CN114907858A - 一种促进尾矿土壤化的修复剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种促进尾矿土壤化的修复剂及其制备方法和应用，修复剂包括甲组分，所述甲组分包括以下质量份的组分：12～20份炭材料、12～20份有机肥、20～30份生物质废料、10～25份钙基矿物、0.5～1份生物菌剂A和溶剂；所述生物菌剂A为可产生糖类胞外聚合物的微生物。修复剂通过以下方法制得：将所述碳材料、有机肥、生物质废料和钙基矿物按比例混合得到混合物，将活化后的生物菌剂A配置成菌液，使用所述菌液对混合物进行浇灌，混合均匀后挤压造粒，即得所述促进尾矿土壤化的修复剂。本发明的修复剂可用于促进尾矿土壤化，对尾矿的改善效果持久稳定，可大幅度降低修复剂掺比量，且制备成本低廉，提高了尾矿修复的经济性。
Description
技术领域
本发明涉及矿业环保领域，具体涉及一种促进尾矿土壤化的修复剂及其制备方法和应用。
背景技术
尾矿是指金属矿石(铁、铜、铅锌等)经过破碎、细磨、有用成分选取富集等步骤后，排放的废弃尾砂。废弃尾砂中往往含有多种有害成分，如残余的选矿药剂、重金属离子等，其尾矿的浸出毒性往往较低，多为一般工业固体废物。但尾矿在堆存过程中破坏和占用大量的土地资源，全国现存尾矿库约25900座，每年因矿业活动新增破坏土地约150万m2，其中尾矿的堆放占用土地达90万m2，受损土地的植被重建率只有13.3％，远远低于发达国家75％的植被重建率，植被破坏导致矿区大部分土地裸露，生物多样性锐减、水土流失、土地荒漠化现象加剧，使矿区生态环境恶化。同时，尾矿中存在的重金属在其堆存过程中经渗透或地表径流进入环境，造成周边土壤和水体的重金属污染，尾矿裸露的还易出现扬尘污染或引起垮塌溃坝的安全问题，已经成为制约矿山开采行业发展的重要瓶颈。尾矿生态恢复中普遍存在如物理结构不良，持水保肥能力差、极端贫瘠，N、P、K及有机质含量极低或者养分不平衡、重金属污染、稳定持续的植被恢复困难、经济性差等难点问题，严重制约尾矿的生态恢复。
随着国家环境保护的重视程度的提高，针对尾矿库先后出台了多项政策，如暂停审批新建湿排尾矿库、新开矿山实行无尾排放、鼓励利用市场化方式推进矿山生态修复等，大力推进矿山的生态修复，将有效推动尾矿库生态修复市场的蓬勃发展，同时也是环境、社会可持续发展的必然趋势。
现阶段尾矿库生态修复的主流技术为：客土和基质改良。基质改良因不需要或只需添加少量外源土壤，具有较大的发展前景。目前基质改良的研究多集中在改良剂的筛选，如改善尾砂营养指标的河道淤泥、农业废弃物、矿化垃圾等，改善尾砂团聚性和保水保肥性能的聚丙烯酰胺、聚丙烯酸盐、糖类、淀粉等，及各种改良基质的组合及配比，将尾砂改良成可满足植物基本生长的需求的类土壤基质，达到生态修复的目的。而实际修复过程中，改善尾砂团聚性和保水保肥性能的高分子有机物，在作用一段时间后(3-6个月)被降解成小分子，从而失去其应有的作用效果，导致修复效果不能持续，且此类高分子有机物用于尾砂的生态修复，大幅度提高修复成本，修复的经济性差进一步降低。
发明内容
本发明提供了一种促进尾矿土壤化的修复剂及其制备方法和应用，用以解决目前现有改良修复剂存在的生产成本高、修复效果不能持续的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种促进尾矿土壤化的修复剂，包括甲组分，所述甲组分包括以下质量份的组分：
12～20份炭材料、12～20份有机肥、20～30份生物质废料、10～25份钙基矿物、0.5～1份生物菌剂A和溶剂；所述生物菌剂A为可产生糖类胞外聚合物的微生物。
上述技术方案的设计思路在于，通过利用廉价易得的生物质废弃物、钙基矿物、有机肥、炭材料可有效改善尾砂物理化学性能和营养指标，同时利用微生物产生的大量糖类胞外聚合物可持续改善尾砂的物理结构，如团聚、保水和保肥性能，将尾砂改良成能满足植物基本生长要求的类土壤基质，从而实现低成本、稳定持续的植被恢复。
作为上述技术方案的进一步优选，所述生物菌剂A包括Bacillus subtilis、Bacillus fusiformis、Bacillusflexus中的至少一种。以上三种菌剂代谢速度快，能产生大量的胞外多糖，如选择两种及以上的组合的话，不同微生物之间还会相互促进彼此生长。
作为上述技术方案的进一步优选，所述钙基矿物为石膏和钙基膨润土中的一种或两种的组合。石膏和钙基膨润土廉价易得，可促进尾砂团聚，且该两种钙基矿物微溶于水，在不会造成尾砂盐含量过高的同时，可提供植物生产所需的钙。
作为上述技术方案的进一步优选，还包括乙组分，所述乙组分包括0.5～1质量份的生物菌剂B，所述生物菌剂B为可产生有机酸的微生物。生物菌剂B产生的有机酸可以促进尾砂矿物的水解，逐渐将尾砂转变为土壤基质，在生态修复的同时实现了尾砂的土壤化。
作为上述技术方案的进一步优选，所述生物菌剂B包括Bacillus Pumilus、Penicillium aurantiogriseum、Penicillium bilaii中的至少一种。该三种微生物能代谢产生大量的有机酸，在有机酸的作用下能加快尾砂矿物(长石、方解石等)水解成土壤矿物。
作为上述技术方案的进一步优选，所述生物质废料包括谷壳、木屑、稻草、茶叶渣、中药渣、酒糟等的至少一种经破碎腐熟后获得的产物。
作为上述技术方案的进一步优选，还包括2～3质量份的复合缓释肥。
作为上述技术方案的进一步优选，所述甲组分中的含水量保持在30％～50％；进一步优选甲组分的含水量为40％。
基于同一技术构思，本发明还提供一种上述技术方案所述的修复剂的制备方法，具体包括以下操作：将所述碳材料、有机肥、生物质废料和钙基矿物按比例混合得到混合物，将活化后的生物菌剂A配置成菌液，使用所述菌液对混合物进行浇灌，混合均匀后挤压造粒，即得所述促进尾矿土壤化的修复剂。
作为上述技术方案的进一步优选，修复剂的制备方法还包括将活化后的生物菌剂B配置成菌液的操作。
基于同一技术构思，本发明还提供上述技术方案所述修复剂或上述技术方案所述方法制得的修复剂的应用，具体包括以下操作：将所述修复剂的甲组分施用于尾矿，使其与表层尾矿混合均匀，浇水养护30d后，进行复垦绿化。
作为上述技术方案的进一步优选，修复剂和尾砂的重量比为(15-25)：(75-85)。
作为上述技术方案的进一步优选，所述修复剂的应用还包括以下操作：待复垦绿化60d后，用乙组分浇灌尾矿，每30天浇灌1次，连续浇灌6次以上，促进尾矿土壤化。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的修复剂采用生物菌剂产生的多糖类胞外聚合物替代了常规的高分子有机物和钙基矿物一同改善尾砂物理结构，如团聚、保水、保肥性能，同时加入了有机肥、生物质废料等具有增肥效果的物质，改善效果持久稳定，可大幅度降低修复剂掺比量，且制备成本低廉，提高了尾矿修复的经济性；
(2)本发明的修复剂制备工艺简单，原料廉价易得，降低了修复剂的生产成本，适用于大规模产业化的生产；
(3)本发明的修复剂可应用于促进尾矿土壤化，改善尾矿物理性质，为尾矿的无害化处理提供了一种新方法。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
本实施例的促进尾矿土壤化的修复剂，包括甲乙两组分，其中甲组分包括如下质量份数的原料：生物炭15份、有机猪粪肥15份、经破碎腐熟的生物质废料25份、钙基矿物10份、复合缓释肥2份、生物菌剂A(Bacillus subtilis)0.5份；乙组分包括生物菌剂B(Penicillium aurantiogriseu)0.5质量份。
本实施例的促进尾矿土壤化的修复剂的制备方法，包括如下步骤：将除生物菌剂A外的原料混合得到混合物，将活化后的生物菌剂A形成菌液，并用该菌液浇灌混合物，使混合物水份含量保持在40％左右，在25℃条件下混拌均匀并养护7d，挤压造粒，得到修复剂的甲组分；将生物菌剂B采用液体培养基进行活化培养具有一定浓度的菌液，得到乙组分。
本实施例的促进尾矿土壤化的修复剂可应用于铅锌尾矿库堆积坝边坡生态修复，促进铅锌尾矿土壤化，使用时，具体操作为：将修复剂的甲组分与铅锌尾砂(0-20cm)以重量比15：85混合，采用翻耕机搅拌均匀，平整土地，浇水使改良尾砂保持湿润，养护30d后，撒播高羊茅、黑麦草与野花混合种，萌芽期每日浇水养护，待发芽50d后，每隔30d使用乙组分浇灌，连续浇灌6次。
经观察后发现，以上尾矿经处理后播种3-7天即发芽，15d后基本形成草坪，覆盖率达80％以上，30d后植被覆盖率达99％以上，60d后形成以绿色草坪为基质中间点缀野花的景观，75d后达到盛花期，形成花海景观，1年后植被覆盖率仍大于95％。
经测试后发现，尾矿中粒径＞0.25mm范围的水稳性团聚体相比修复之前，半年后增加了25.8倍，1年后增加了33.6倍。
实施例2：
本实施例的促进尾矿土壤化的修复剂，包括甲乙两组分，其中甲组分包括如下质量份数的原料：生物炭10份、有机粪肥15份、经破碎腐熟的木屑、稻草和中药渣混合生物质废料30份、钙基矿物5份、复合缓释肥0.5份、、生物菌剂A(Bacillus subtilis和Bacillusfusiformis)1份；乙组分包括生物菌剂B(Bacillus subtilis和BacillusPumilus)1质量份。
本实施例的促进尾矿土壤化的修复剂的制备方法，包括如下步骤：将活化后的生物菌剂A形成菌液，并用该菌液浇灌混合物，使混合物水份含量保持在38％左右，在30℃条件下混拌均匀并养护7d，挤压造粒，得到修复剂的甲组分；将生物菌剂B采用液体培养基进行活化培养具有一定浓度的菌液，得到乙组分。
本实施例的促进尾矿土壤化的修复剂可应用于铁尾矿库生态修复，促进铁尾矿土壤化，使用时，具体操作为：将铁尾矿表面整理成为中间略高四周略低的凸地形(该铁尾矿库粒度较细，排水能力极差，本实施例对其形状的改变可增强其排水性)，将修复剂的甲组分与(该铁尾矿库粒度较细，排水能力极差)以重量比20：80混合，采用翻耕机搅拌均匀，平整土地，浇水使改良尾砂保持湿润，养护30d后，撒播紫云英种子，萌芽期浇水养护，播种75天后采用翻耕机翻耕整地，撒播野草种子，并按照2*3m行距移栽油茶，定期浇水养护30d，待油茶存活，后每隔30d使用乙组分浇灌，连续浇灌6次。
经观察后发现，以上尾矿经处理后播种3-7天发芽，15d后基本形成草坪，覆盖率达80％以上，30d后覆盖率达99％以上，75d后形成以紫云英花海，105d后油茶存活率达到85％以上，1年后植被覆盖率仍大于98％。
经测试后发现，尾矿中粒径＞0.25mm范围的水稳性团聚体相比修复之前，半年后，增加了26.3倍，1年后增加了31.3倍。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种促进尾矿土壤化的修复剂，其特征在于，包括甲组分，所述甲组分包括以下质量份的组分：
12～20份炭材料、12～20份有机肥、20～30份生物质废料、10～25份钙基矿物、0.5～1份生物菌剂A；所述生物菌剂A为可产生糖类胞外聚合物的微生物。
2.根据权利要求1所述的促进尾矿土壤化的修复剂，其特征在于，所述生物菌剂A包括Bacillus subtilis、Bacillusfusiformis、Bacillusflexus中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的促进尾矿土壤化的修复剂，其特征在于，所述钙基矿物为石膏和钙基膨润土中的一种或两种的组合。
4.根据权利要求1所述的促进尾矿土壤化的修复剂，其特征在于，还包括乙组分，所述乙组分包括0.5～1质量份的生物菌剂B，所述生物菌剂B为可产生有机酸的微生物。
5.根据权利要求4所述的促进尾矿土壤化的修复剂，其特征在于，所述生物菌剂B包括BacillusPumilus、Penicillium aurantiogriseum、Penicillium bilaii和Bacillussubtilis中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的促进尾矿土壤化的修复剂，其特征在于，所述甲组分中的含水量保持在30％～50％。
7.根据权利要求1-5任一项所述的促进尾矿土壤化的修复剂，其特征在于，还包括2～3质量份的复合缓释肥。
8.一种权利要求1-7任一项所述的促进尾矿土壤化的修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下操作：将所述碳材料、有机肥、生物质废料和钙基矿物按比例混合得到混合物，将活化后的生物菌剂A分散在溶剂中配置成菌液，使用所述菌液对混合物进行浇灌，混合均匀后挤压造粒，即得所述促进尾矿土壤化的修复剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，还包括将活化后的生物菌剂B分散在溶剂中配置成菌液的操作。
10.一种权利要求1-7任一项所述的修复剂或权利要求8或9所述的制备方法所制得的修复剂的应用，其特征在于，包括以下操作：将所述修复剂的甲组分施用于尾矿，并与表层尾矿混合均匀，浇水养护30d后，进行复垦绿化。
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