CN111792973A - 一种矿山修复基料及其制备方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山修复基料及其制备方法和使用方法，该修复基料由以下重量份的组分组成：底泥100份、膨胀蛭石5‑10份、碎木屑5‑10份、黏土类矿物15‑25份、营养补充剂0.5‑5份、微生物菌剂15‑20份、矿山尾矿15‑25份和土壤20‑25份。该修复基料的制备方法为：将底泥干燥至含水率为50‑60％；向干燥后的底泥中加入膨胀蛭石、碎木屑、黏土类矿物、微生物菌剂、矿山尾矿、土壤和营养补充剂，混合均匀，制得。该修复基料可有效解决现有的修复材料存在的保水保肥能力差，生产成本高，不适于大面积使用的问题。

Description

一种矿山修复基料及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明涉及环境生态修复材料技术领域，具体涉及一种矿山修复基料及其制备方法和使用方法。

背景技术

在工业化过程中，大量工业废水和生活污水未经处理以及不规范不合理排放，导致河道水体有机质、污染物含量高，水体出现富营养化、严重污染等问题。有机污染物分解消耗水体中大量的溶解氧，使水体和底泥变为厌氧环境，在厌氧微生物的作用下，有机污染物继续分解产生有毒有害气体和臭味，造成河涌黑臭。此外，多环芳烃、氰化物、重金属、持久性污染物(POPs)等高毒性污染物，在长期作用下沉积在河道、湖泊底泥中，造成底泥严重污染。河道、湖泊底泥的治理已经成为一个十分严重的问题。

我国是世界上开发利用矿产资源历史最为悠久的国家之一。矿业的发展，为国家成立以来的经济建设、社会发展和人民生活水平的提高做出了巨大贡献。然而长期以来由于矿产资源的过度开发和不合理利用，造成了土地资源的大量浪费。矿山的过度开采对矿山周围的土壤有巨大的破坏，矿产废弃物的堆放对周围居民会产生一定的影响，在自然条件下，废弃矿产经过雨水的冲刷，重金属离子等危害物会渗入地下水，对周围居民的饮用水造成一定的危害。

现有技术中，矿山土壤修复技术主要采用土壤基质构建技术与植被种植技术相结合的方式。土壤基质构建技术是在矿山表面覆土，使矿山土壤表面形成易于植物生长的土壤基质。上述土壤修复技术主要存在如下几点问题。首先，由于矿山土壤表面土壤基质保水保肥性能的限制，在干旱或降雨量大的环境条件下，土壤的水分与养料容易流失，导致植被的生长受到抑制，甚至死亡。其次，现有的土壤基质的生产成本高，不适合大面积使用。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种矿山修复基料及其制备方法和使用方法，该修复基料可有效解决现有的修复材料存在的保水保肥能力差，生产成本高，不适于大面积使用的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种矿山修复基料，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石5-10份、碎木屑5-10份、黏土类矿物15-25份、营养补充剂0.5-5份、微生物菌剂15-20份、矿山尾矿15-25份和土壤20-25份。

进一步地，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石5-8份、碎木屑5-8份、黏土类矿物15-20份、营养补充剂0.5-2份、微生物菌剂15-17份、矿山尾矿15-20份和土壤20-22份。

进一步地，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石6份、碎木屑6份、黏土类矿物20份、营养补充剂1份、微生物菌剂15份、矿山尾矿20份和土壤22份。

采取上述方案所产生的有益效果为：底泥为河道、湖泊中的底泥，底泥中的含水率为50-60％，底泥中含有大量的营养物质、氮磷及微量元素成分、丰富的微生物和较高的热值，且底泥具有一定的黏性，当将底泥用作于修复基料时，底泥中的硝酸盐经微生物降解，形成营养成分，可用于改善土壤，为植物生长提供充足的养分；膨胀蛭石具有良好的阳离子交换性、吸附性和保温隔热性，将膨胀蛭石加入底泥中，可用于改善底泥的结构，提高形成的修复基质的储水保墒性能，提高修复基料的透气性和含水性，膨胀蛭石自身含有大量的钾、镁、钙以及锰、锌等微量元素，随着植物的生长，其中的微量元素缓慢释放，可为植物生长提供一定的养分，提高植物生长效果。

碎木屑疏松，将其加入底泥中，用于改善底泥的蓬松度，增加修复材料中的含氧量，适合于植物生长发育，碎木屑均为天然植物成分，使用初期，植物定植后的生长情况不稳定，将两者加入底泥中形成修复基质，通过两者提高基质的保水透气性，增加修复基料中的含氧量，促进植物根系生长发育，进而提高植物生长效果，提高矿山植物的成活率和覆盖率；使用后期，植物基本成活并稳定生长，碎木屑经过微生物的分解代谢，逐渐腐烂，转化成营养物质，为植物生长发育提供充足的氮源、碳源以及大量的微量元素，进一步的促进植物的生长发育，且经过分解代谢后的椰糠和碎木屑转变成土壤的一部分，提高了矿山土壤的厚度和营养度。

黏土类矿物具有一定的吸水性和胶黏性，用于吸附修复基质中游离的营养物质和底泥中的水分，避免营养物质和水分流失，达到营养缓释的作用，持续为植物生长提供养分和水分；而且，加入黏土类矿物后，可降低底泥中的水分含量，便于混合使用，黏土类矿物吸水后具有一定的黏性，用于将底泥、碎木屑和膨胀蛭石等物质进行粘附，使得修复基料保持完整，减少修复基质的流失，黏土类矿物还可作为气味分散剂，吸收底泥中散发的气味。

营养补充剂可为修复基质中补充氮磷钾等营养元素，使得修复基质中的营养充分，便于植物生长发育。微生物菌剂为植物生长提供必要的微生物环境；矿山尾矿为开采后矿山的废弃尾矿，加入废弃尾矿可以使修复基料更好的适应废弃矿山环境，更有利于调整各个成分配比。土壤可提供植物生长的部分必要要素，为植物生长提供更加良好的条件。

进一步地，黏土类矿物包括黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙中的至少一种。

采取上述方案所产生的有益效果为：上述物质均具有一定的胶黏性，用于将碎木屑和膨胀蛭石等物质进行粘附，提高修复基料的完整性，降低的修复基料的流失。

进一步地，黏土类矿物为黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的混合物，所述黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的重量比为1-5:1-4:1-4:1-4。

进一步地，黏土类矿物为黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的混合物，所述黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的重量比为3:4:2:2。

采取上述方案所产生的有益效果为：黏土中含有丰富的孔隙，具有保水吸水的特性，同时可提高修复基料的透气性，膨润土和碳酸钙吸附底泥中的水分后具有一定的黏性，可以起到粘附的作用，将火山石、膨润土和碳酸钙按照一定的质量比混合，即可满足粘附性能，又能保证修复基料的疏松透气，利于植物生长发育；碳酸钙和膨润土的使用量过多，导致修复基料的黏度过大，造成修复基料易板结，不利于植物生长发育，使用量过少，粘附性能下降，使得修复基料容易流失；碳酸钙的使用量过多，会造成修复基料碱性增强，不利于植物生长发育。

进一步地，所述营养补充剂包括尿素、磷酸铵、碳酸氢铵、硫酸钾、氯化钾中的至少一种。

采取上述方案所产生的有益效果为：营养补充剂可为修复基料提供充足的氮磷钾等养分，促进植物的生长发育。

进一步地，所述营养补充剂为磷酸铵、尿素和硫酸钾的混合物，所述磷酸铵、尿素和硫酸钾的质量比为1-4:1-3:2-6。

采取上述方案所产生的有益效果为：底泥中含有一定量的氮磷钾等营养元素，通过增加营养补充剂，进一步地提高修复基料中氮磷钾的含量，使得氮磷钾含量适中，利于植物生长，其中磷酸铵、尿素和硫酸钾的使用量可根据底泥中氮磷钾元素的含量来添加。

进一步地，所述膨胀蛭石的粒径为3-6目，所述碎木屑的粒径为20-40目，矿山尾矿的粒径为2-5目。

采取上述方案所产生的有益效果为：膨胀蛭石易碎，随着使用时间的延长，容易使介质致密而失去保水性和透气性，因此，采用较大粒度的膨胀蛭石，可以延长其保水透气时间；椰糠和碎木屑降解代谢速度较慢，粒度过大，导致修复基料过于疏松，不利于修复基料保持完整性。

上述的矿山修复基料的制备方法，包括以下步骤：向底泥中加入膨胀蛭石、碎木屑、黏土类矿物、微生物菌剂、矿山尾矿、土壤和营养补充剂，混合均匀，制得。

采取上述方案所产生的有益效果为：该修复基料的制备方法简单，便于操作，混合后的修复基料具有很好的完整性、保水性、透气性，适合于植物的生长发育。

一种矿山修复基料的使用方法，包括以下步骤：

(1)将制得的矿山修复基料铺设于废弃矿山表面，铺设厚度为18-35厘米；

(2)向步骤(1)中铺设的修复基料上移栽或者种植生长速度快的植物即可。

采取上述方案所产生的有益效果为：该修复基料的使用方法简单，便于操作，将其铺设于矿山表面即可，在修复基料上移栽或者种植夹竹桃、熊果等快速生长的植物，植物可充分在其表面生长定植并成活，提高矿山表面的覆盖率。

本发明产生的有益效果为：

本发明中制得的矿山修复基料原料主要以河道、湖泊底泥为主，底泥的原料充足易得，不仅大大降低修复基料的生产成本，还成功解决的底泥治理的问题，一举两得，制得的修复基料可大面积铺设于裸露的矿山土壤上，提高矿山的植被覆盖率，实现矿山治理的目的。

本发明中的修复基料中添加有碎木屑等天然植物成分，碎木屑使用初期可提高底泥的保水性和透气性，使用后期被降解，形成土壤成分，充分为土壤提供碳源、氮源以及微量元素，利于植被的生长发育。

本发明中的修复基料中还添加有胶黏物质和营养补充剂，利用胶黏物质将其余成分进行粘附，提高修复基料的稳定性，避免修复基料流失；添加有营养补充剂，可为修复基料提供充足的营养，以满足植物生长所需，加速植物的生长效果。

本发明中的修复基料中还添加有微生物、矿山尾矿和一般土壤，为植物生长提供必要的微生物环境。加入废弃尾矿可以使修复基料更好的适应废弃矿山环境，更有利于调整各个成分配比。一般土壤可提供植物生长的部分必要要素，为植物生长提供更加良好的条件。

具体实施方式

实施例1

一种矿山修复基料，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石10份、碎木屑8份、黏土类矿物15份、营养补充剂3份、微生物菌剂15份、矿山尾矿20份、土壤20份，其中，底泥的含水率为50％，黏土类矿物为黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的混合物，黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的质量比为1:2:4:1；营养补充剂为磷酸铵、尿素和硫酸钾的混合物，磷酸铵、尿素和硫酸钾的质量比为2:1:3；膨胀蛭石的粒径为3目，碎木屑的粒径为20目、矿山尾矿的粒径为3目。

上述矿山修复基料的制备方法，包括如下步骤：向底泥中加入膨胀蛭石、碎木屑、黏土类矿物、微生物菌剂、矿山尾矿、土壤和营养补充剂，混合均匀，制得。

实施例2

一种矿山修复基料，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石8份、碎木屑5份、黏土类矿物8份、营养补充剂2份、微生物菌剂22份、矿山尾矿22份、土壤20份，其中，底泥的含水率为60％，黏土类矿物为黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的混合物，黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的质量比为1:3:4:3；营养补充剂为磷酸铵、尿素和硫酸钾的混合物，磷酸铵、尿素和硫酸钾的质量比为2:3:3；膨胀蛭石的粒径为6目，碎木屑的粒径为40目，矿山尾矿的粒径为3目。

上述矿山修复基料的制备方法，包括如下步骤：向底泥中加入膨胀蛭石、碎木屑、黏土类矿物、微生物菌剂、矿山尾矿、土壤和营养补充剂，混合均匀，制得。

实施例3

一种矿山修复基料，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石10份、碎木屑8份、黏土类矿物5份、营养补充剂1份、微生物菌剂25份、矿山尾矿25份、土壤22份，其中，底泥的含水率为55％，黏土类矿物为黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的混合物，黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的质量比为1:3:4:2；营养补充剂为磷酸铵、尿素和硫酸钾的混合物，磷酸铵、尿素和硫酸钾的质量比为3:2:2；膨胀蛭石的粒径为6目，碎木屑的粒径为30目，矿山尾矿的粒径为3目。

上述矿山修复基料的制备方法，包括如下步骤：向底泥中加入膨胀蛭石、碎木屑、黏土类矿物、微生物菌剂、矿山尾矿、土壤和营养补充剂，混合均匀，制得。

实施例4

一种矿山修复基料，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石10份、碎木屑6份、黏土类矿物3份、营养补充剂1份、微生物菌剂17份、矿山尾矿20份、土壤22份，其中，底泥的含水率为50％，黏土类矿物为黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的混合物，黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的质量比为1:2:2:1；营养补充剂为磷酸铵、尿素和硫酸钾的混合物，碳酸氢铵、尿素和硫酸钾的质量比为3:2:1；膨胀蛭石的粒径为4目，碎木屑的粒径为30目，矿山尾矿的粒径为3目。

上述矿山修复基料的制备方法，包括如下步骤：向底泥中加入膨胀蛭石、碎木屑、黏土类矿物、微生物菌剂、矿山尾矿、土壤和营养补充剂，混合均匀，制得。

对比例1

一种矿山修复基料，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石6份、碎木屑2份、黏土类矿物5份、营养补充剂1份、微生物菌剂5份、矿山尾矿5份、土壤5份，其中，底泥的含水率为55％，黏土类矿物为黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的混合物，黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的质量比为1:3:4:2；营养补充剂为磷酸铵、尿素和硫酸钾的混合物，磷酸铵、尿素和硫酸钾的质量比为3:2:2；膨胀蛭石的粒径为6目，碎木屑的粒径为30目，矿山尾矿的粒径为3目。

上述矿山修复基料的制备方法，包括如下步骤：向底泥中加入膨胀蛭石、碎木屑、黏土类矿物、微生物菌剂、矿山尾矿、土壤和营养补充剂，混合均匀，制得。

对比例2

一种矿山修复基料，包括以下重量份组分：底泥50份、膨胀蛭石15份、碎木屑8份、黏土类矿物2份、营养补充剂1份、微生物菌剂15份、矿山尾矿20份、土壤22份，其中，底泥的含水率为70％，黏土类矿物为黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的混合物，黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的质量比为1:3:4:6；营养补充剂为磷酸铵、尿素和硫酸钾的混合物，磷酸铵、尿素和硫酸钾的质量比为3:2:2；膨胀蛭石的粒径为6目，碎木屑的粒径为30目，矿山尾矿的粒径为3目。

上述矿山修复基料的制备方法，包括如下步骤：向底泥中加入膨胀蛭石、碎木屑、黏土类矿物、微生物菌剂、矿山尾矿、土壤和营养补充剂，混合均匀，制得。

试验例

在废弃矿山上划分一块区域，将该区域平均划分成6小块，将实施例1-4和对比例1-2中的制得的矿山修复基料分别铺设于每小块土地上，铺设厚度为20厘米，按照相同的方式向铺设好的修复基料上移栽熊果树苗，每隔7天向每块土地上浇等量的水，一个月后，观察修复基料的保水情况、流失情况以及树苗的生长状况，具体结果见表1和表2。

表1：修复基料保水情况表

通过上表得知，本发明实施例1-4中制得的修复基料具有较好的保水性和疏松度，可快速吸收水分并进行储藏，经过一段时间的使用后，修复基料并未出现板结的情况，利于植物的生长发育。

对比例1中的修复基料中底泥的占比较高，导致其吸水保水性能较差，雨水不易被基料吸收，未经吸收的雨水在流失过程中会将基料冲刷走，造成基料表面出现水沟，基料的疏松度下降，厚度降低，导致基料中的透气性和含氧量下降，长期以往，不利于植物的生长发育；

对比例2中的修复基料中底泥和黏土类矿物的占比较低，虽然修复基料的保水性能和透气性能较好，但是会导致生产成本增加。

表2：植物生长情况表

通过上表得知，实施例1-4中的修复基料中营养充足，可满足植物的生长需要，促进植物根系生长发育，提高植物的成活率。

对比例1中的底泥的占比较高，导致基料的疏松度增大，基料中含水率及含氧量下降，不利于植物的生长发育。

对比例2中的底泥的占比较低，导致基料中的养分含量降低，无法满足植物生长的需要，导致植物的根系生长缓慢。

Claims (10)

1.一种矿山修复基料，其特征在于，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石5-10份、碎木屑5-10份、黏土类矿物15-25份、营养补充剂0.5-5份、微生物菌剂15-20份、矿山尾矿15-25份和土壤20-25份。

2.如权利要求1所述的矿山修复基料，其特征在于，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石5-8份、碎木屑5-8份、黏土类矿物15-20份、营养补充剂0.5-2份、微生物菌剂15-17份、矿山尾矿15-20份和土壤20-22份。

3.如权利要求1所述的矿山修复基料，其特征在于，包括以下重量份组分：底泥100份、膨胀蛭石6份、碎木屑6份、黏土类矿物20份、营养补充剂1份、微生物菌剂15份、矿山尾矿20份和土壤22份。

4.如权利要求1-3中任一项所述的矿山修复基料，其特征在于，所述黏土类矿物包括黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙中的至少一种。

5.如权利要求4中任一项所述的矿山修复基料，其特征在于，所述黏土类矿物为黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的混合物，所述黏土、蒙脱石、膨润土和碳酸钙的重量比为1-5:1-4:1-4:1-4。

6.如权利要求1-3中任一项所述的矿山修复基料，其特征在于，所述营养补充剂包括尿素、磷酸铵、碳酸氢铵、硫酸钾和氯化钾中的至少一种。

7.如权利要求6中任一项所述的矿山修复基料，其特征在于，所述营养补充剂为磷酸铵、尿素和硫酸钾的混合物，所述磷酸铵、尿素和硫酸钾的质量比为1-4:1-3:2-6。

8.如权利要求1-3中任一项所述的矿山修复基料，其特征在于，所述膨胀蛭石的粒径为3-6目，所述碎木屑的粒径为20-40目，所述矿山尾矿的粒径为2-5目。

9.权利要求1-8中任一项所述的矿山修复基料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：向底泥中加入膨胀蛭石、碎木屑、黏土类矿物、微生物菌剂、矿山尾矿、土壤和营养补充剂，混合均匀，制得。

10.如权利要求1-8中任一项所述的矿山修复基料的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将制得的矿山修复基料铺设于废弃矿山表面，铺设厚度为18-35厘米；

(2)向步骤(1)中铺设的修复基料上移栽或者种植植物即可。