CN117776596A - 表土重构材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生态修复领域，公开了一种表土重构材料及其制备方法，按照重量百分比计，表土重构材料包括粘土30％～70％以及沙土30％～70％；其中，按照重量百分比计，所述粘土中粘粒的含量为85％～90％，所述沙土中粘粒的含量≤15％。通过在表土重构材料中添加沙土，使得能够增加表土重构材料的孔隙和渗透性；进而后续利用表土重构材料对地表覆盖进行修复时，雨水能够及时下渗形成地表径流，从而可以避免地表土壤侵蚀和洪涝灾害。
Description
技术领域
本发明涉及生态修复领域，具体地涉及一种表土重构材料以及一种表土重构材料制备方法。
背景技术
露天煤矿在开采过程中，不仅会破坏原始地表土壤和浅层含水层，还会产生大量的岩土剥离物及煤矸石等固体废弃物，从而导致地质生态环境被破坏。
为了修复露天开采破坏的地质生态环境，目前通常是将岩土剥离物中的粘土作为表土进行地表覆盖。然而，在实际应用中，粘土的渗透性较差，导致降雨时雨水无法及时下渗形成地表径流，进而容易造成地表土壤侵蚀和洪涝灾害。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的将粘土作为表土导致雨水无法及时下渗形成地表径流，进而容易造成地表土壤侵蚀和洪涝灾害的问题，提供一种表土重构材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种表土重构材料，按照重量百分比计包括以下组分：
粘土30％～70％；以及
沙土30％～70％；
其中，按照重量百分比计，所述粘土中粘粒的含量为85％～90％，所述沙土中粘粒的含量≤15％。
在本申请实施例中，在所述表土重构材料中，所述粘土为40％，所述沙土为60％。
在本申请实施例中，所述粘土的渗透系数为1.40×10-6cm/s～4.50×10-5cm/s；
所述沙土的渗透系数为1.50×10-3cm/s～1.20×10-2cm/s。
在本申请实施例中，所述表土重构材料的容重为1.3g/cm3～1.5g/cm3。
本申请第二方面提供一种表土重构材料，按照重量百分比计包括以下组分：
粘土30％～60％；
沙土30％～60％；以及
粉煤灰10％～50％；
其中，按照重量百分比计，所述粘土中粘粒的含量为85％～90％，所述沙土中粘粒的含量≤15％；
所述粉煤灰的粒径≤500μm。
在本申请实施例中，在所述表土重构材料中，所述粉煤灰为10％～30％。
在本申请实施例中，在所述表土重构材料中，所述粘土为30％，所述沙土为40％，所述粉煤灰为30％。
在本申请实施例中，所述表土重构材料的容重为1.3g/cm3～1.5g/cm3。
本申请第三方面提供一种表土重构材料制备方法，所述制备方法包括：
按照重量百分比计，将30％～70％的粘土和30％～70％的沙土混合，得到表土重构材料。
本申请第四方面提供一种表土重构材料制备方法，所述制备方法包括：
按照重量百分比计，将30％～60％的粘土、30％～60％的沙土以及10％～50％的粉煤灰混合，得到表土重构材料。
通过上述技术方案提供的表土重构材料，按照重量百分比计包括以下组分：粘土30％～70％；以及沙土30％～70％；其中，按照重量百分比计，所述粘土中粘粒的含量为85％～90％，所述沙土中粘粒的含量≤15％。通过在表土重构材料中添加沙土，使得能够增加表土重构材料的孔隙和渗透性；进而后续利用表土重构材料对地表覆盖进行修复时，雨水能够及时下渗形成地表径流，从而可以避免地表土壤侵蚀和洪涝灾害。另外，通过设置粘土的含量为30％～70％，沙土的含量为30％～70％，以及设置粘土中粘粒的含量为85％～90％，沙土中粘粒的含量≤15％，使得得到的表土重构材料能够同时具有较好的稳定性和较好的渗透性。
本申请实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施例，但并不构成对本申请实施例的限制。在附图中：
图1示意性示出了根据本申请实施例的一种表土重构材料制备方法的流程示意图；
图2示意性示出了根据本申请实施例的另一种表土重构材料制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请实施例，并不用于限制本申请实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
如背景技术所描述的，我国西北地区煤炭资源丰富，但气候干旱，水资源匮乏，因而地表生态环境较脆弱。露天煤矿在开采的过程中，不仅会破坏原始地表土壤和浅层含水层，还会产生大量的岩土剥离物及煤矸石等固体废弃物，从而导致地质生态环境被破坏。为了修复露天开采破坏的地质生态环境，目前通常是对岩土剥离物进行重新利用，将岩土剥离物中的粘土作为表土进行地表覆盖。然而，在实际应用中，粘土的渗透性较差，导致降雨时雨水无法及时下渗形成地表径流，进而容易造成地表土壤侵蚀和洪涝灾害。
针对此，在一个实施例中，本申请提供了一种表土重构材料，可以用于对采矿区域进行地表修复。按照重量百分比计，该表土重构材料包括以下组分：
粘土30％～70％以及沙土30％～70％。
其中，所述粘土可以来自采矿剥离的粘土剥离土层，所述粘土可以用于提供粘结力，增加土壤的稳定性。所述沙土可以来自采矿剥离的风积沙，所述沙土可以用于增加土壤孔隙，增强土壤的渗透性。
在本申请实施例中，按照重量百分比计，可以设置粘土中粘粒的含量为85％～90％，沙土中粘粒的含量≤15％。其中，粒径<0.002mm的颗粒可以称为粘粒。由此，使得表土重构材料可以进一步兼顾稳定性和渗透性。
可以理解，采用本申请实施例提供的表土重构材料，按照重量百分比计，该表土重构材料包括粘土30％～70％以及沙土30％～70％；按照重量百分比计，所述粘土中粘粒的含量为85％～90％，所述沙土中粘粒的含量≤15％。通过在表土重构材料中添加沙土，使得能够增加表土重构材料的孔隙和渗透性；进而后续利用表土重构材料对地表覆盖进行修复时，雨水能够及时下渗形成地表径流，从而可以避免地表土壤侵蚀和洪涝灾害。另外，通过设置粘土的含量为30％～70％，沙土的含量为30％～70％，以及设置粘土中粘粒的含量为85％～90％，沙土中粘粒的含量≤15％，使得得到的表土重构材料能够同时具有较好的稳定性和较好的渗透性。
此外，在现有技术中，由于土壤侵蚀和洪涝灾害，导致煤矿排水成本增加。而基于本申请上述实施例提供的表土重构材料，由于雨水能够及时下渗形成地表径流，能够避免地表土壤侵蚀和洪涝灾害，从而可以降低煤矿排水成本。
更优选地，为了进一步使表土重构材料能够兼顾稳定性和渗透性，可以设置在所述表土重构材料中，粘土为40％，沙土为60％。所述粘土的渗透系数可以为1.40×10-6cm/s～4.50×10-5cm/s，所述沙土的渗透系数可以为1.50×10-3cm/s～1.20×10-2cm/s。所述粘土的容重可以为1.40g/cm3～1.80g/cm3，所述沙土的容重可以为1.10g/cm3～1.70g/cm3。
在具体实施时，可以进一步控制上述表土重构材料的容重为1.3g/cm3～1.5g/cm3，从而进一步优化表土重构材料的稳定性和渗透性。容重可以用来描述土壤的致密程度或密实度，因而对表土重构材料的容重进行控制，可以通过调整表土重构材料的致密程度或密实度来实现。例如，在后续应用表土重构材料对地表覆盖时，可以通过对表土重构材料施力压制，以提高致密程度，进而将容重控制在1.3g/cm3～1.5g/cm3。更优选地，可以将表土重构材料的容重控制为1.45g/cm3，使得更接近自然土壤。
基于本申请上述实施例提供的表土重构材料，本申请实施例还提供一种表土重构材料制备方法，可以用于制备上述实施例中的表土重构材料。如图1所示，该表土重构材料制备方法可以包括：
步骤102，按照重量百分比计，将30％～70％的粘土和30％～70％的沙土混合，得到表土重构材料。
在步骤102之前，还可以进行一些初步的处理，以得到上述用于混合的粘土和沙土。因而，在步骤102之前，本申请实施例提供的表土重构材料制备方案还可以包括步骤101，具体如下：
步骤101，将剥离粘土风干破碎，过筛后得到用于制备表土重构材料的粘土；将剥离沙土风干，过筛后得到用于制备表土重构材料的沙土。
其中，剥离粘土可以取自粘土剥离土层，剥离沙土可以取自风积沙。
在本申请实施例中，对剥离粘土进行过筛筛选时，筛孔为1mm，取筛下物作为用于制备表土重构材料的粘土。对剥离沙土进行过筛筛选时，筛孔为2mm，取筛下物作为用于制备表土重构材料的沙土。
为解决背景技术中提到的技术问题，在另一个实施例中，本申请提供了又一种表土重构材料，可以用于对采矿区域进行地表修复。按照重量百分比计，该表土重构材料包括以下组分：
粘土30％～60％、沙土30％～60％以及粉煤灰10％～50％。
其中，所述粘土可以来自采矿剥离的粘土剥离土层，所述粘土可以用于提供粘结力，增加土壤的稳定性。所述沙土可以来自采矿剥离的风积沙，所述沙土可以用于增加土壤孔隙，增强土壤的渗透性。所述粉煤灰可以来自矿区附近煤电基地产生的工业固废，所述粉煤灰中含有磷、镁、钾等植物营养元素，可以用于提供养分，同时可以起到保水作用。
在本申请实施例中，按照重量百分比计，可以设置粘土中粘粒的含量为85％～90％，沙土中粘粒的含量≤15％，粉煤灰的粒径≤500μm。其中，粒径<0.002mm的颗粒可以称为粘粒。由此，使得表土重构材料可以进一步兼顾稳定性、渗透性和保水性。
可以理解，采用本申请实施例提供的表土重构材料，按照重量百分比计，该表土重构材料包括粘土30％～60％、沙土30％～60％以及粉煤灰10％～50％；按照重量百分比计，所述粘土中粘粒的含量为85％～90％，所述沙土中粘粒的含量≤15％；所述粉煤灰的粒径≤500μm。通过在表土重构材料中添加沙土和粉煤灰，使得能够增加表土重构材料的渗透性，并使表土重构材料同时具有较好的保水性。进而，后续利用表土重构材料对地表覆盖进行修复时，雨水能够及时下渗形成地表径流，以避免地表土壤侵蚀和洪涝灾害；并且能够保水保肥，有助于植物生长，进而利于地质生态环境的修复。另外，通过设置粘土的含量为30％～70％，沙土的含量为30％～70％，粉煤灰的含量为10％～50％，以及设置粘土中粘粒的含量为85％～90％，沙土中粘粒的含量≤15％，粉煤灰的粒径≤500μm，使得得到的表土重构材料能够同时具有较好的稳定性、较好的渗透性以及较好的保水性，特别是能够在渗透性和保水性之间达到较好的平衡。
此外，在现有技术中，工业园区火力发电厂等企业日常运行会产生大量粉煤灰等工业固废，后续排放处理成本较高。而通过本申请上述实施例的方案，可以将粉煤灰作为表土重构材料进行重复利用，由此可以降低企业工业固废的排放处理成本，且使得表土重构材料成本较低。
更优选地，为了使表土重构材料在渗透性和保水性之间达到更好的平衡，可以设置在所述表土重构材料中，粉煤灰为10％～30％。
为了进一步使表土重构材料具有较好的稳定性、较好的渗透性以及较好的保水性，可以设置在所述表土重构材料中，粘土为30％，沙土为40％，粉煤灰为30％。所述粘土的渗透系数可以为1.40×10-6cm/s～4.50×10-5cm/s，所述沙土的渗透系数可以为1.50×10- 3cm/s～1.20×10-2cm/s，所述粉煤灰的渗透系数可以为1.90×10-5cm/s～7.60×10-5cm/s。所述粘土的容重可以为1.40g/cm3～1.80g/cm3，所述沙土的容重可以为1.40g/cm3～1.80g/cm3，所述粉煤灰的容重可以为0.70g/cm3～1.20g/cm3。
在具体实施时，可以进一步控制上述表土重构材料的容重为1.3g/cm3～1.5g/cm3，从而进一步优化表土重构材料的稳定性、渗透性以及保水性。容重可以用来描述土壤的致密程度或密实度，因而对表土重构材料的容重进行控制，可以通过调整表土重构材料的致密程度或密实度来实现。例如，在后续应用表土重构材料对地表覆盖时，可以通过对表土重构材料施力压制，以提高致密程度，进而将容重控制在1.3g/cm3～1.5g/cm3。更优选地，可以将表土重构材料的容重控制为1.45g/cm3，使得更接近自然土壤。
基于本申请上述实施例提供的表土重构材料，本申请实施例还提供一种表土重构材料制备方法，可以用于制备上述实施例中的表土重构材料。如图2所示，该表土重构材料制备方法可以包括：
步骤202，按照重量百分比计，将30％～60％的粘土、30％～60％的沙土以及10％～50％的粉煤灰混合，得到表土重构材料。
在步骤202之前，还可以进行一些初步的处理，以得到上述用于混合的粘土、沙土以及粉煤灰。因而，在步骤202之前，本申请实施例提供的表土重构材料制备方案还可以包括步骤201，具体如下：
步骤201，将剥离粘土风干破碎，过筛后得到用于制备表土重构材料的粘土；将剥离沙土风干，过筛后得到用于制备表土重构材料的沙土；将初始粉煤灰风干，过筛后得到用于制备表土重构材料的粉煤灰。
其中，剥离粘土可以取自粘土剥离土层，剥离沙土可以取自风积沙，初始粉煤灰可以取自火力发电厂等企业产生的工业固废。
在本申请实施例中，对剥离粘土进行过筛筛选时，筛孔为1mm，取筛下物作为用于制备表土重构材料的粘土。对剥离沙土进行过筛筛选时，筛孔为2mm，取筛下物作为用于制备表土重构材料的沙土。对初始粉煤灰进行过筛筛选时，筛孔为500μm，取筛下物作为用于制备表土重构材料的粉煤灰。
以下结合具体的实施例和对比例，对本申请实施例提供的表土重构材料以及系统进行阐述：
实施例1
一种表土重构材料，按重量百分计，包含40％的粘土和60％的沙土。
制备方法为：将剥离粘土风干破碎，过1mm筛后，取筛下物，备用；将剥离沙土风干，过2mm筛，取筛下物，备用。按照上述比例将粘土和沙土进行混合，控制混合后的表土重构材料容重为1.45g/cm3，最终得到重构的表土层土壤材料。
实施例2
一种表土重构材料，按重量百分计，包含30％的粘土、40％的沙土以及30％的粉煤灰。
制备方法为：将剥离粘土风干破碎，过1mm筛后，取筛下物，备用；将剥离沙土风干，过2mm筛，取筛下物，备用；将初始粉煤灰风干，过500μm筛后，取筛下物，备用。按照比例将粘土、沙土进行混合，然后再添加粉煤灰混合，控制混合后的表土重构材料容重为1.45g/cm3，最终得到重构的表土层土壤材料。
实施例3
一种表土重构材料，按重量百分计，包含40％的粘土、40％的沙土以及20％的粉煤灰。
制备方法为：将剥离粘土风干破碎，过1mm筛后，取筛下物，备用；将剥离沙土风干，过2mm筛，取筛下物，备用；将初始粉煤灰风干，过500μm筛后，取筛下物，备用。按照比例将粘土、沙土进行混合，然后再添加粉煤灰混合，控制混合后的表土重构材料容重为1.45g/cm3，最终得到重构的表土层土壤材料。
实施例4
一种表土重构材料，按重量百分计，包含50％的粘土、40％的沙土以及10％的粉煤灰。
制备方法为：将剥离粘土风干破碎，过1mm筛后，取筛下物，备用；将剥离沙土风干，过2mm筛，取筛下物，备用；将初始粉煤灰风干，过500μm筛后，取筛下物，备用。按照比例将粘土、沙土进行混合，然后再添加粉煤灰混合，控制混合后的表土重构材料容重为1.45g/cm3，最终得到重构的表土层土壤材料。
实施例5
一种表土重构材料，按重量百分计，包含60％的粘土、30％的沙土以及10％的粉煤灰。
具体制备方法为：将剥离粘土风干破碎，过1mm筛后，取筛下物，备用；将剥离沙土风干，过2mm筛，取筛下物，备用；将初始粉煤灰风干，过500μm筛后，取筛下物，备用。按照比例将粘土、沙土进行混合，然后再添加粉煤灰混合，控制混合后的表土重构材料容重为1.45g/cm3，最终得到重构的表土层土壤材料。
实施例6
一种表土重构材料，按重量百分计，包含40％的粘土、30％的沙土以及30％的粉煤灰。
制备方法为：将剥离粘土风干破碎，过1mm筛后，取筛下物，备用；将沙土风干，过2mm筛，取筛下物，备用；将初始粉煤灰风干，过500μm筛后，取筛下物，备用。按照比例将粘土、沙土进行混合，然后再添加粉煤灰混合，控制混合后的表土重构材料容重为1.45g/cm3，最终得到重构的表土层土壤材料。
对比例1
一种表土重构材料，按重量百分含量计算，包含100％的粘土。
实施例1-实施例6得到的表土重构材料以及对比例1得到的表土重构材料的渗透性差异可以如表1所示：
表1实施例1-实施例6以及对比例1饱和导水率测试结果
由表1可以看出，实施例1-实施例6的重构表土材料的饱和导水率明显优于对比例1中的重构表土材料。因而，本申请实施例提供的重构表土材料，能够显著改善表土的渗透性。尤其是实施例1和实施例2，具有较好的渗透性。考虑到土壤保水保肥以及煤电基地工业固废的处理，在实际应用中，可以选择实施例2中的重构表土材料来对地表覆盖进行修复。
还需要说明的是，在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种表土重构材料，其特征在于，按照重量百分比计包括以下组分：
粘土30％～70％；以及
沙土30％～70％；
其中，按照重量百分比计，所述粘土中粘粒的含量为85％～90％，所述沙土中粘粒的含量≤15％。
2.根据权利要求1所述的表土重构材料，其特征在于，在所述表土重构材料中，所述粘土为40％，所述沙土为60％。
3.根据权利要求1所述的表土重构材料，其特征在于，所述粘土的渗透系数为1.40×10-6cm/s～4.50×10-5cm/s；
所述沙土的渗透系数为1.50×10-3cm/s～1.20×10-2cm/s。
4.根据权利要求1所述的表土重构材料，其特征在于，所述表土重构材料的容重为1.3g/cm3～1.5g/cm3。
5.一种表土重构材料，其特征在于，按照重量百分比计包括以下组分：
粘土30％～60％；
沙土30％～60％；以及
粉煤灰10％～50％；
其中，按照重量百分比计，所述粘土中粘粒的含量为85％～90％，所述沙土中粘粒的含量≤15％；
所述粉煤灰的粒径≤500μm。
6.根据权利要求5所述的表土重构材料，其特征在于，在所述表土重构材料中，所述粉煤灰为10％～30％。
7.根据权利要求6所述的表土重构材料，其特征在于，在所述表土重构材料中，所述粘土为30％，所述沙土为40％，所述粉煤灰为30％。
8.根据权利要求5所述的表土重构材料，其特征在于，所述表土重构材料的容重为1.3g/cm3～1.5g/cm3。
9.一种权利要求1-4中任一项所述的表土重构材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
按照重量百分比计，将30％～70％的粘土和30％～70％的沙土混合，得到表土重构材料。
10.一种权利要求5-8中任一项所述的表土重构材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
按照重量百分比计，将30％～60％的粘土、30％～60％的沙土以及10％～50％的粉煤灰混合，得到表土重构材料。
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