CN113854101A - 一种利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法。该尾矿位于高寒高海拔地区，所用的改良材料为废菌棒（茶树菇菌棒和银耳菌棒）、腐熟后的牦牛粪。土壤化铜尾矿的具体过程为利用废茶树菇菌棒与铜尾矿在热解装置中进行共热解，产生生物炭改良剂，使铜尾矿中含硫化合物、残留浮选药剂及重金属等对环境和植物有害的物质去除；热解后尾矿按一定比例混入废银耳菌棒和经腐熟的牦牛粪，进一步改良尾矿的团聚性及基质肥力，提升其保水保墒性能，经过一段时间的养护后，实现铜尾矿的土壤化。使用的改良材料经济有效，能同时实现尾矿、废菌棒和牦牛粪的资源化利用，切实改良尾矿的周边环境。
Description
技术领域
本发明属于尾矿生态修复技术领域，具体涉及一种利用废菌棒及牦牛粪土壤化铜尾矿的方法。
背景技术
在推动我国经济发展的过程中，伴随着大量矿产资源的开发。而我国的矿产资源丰富，分布广泛，铜矿资源也占有一定比例。而铜矿中铜的平均品位为0.077%，属低品位矿石，因此采选后会导致大量尾矿产生。尾矿中含多种可利用的成分，将其资源化利用已成为减少它的一个重要途径。常见的资源化利用方式有：生产建材、有价金属回收、尾矿回填与土地复垦等。目前，现有技术难以大量资源化利用尾矿，造成尾矿的大量堆存，会对周边的大气、水、土壤环境造成影响，而由尾矿库引起的地质灾害也时有发生 。因此减少尾矿的大量堆存，恢复周边土壤的生态环境成为了一个亟待解决的问题。而尾矿致密、降雨后容易板结、肥力极低、某些重金属超标的缺点使得其植被恢复非常困难。因此，需将大量的尾矿土壤化以达到生态修复目的。
废菌棒是培养完食用菌后产生的废弃物，我国是食用菌生产大国，会造成废菌棒的大量堆存，目前我国对于废菌棒的实际资源化利用较少。而废菌棒的成分主要是木屑、麸皮、棉籽壳等，具有较高的孔隙度，加入后能改善尾矿致密性的缺点，同时提升尾矿的肥力指标，如有机质、全氮及碱解氮等。因此在实现铜尾矿土壤化的同时，也能解决废菌棒的大量堆存问题，减少其对环境的污染。铜尾矿位于高寒高海拔地区，位置偏远，因此要进行尾矿的土壤化，需要严格筛选改良材料，控制成本。高寒高海拔地区养殖大量牦牛，可收集牦牛粪便腐熟后加入尾矿中提升肥力，增加团聚性。
目前对铜尾矿土壤化的研究较少，常见的方法是在铜尾矿中添加一些材料使得尾矿的肥力提升。例如侯浩波等人的发明专利一种铅锌尾矿土壤化改良剂及其应用（申请号：202010408080.X），该专利的内容是利用生物炭和污泥灰改良铅锌尾矿基质，使铅锌尾矿中有害重金属Pb、Zn、Cd的赋存形态由生物有效性高的弱酸可提取态向生物有效性低的残渣态转化，同时提供可被植物吸收的有机质,还具有良好的保水保肥能力。该法虽然达到的废物的资源化利用，但是使用的是城市污泥烧制的污泥灰，间接将其他重金属引入了尾矿中，种植植物后可能会对植物产生毒害作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用废菌棒及牦牛粪土壤化铜尾矿的方法，该法使得尾矿中的含硫化合物、浮选药剂及重金属含量降低，同时使其肥力提高，团聚性增加且具有相应的保水保墒能力。
本发明的目的是这样实现的，一种利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，包括以下步骤：
步骤一，将废茶树菇菌棒与铜尾矿共热解；
步骤二，将所得热解尾矿与废银耳菌棒和腐熟后牦牛粪混合均匀。
优选的，所述废茶树菇菌棒的主要组成材料为木屑、玉米芯，其中木屑占比60%~70%、玉米芯占比20%~25%，热解前去袋并破碎至1~2cm。
优选的，所用的铜尾矿含水率为10%~30%。
优选的，废茶树菇菌棒加入量为铜尾矿质量的1%~20%。
优选的，所述共热解的装置包括搅拌系统、热解系统、冷凝水系统，所述搅拌系统包括入料口1、搅拌轴2和搅拌箱3，所述入料口1设置在搅拌箱3上方，搅拌轴2设置在搅拌箱3内；所述搅拌系统通过物料输送管4与热解系统连接，所述热解系统包括热解箱体5、加热层6、隔热层7、温度控制面板8、电源开关9、烟气冷凝管14，所述加热层6设置在热解箱体5内，所述温度控制面板8和电源开关9设置在热解箱体5的下部，所述加热层6和温度控制面板8、电源开关9之间设置有隔热层7；所述冷凝水系统包括套设在烟气冷凝管14外侧的冷凝装置11和冷凝水收集箱13，所述冷凝装置11上设置有冷凝水入口10和冷凝水出口12，所述冷凝水出口12连接冷凝水收集箱13；所述烟气冷凝管14连接木醋液收集箱15。
优选的，所述共热解的温度为500℃~1000℃。
优选的，所述共热解的时间为10min~60min。
共热解过程中会产生生物炭改良剂，对尾矿中的含硫化合物、残留浮选药剂及重金属有一定的吸附作用，同时对尾矿的肥力有一定的提升。
共热解过程中基质会产生水蒸气，有利于铜尾矿中的重金属吸附在生物炭上 。
优选的，步骤二中所述的废银耳菌棒的主要组成材料为棉籽壳、麦麸，其中棉籽壳占比60%，麦麸占比36%。棉籽壳在加入前期会增加尾矿的孔隙度，后期降解后会增加铜尾矿的肥力；使用前需去袋后再破碎至1~2cm。
优选的，牦牛粪需要经过堆肥腐熟，具体腐熟步骤为：
S1、材料准备：将干牦牛粪破碎为1~3cm，加入青稞秸秆调节碳氮比；
S2、接种：发酵菌的添加量为牦牛粪和秸秆总质量的0.01%，加水后调节含水率达65%。按长为1m、宽为0.5m堆成拱形堆垛；
S3、腐熟：为保证堆肥阶段有适当的温度和水分，在堆肥中进行覆膜。为保证氧气充足每隔3d翻堆一次；腐熟分为3个阶段：升温阶段、高温阶段和降温阶段；整个腐熟阶段为30d~45d左右。
优选的，添加的废银耳菌棒质量为热解尾矿的1%~5%。
优选的，添加的腐熟牦牛粪质量为热解尾矿的1%~10%。
优选的，将步骤一共热解产生的木醋液施入步骤二热解尾矿中，能降低基质的碱度。添加的木醋液质量为热解尾矿和改良材料总质量的0.05%~0.1%。
优选的，废银耳菌棒与腐熟牦牛粪加入后与热解尾矿均匀混合并养护60d，养护过程中使其含水率保持在20%。
本发明的有益效果为：
（1）经济可行，以废治废。该发明能同时实现铜尾矿、废菌棒和牦牛粪的资源化利用。解决废菌棒的堆存问题；将铜尾矿土壤化，减少其对周边水、大气和土壤的不良影响；牦牛粪在高寒高海拔地区容易获得，减少了运输成本。
（2）配方合理，方法科学。废茶树菇菌棒和尾矿共热解会产生木醋液，水蒸气及生物炭改良剂，生物炭改良剂能对尾矿中的含硫化合物、残留浮选药剂及重金属有一定的吸附作用；在水蒸气的作用下更有利于生物炭对尾矿中重金属的吸附；高温热解能使重金属的形态发生变化，由交换态向难利用的残渣态转化。生成的木醋液呈强酸性，能与碱性尾矿及碱性改良材料（生物炭和牦牛粪）中。废银耳菌棒含有不易降解的棉籽壳，前期可改善尾矿的致密性，后期被降解能增加肥力。腐熟后的牦牛粪肥力高，能提升尾矿中的营养，形成团聚体，提高保水保墒能力，达到铜尾矿土壤化的目的。
（3）高寒高海拔地区只有较薄的土壤表皮，将铜尾矿土壤化增加了植物可生存的基质。本发明所使用的几种改良材料对铜尾矿中的含硫化合物、浮选药剂及重金属浓度有一定的降低作用，对基质的肥力提升效果具有长期的有效性和稳定性，能重构尾矿库的生态功能，实现适生植物的定殖，为尾矿库区的生态修复提供了参考方案。
附图说明
图1为本申请共热解的装置示意图；
其中，1-入料口、2-搅拌轴、3-搅拌箱、4-物料输送管、5-热解箱体、6-加热层、7-隔热层、8-温度控制面板、9-电源开关、10-冷凝水入口、11-冷凝装置、12-冷凝水出口、13-冷凝水收集箱、14-烟气冷凝管、15-木醋液收集箱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
试验地区概况：
实验区为西藏华泰龙墨竹工卡甲玛铜矿尾矿坝，该地区处于高寒高海拔，太阳辐射强，日照充足，气温年较差小，日较差大。冷暖干湿季节变化分明，高温同雨季一致；干冷季节长，暖湿季短，土壤冻结期长。所述的尾矿采自西藏甲玛铜矿的尾矿坝，该铜尾矿呈碱性，肥力低于正常土壤，其性质如下：
实施例1
一种利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，具体包括以下步骤：
（1）改良材料的准备：将废茶树菇菌棒、废银耳菌棒去袋后破碎至1~2cm，将牦牛粪破碎至1~3cm后腐熟。
（2）将含水率为10%的铜尾矿与废茶树菇菌棒放入共热解装置中热解，废茶树菇的添加质量为铜尾矿质量的1%，热解温度为500℃，热解时间为20min。
（3）共热解完成后，再加入与热解尾矿质量比为1%废银耳菌棒及与热解尾矿质量比为1%的腐熟牦牛粪，加入收集的木醋液0.075%，待培养60d后测改良后尾矿的理化指标。经土壤化的尾矿疏松度增加，颜色变深，pH值为8.5，尾矿的有机质含量增加为45.2g/kg，全氮含量增加为20.9g/kg；全磷含量变为3.1g/kg；全钾含量为11.4g/kg；碱解氮含量增加为21.1mg/kg；速效钾为72.3mg/kg；速效磷7.8mg/kg；铜含量减少至469.5mg/kg；砷含量减少为62.1mg/kg。
实施例2
一种利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，具体包括以下步骤：
（1）改良材料的准备：将废茶树菇菌棒、废银耳菌棒去袋后破碎至1~2cm，将牦牛粪破碎至1~3cm后腐熟。
（2）将含水率为20%的铜尾矿与废茶树菇菌棒放入共热解装置中热解，，废茶树菇的添加质量为铜尾矿质量的10%，热解温度为700℃，热解时间为30min。
（3）共热解完成后，再加入与热解尾矿质量比为3%废银耳菌棒及与热解尾矿质量比为5%的腐熟牦牛粪，待培养60d后测改良后尾矿的理化指标。经土壤化的尾矿疏松度增加，颜色变深，pH值为8.7，尾矿的有机质含量增加为67.2g/kg，全氮含量增加为45.7g/kg；全磷含量变为5.8g/kg；全钾含量为14.5g/kg；碱解氮含量增加为45.7mg/kg；速效钾为73.2mg/kg；速效磷为12.5mg/kg；铜含量减少至355.2mg/kg；砷含量减少为27.9mg/kg。
实施例3
一种利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，具体包括以下步骤：
（1）改良材料的准备：将废茶树菇菌棒、废银耳菌棒去袋后破碎至1~2cm，将牦牛粪破碎至1~3cm后腐熟。
（2）将含水率为30%的铜尾矿与废茶树菇菌棒放入共热解装置，废茶树菇的添加质量为铜尾矿质量的20%，热解温度为1000℃，热解时间为60min，
（3）共热解完成后，再加入与热解尾矿质量比为5%废银耳菌棒及与热解尾矿质量比为10%的腐熟牦牛粪，加入收集的木醋液0.05%，待培养60d后测改良后尾矿的理化指标。经土壤化的尾矿疏松度增加，颜色变深，pH值为9.0，尾矿的有机质增加到80.5g/kg，全氮含量增加为57.2g/kg；全磷含量变为8.3g/kg；全钾含量为15.1g/kg；碱解氮含量增加为54.1mg/kg；速效钾为77.9mg/kg；速效磷为17.5mg/kg；铜含量减少至239.1mg/kg；砷含量减少为22.4mg/kg。
实施例4
一种利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，具体包括以下步骤：
（1）改良材料的准备：将废茶树菇菌棒、废银耳菌棒去袋后破碎至1~2cm，将牦牛粪破碎至1~3cm后腐熟。
（2）将含水率为20%的铜尾矿与废茶树菇菌棒放入共热解装置，废茶树菇的添加质量为铜尾矿质量的5%，热解温度为700℃，热解时间为40min。
（3）共热解完成后，再加入与热解尾矿质量比为3%废银耳菌棒及与热解尾矿质量比为5%的腐熟牦牛粪，加入收集的木醋液0.1%，待培养60d后测改良后尾矿的理化指标。经土壤化的尾矿疏松度增加，颜色变深，pH的值下降至8.3，适合大多数植物生长；尾矿的有机质含量增加为66.2g/kg，全氮含量增加为43.5g/kg；全磷含量变为6.3g/kg；全钾含量为14.1g/kg；碱解氮含量增加为42.9mg/kg；速效钾为72.2mg/kg；速效磷为13.0mg/kg；铜含量减少至357.5mg/kg；砷含量减少为26.0mg/kg。
综上所述，实施例4中土壤化后的铜尾矿性质更满足要求，即铜尾矿的含水率为20%，废茶树菇的添加质量为铜尾矿质量的5%，热解温度为700℃，热解时间为40min。与热解尾矿质量比为3%废银耳菌棒及与热解尾矿质量比为5%的腐熟牦牛粪，加入收集的木醋液0.1%，既能减弱重金属的污染，也能使尾矿的土壤化效果更好。该实施例所用材料添加比例适宜，更经济可行。
Claims (10)
1.一种利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，将废茶树菇菌棒与铜尾矿共热解；
步骤二，将所得热解尾矿与废银耳菌棒和腐熟牦牛粪混合均匀。
2.根据权利要求1所述的利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，其特征在于步骤一中所述废茶树菇菌棒的原组成材料中包括60%~70%的木屑和20%~25%的玉米芯，热解前去袋并破碎至1~2cm。
3.根据权利要求1所述的利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，其特征在于所用的铜尾矿含水率为10%~30%，所述废茶树菇菌棒加入量为铜尾矿质量的1%~20%。
4.根据权利要求1所述的利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，其特征在于所述共热解的装置包括搅拌系统、热解系统和冷凝水系统，所述搅拌系统包括入料口（1）、搅拌轴（2）和搅拌箱（3），所述入料口（1）设置在搅拌箱（3）上方，搅拌轴（2）设置在搅拌箱（3）内；所述搅拌系统通过物料输送管（4）与热解系统连接，所述热解系统包括热解箱体（5）、加热层（6）、隔热层（7）、温度控制面板（8）、电源开关（9）、烟气冷凝管（14），所述加热层（6）设置在热解箱体（5）内，所述温度控制面板（8）和电源开关（9）设置在热解箱体（5）的下部，所述加热层（6）和温度控制面板（8）、电源开关（9）之间设置有隔热层（7）；所述冷凝水系统包括套设在烟气冷凝管（14）外侧的冷凝装置（11）和冷凝水收集箱（13），所述冷凝装置（11）上设置有冷凝水入口（10）和冷凝水出口（12），所述冷凝水出口（12）连接冷凝水收集箱（13）；所述烟气冷凝管（14）连接木醋液收集箱（15）。
5.根据权利要求1所述的利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，其特征在于所述共热解的温度为500℃~1000℃，共热解的时间为10min~60min。
6.根据权利要求1所述的利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，其特征在于步骤二中所述的废银耳菌棒的原组成材料中包括60%~70%的棉籽壳和20%~25%的麦麸，使用前需去袋后再破碎至1~2cm。
7.根据权利要求1所述的利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，其特征在于牦牛粪需要经过堆肥腐熟，具体腐熟步骤为：
S1、材料准备：将干牦牛粪破碎为1~3cm，加入青稞秸秆调节碳氮比；
S2、接种：发酵菌的添加量为牦牛粪和秸秆总质量的0.01%，加水后调节含水率达65%；按长为1m、宽为0.5m堆成拱形堆垛；
S3、腐熟：为保证堆肥阶段有适当的温度和水分，在堆肥中进行覆膜；为保证氧气充足每隔3d翻堆一次；腐熟分为升温阶段、高温阶段和降温阶段，整个腐熟阶段为30d~45d。
8.根据权利要求1所述的利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，其特征在于添加的废银耳菌棒质量为热解尾矿的1%~5%；添加的腐熟牦牛粪质量为热解尾矿的1%~10%。
9.根据权利要求1所述的利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，其特征在于步骤二中还混合有步骤一共热解后产生的木醋液，添加的木醋液质量为热解尾矿和改良材料总质量的0.05%~0.1%。
10.根据权利要求1所述的利用废菌棒土壤化铜尾矿的方法，其特征在于废银耳菌棒与腐熟牦牛粪加入后与热解尾矿均匀混合并养护60d，养护过程中使其含水率保持在20%。
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