库/排土场表层土取样、3)表层土壤改良、4)场地划区建渠、5)铺设灌溉管、6)草种种植、7)灌木移植、8)后期养护步骤，采用的土壤改良剂包括：碱性调理剂20‑40％，有机肥50‑70％，凹凸棒土2‑10％，碳气凝胶2‑10％，微生物菌种2‑10％。本发明采用的土壤改良剂不仅持续不断的降低尾矿库的酸性、提高酸性尾矿库土壤的pH值并固化、稳定化重金属、保水保肥，降低尾砂中有效态重金属含量，还增加尾矿库土壤的有机质，有效提升其肥力，有助于尾矿库的生态恢复，可以有效缓解矿山废弃地的生态修复难题，并且能够减少人力、物力及生态修复成本。

Description

矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法

技术领域

本发明涉及矿山废弃地生态修复技术领域，更具体地说，涉及一种酸性尾矿库、酸性排土场的生态修复方法。

背景技术

由于我国矿产资源丰富，在开采矿石资源的同时，留下了很多尾矿库、排土场等矿山废弃地，这些矿山废弃地中留有许多选矿或加工后留下的矿渣，其理化性质与普通的地表土壤性质不同，大多呈酸性，重金属离子超标，且无植物正常生长所需的氮、磷、钾等多种营养元素。因此这些矿山废弃地的地面上往往无法生长植被。

尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。而尾矿库土壤往往呈酸性，重金属离子超标，且无植物正常生长所需的氮、磷、钾等多种营养元素，因此尾矿库的地面上往往无法生长植被。

排土场又称废石场，是指矿山采矿排弃物集中排放的场所。在长期的开采中排放废石、土形成的排土场，不仅使生态圈遭到了破坏，矿区内的土壤结构也遭受到了一定的破坏。

我国尾矿库、排土场大部分采取传统的覆客土后再进行生态恢复，而此种方法需要消耗大量优质客土，工程费用高且容易出现返酸现象。因此，尾矿库无覆土改良方法成为众多环保科研工作者的研究方向之一。

传统的酸化土壤改良剂往往都是作用于酸性土壤中使用的，但因尾矿库中尾砂成分与普通土壤的成分不同，基本无营养成分，且因含硫量高，会持续输出酸性。因此现有的酸化土壤改良剂并不能满足酸性尾矿库无覆土改良土质的要求。

《中国水土保持科学》增刊2013年12月发表的“露天矿排土场生态修复与植被重建技术”，通过对排土场现状复垦植被进行多项土壤改良方法的试验研究，选择露天矿排土场土壤系统修复的最佳技术；通过总结黑岱沟露天矿多年的水土保持与生态重建工作经验，最终选出适宜矿区内生长的植被类型；试验优选后提出矿区植被重建的关键技术体系，最终形成适宜矿区环境特点的露天矿排土场生态修复与植被重建技术体系。但该技术不适合酸性排土场的生态修复。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中存在的需要消耗大量优质客土、工程费用高且容易出现返酸现象以及工程量大、修复时间长等问题，而提供一种矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法，可以有效缓解矿山废弃地的生态修复难题，降低矿山废弃地土壤的酸度及重金属的有效态，提高其肥力，并且能够减少人力、物力及生态修复成本。

为实现本发明的上述目的，本发明一种矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法通过以下步骤实施：

1)场地表面清理：通过机械对尾矿库/排土场进行清表，去除大的石块及杂物，并使用旋耕机将表层25－40cm的土层进行翻耕、松土；翻耕、松土深度以30cm为宜，清除的石块块度一般是30mm及以上，杂物包括树枝、塑料袋等。

2)尾矿库/排土场表层土取样：取尾矿库/排土场表层土壤进行理化性质化验，主要的理化性质指标为pH、净产酸、重金属、有机质、氮磷钾；重金属种类根据尾矿库、排土场类型来定。

3)表层土壤改良：根据尾矿库/排土场具体理化性质配置土壤改良剂，将土壤改良剂洒在场地表层，并通过旋耕机使土壤改良和场地表层原土搅拌均匀，搅拌深度为25－40cm，搅拌深度以30cm为宜；

所述的土壤改良剂是由以下组份的原料按比例混合而成，原料中各组份的质量百分含量为：碱性调理剂20-40％，有机肥50-70％，凹凸棒土2-10％，碳气凝胶2-10％，微生物菌种2-10％；原料中各组份的质量百分含量优选为：碱性调理剂28-32％，有机肥55-60％，凹凸棒土3-6％，碳气凝胶3-6％，微生物菌种3-6％。

4)场地划区建渠：将需要进行生态修复的场地按照(15－30m)×(15－30m)进行划区，每个区块交界处设置沟渠，用于场地排水；场地按照25m×25m进行划区为宜，沟渠宽20cm左右，深在15cm左右。

5)铺设灌溉管：在场地内铺设灌溉管，灌溉管采用PE管，采用地面敷设；灌溉管根据划区进行分区铺设，分为输水干管、分水支管和毛管。

6)草种种植：将配置的草种播撒在场地表面，并且使用灌溉管进行表层灌溉后，在场地表面铺设一层干稻草进行保湿；在种子生长过程中，根据实际情况多次进行灌溉。

7)灌木移植：在步骤6)的草种发芽并生长一段时间后，根据实际情况将所搭配的灌木种苗移植于场地中。

8)后期养护：种植完成后的3个月内，定期检查植物生长状况，发现死株进行补植；在灌木种苗在移植初期进行施肥；在非雨季对场地植物实时进行灌溉补水。

所述的碱性调理剂用于中和土壤的酸性，优选生石灰粉、熟石灰粉、白云石粉、石灰石粉、碱渣粉、钢渣粉中的一种或多种，所述的各种粉料的纯度≥90％，细度为-100目含量≥90％；所述的有机肥为农业生产废料、绿化养护管理废料、禽畜粪便中的一种或多种经堆肥发酵、烘干、粉碎处理后的无害化肥料。

所述的农业生产废料为稻壳、秸秆中的一种或二者的混合物，所述的绿化养护管理废料为树叶、草屑中的一种或二者的混合物。

步骤6)中所述的草种可为禾本科多年生草本植物、豆科植物，其中禾本科多年生草本植物与豆科植物的搭配比例为(5：5)-(8：2)，草种播种量为4-7公斤/亩；步骤7)中所述的灌木为可在微酸性土壤中生长的常绿灌木。禾本科多年生草本植物可以选择百喜草、高羊茅、黑麦草、皇竹草等；豆科植物可以选择苜蓿、田菁、白柠条、驴食草、胡枝子等。

所述的灌木为红花檵木、假连翘、栀子花、茶梅或花叶青木，可在微酸性土壤中生长的常绿灌木，必要时可采用植树袋育苗后移植，以提高苗木存活率。

所述的凹凸棒土为粉料，细度为-200目含量≥90％；所述的碳气凝胶为粉料，其平均粒径小于6μm，比表面积大于1000m²/g。

所述微生物菌种为粉剂菌种，包括恶臭假单胞菌、枯草芽孢杆菌、硫酸盐还原菌，其中三种菌种配合比例为1：(1.8－2.2)：(1.8－2.2)，以1:2:2为优。

实验室研究和现场试验研究表明，本发明原料中各组份碱性调理剂、有机肥、凹凸棒土、碳气凝胶、微生物菌种协同作用，不仅持续不断的降低尾矿库的酸性、提高酸性尾矿库土壤的pH值并固化、稳定化重金属、保水保肥，降低尾砂中有效态重金属含量，还增加尾矿库土壤的有机质，有效提升其肥力。

与现有技术相比，本发明矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法具有如下优点：

(1)本发明在其生态修复过程中不使用外来客土，可以降低因客土来源不明而带来的外来污染的风险，同时亦降低了生态修复成本；使用的土壤改良剂的原料广泛、制备方法简单易行，同时应用了利于矿山修复的菌种，有利于矿山废弃地生态系统的构建；

(2)本发明中添加的碱性调理剂采用碱性矿石或碱性固废，可提高酸性尾矿库土壤的pH值，起到降低尾砂中有效态重金属含量的作用。

(3)本发明中添加的有机肥为农业生产废料、绿化养护管理废料、禽畜粪便等废料经堆肥发酵处理后的无害化肥料，可以增加尾矿库土壤的有机质，有效提升其肥力，提供生态恢复植被生长所需的养分，且促进尾矿库中微生物的繁殖。

(4)本发明中添加的凹凸棒土具有阳离子可交换性、吸水性、较大的比表面积等性质，可改善尾矿库尾砂性质，吸附尾砂土壤中的重金属，降低尾矿库的酸性。

(5)本发明中添加的碳气凝胶属于一种轻质、多孔、非晶态、具有纳米微孔结构的新型前沿纳米碳材料，因其比表面积大、吸附能力强等特性，应用于尾矿库土壤改良剂中，可以长期稳定的固化尾砂中的重金属，而且可以具有较好的保水保肥作用。

(6)本发明中添加的微生物菌种包括恶臭假单胞菌、枯草芽孢杆菌、硫酸盐还原菌，其中恶臭假单胞菌可降低重金属等对植物种子的生长发育抑制作用；枯草芽孢杆菌作为生物肥料，促进植被生长；硫酸盐还原菌则可把尾矿库中的硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等硫氧化物及元素硫还原成硫化氢，持续不断的降低尾矿库的酸性。

本发明中的土壤改良剂及植物搭配可根据待修复场地的实际情况而进行调整，更具备因地制宜的性质，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法采用的灌溉管路结构布局示意图。

具体实施方式

为描述本发明，下面结合实施例对本发明矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法做进一步详细说明。

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法做进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员受其启示，在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

受某公司委托，对某尾矿库进行生态修复。该尾矿库堆存物料主要为铁矿尾砂(前期堆存)及铜矿废石(后期堆存)，尾矿库渗滤液呈酸性，且铜等重金属离子超标。针对该尾矿库的特殊性质，选择了尾矿库顶面较为平坦的场地作为实施区，采用本发明中的方法进行生态修复。所述方法包括以下步骤：

(1)场地表面清理：本次生态修复实施区的大小为60m×30m(长×宽)。首先通过机械进行清表，去除大的石块或杂物，并使用旋耕机将表层30cm的土层进行翻耕、松土。

(2)尾矿库表层土取样：在实施区以五点取样法在5个取样点各取1kg表层0-20cm间的土样，再通过四分法制成混合样。将混合样进行理化性质化验，检测结果见下表。

(3)表层土壤改良：根据尾矿库具体理化性质配置土壤改良剂120吨，分2次将土壤改良剂洒在场地表层，并通过旋耕机使改良剂和场地原土搅拌均匀，搅拌深度为30cm。经过土壤改良后的土壤pH为6.51，其余理化性质均得到有效提升。

本次使用的土壤改良剂按重量分数包含以下物质：35份碱性调理剂(生石灰：白云石粉＝8：2)、55份有机肥、2份凹凸棒土、2份碳气凝胶、6份微生物菌种(恶臭假单胞菌：枯草芽孢杆菌：硫酸盐还原菌＝1：2：2)。

(4)场地划区建渠：将实施区按照15m×15m进行划区，共有每个区块交界处设置沟渠，用于场地排水。沟渠宽20cm，深15cm。

(5)铺设灌溉管：在场地内铺设灌溉管，灌溉管采用PE管，采用地面敷设。

由图1所示的本发明矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法采用的灌溉管路结构布局示意图看出，铺设的灌溉管是由输水干管、分水支管、毛管构成，输水干管与水源连接，并沿着灌溉地长度方向中线位置铺设，分水支管与输水干管垂直并等间距铺设，各分水支管与输水干管连通；毛管平行于输水干管等间距铺设，毛管与分水支管连通。

(6)草种种植：将配置的16.2kg草种播撒在场地表面，并且使用灌溉管进行表层灌溉后，在场地表面铺设一层干稻草进行保湿。在种子生长过程中，根据实际情况多次进行灌溉。

本次使用的草种按重量分数搭配比例为2份百喜草、2份高羊茅、2份黑麦草、1份苜蓿、1份田菁、1份白柠条、1份驴食草。

(7)灌木移植：在上一步骤的草种发芽并生长一段时间后，根据实际需求在实施区移种灌木种苗，对该区域绿化进行加以点缀。本次实施例中移种的灌木为红花檵木、假连翘、花叶青木。

(8)后期养护：定期检查植物生长状况，发现死株进行补植。灌木种苗在移植初期还需多施肥，以加速其适应新的生长环境。在非雨季时，需对场地植物实时进行灌溉补水。

通过本发明中的生态修复方法进行此次实践，在进行生态修复半年后，实施区内绿草茵茵，植物品种丰富，根系发达且肥大，达到了此次生态修复的目的。

Claims (4)

1.一种矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法，其特征在于通过以下步骤实施：

1)场地表面清理：通过机械对尾矿库/排土场进行清表，去除大的石块或杂物，并使用旋耕机将表层25－40cm的土层进行翻耕、松土；

2)尾矿库/排土场表层土取样：取尾矿库/排土场表层土壤进行理化性质化验，理化性质指标包括pH、净产酸、重金属、有机质、氮磷钾；

3)表层土壤改良：根据尾矿库/排土场具体理化性质配置土壤改良剂，将土壤改良剂洒在场地表层，并通过旋耕机使土壤改良和场地表层原土搅拌均匀，搅拌深度为25－40cmcm；

所述的土壤改良剂是由以下组份的原料按比例混合而成，原料中各组份的质量百分含量为：碱性调理剂20-40％，有机肥50-70％，凹凸棒土2-10％，碳气凝胶2-10％，微生物菌种2-10％；

所述的碱性调理剂为碱渣粉、钢渣粉中的一种或二者的混合，所述的碱渣粉、钢渣粉的纯度≥90％，细度为-100目含量≥90％；所述的有机肥为农业生产废料、绿化养护管理废料、禽畜粪便中的一种或多种经堆肥发酵、烘干、粉碎处理后的无害化肥料；

所述的农业生产废料为稻壳、秸秆中的一种或二者的混合物，所述的绿化养护管理废料为树叶、草屑中的一种或二者的混合物；

所述的凹凸棒土为粉料，细度为-200目含量≥90％；所述的碳气凝胶为粉料，其平均粒径小于6μm，比表面积大于1000m²/g；

所述微生物菌种为粉剂菌种，包括恶臭假单胞菌、枯草芽孢杆菌、硫酸盐还原菌，其中三种菌种配合比例为1：(1.8－2.2)：(1.8－2.2)；

4)场地划区建渠：将需要进行生态修复的场地按照(15－30m)×(15－30m)进行划区，每个区块交界处设置沟渠，用于场地排水；

5)铺设灌溉管：在场地内铺设灌溉管，灌溉管采用PE管，采用地面敷设；灌溉管根据划区进行分区铺设，分为输水干管、分水支管和毛管；

6)草种种植：将配置的草种播撒在场地表面，并且使用灌溉管进行表层灌溉后，在场地表面铺设一层干稻草进行保湿；在种子生长过程中，根据实际情况多次进行灌溉；

7)灌木移植：在步骤6)的草种发芽并生长一段时间后，根据实际情况将所搭配的灌木种苗移植于场地中；

8)后期养护：种植完成后的3个月内，定期检查植物生长状况，发现死株进行补植；在灌木种苗在移植初期进行施肥；在非雨季对场地植物实时进行灌溉补水。

2.如权利要求1所述的矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法，其特征在于：步骤6)中所述的草种可为禾本科多年生草本植物、豆科植物，其中禾本科多年生草本植物与豆科植物的搭配比例为(5：5)-(8：2)，草种播种量为4-7公斤/亩；步骤7)中所述的灌木为可在微酸性土壤中生长的常绿灌木。

3.如权利要求2所述的矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法，其特征在于：所述的禾本科多年生草本植物从百喜草、高羊茅、黑麦草、皇竹草中选择；所述的豆科植物从苜蓿、田菁、白柠条、驴食草、胡枝子中选择，所述的灌木从红花檵木、假连翘、栀子花、茶梅或花叶青木中选择。

4.如权利要求3所述的矿山酸性尾矿库/排土场生态修复方法，其特征在于原料中各组份的质量百分含量为：碱性调理剂28-32％，有机肥55-60％，凹凸棒土3-6％，碳气凝胶3-6％，微生物菌种3-6％。

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