CN113860675A

CN113860675A - 一种采用固体组合药剂赤泥控碱的方法

Info

Publication number: CN113860675A
Application number: CN202111111044.8A
Authority: CN
Inventors: 成官文; 解庆林; 熊林; 段绍彦; 张燎
Original assignee: Guilin University of Technology
Current assignee: Guilin University of Technology
Priority date: 2021-09-21
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2021-12-31

Abstract

本发明公开了一种利用氯化镁、氯化铁、石膏粉固体组合药剂改善赤泥控碱效果，再与矿泥土壤化处置后对采矿矿坑回填复垦复绿的方法。矿泥、赤泥物料配比(干重)：矿泥60％～95％、赤泥5％～40％。三种粉剂投加总质量(干重)占赤泥干重质量百分比的0.30％～1.0％(其中：氯化镁25％～50％、三氯化铁20％～50％、石膏粉10％～25％)。三种组合药剂经计量后分别均匀撒在赤泥上，并经搅拌混合、溶解、陈化反应控碱后，控碱赤泥再与脱水矿泥土壤化处置，类土送至矿坑填埋复垦复绿种植。本发明采用组合药剂，较之单一药剂增补了植物的必需元素，抑制了物料中的铝以及重金属元素的活化，并改善赤泥控碱效果，降低药耗成本。

Description

一种采用固体组合药剂赤泥控碱的方法

技术领域

本发明涉及风化型铝土矿矿山复垦领域，特别是一种利用组合药剂赤泥控碱，再与矿泥土壤化处置，对采矿矿坑回填复绿复垦的方法。

背景技术

铝是产量最大的有色金属，但铝土矿开采、冶炼会带来赤泥、矿泥的处置以及铝土矿采空区无足够土源填充等大量生态环境问题。由于赤泥、矿泥系铝土矿洗选与提取铝后的残留物，其源于矿区风化型残坡积物，具有矿区周边坡地、耕地土壤类似的化学组分。本着“从哪来，回哪去”的自然法则，前期曾对赤泥投加三氯化铁进行降碱改性，经反应陈化后再与矿泥混合回填到原有的矿坑中，并进行了相应工程示范(申请号202010219284.9)，但后期的农业开发发现：单一化学组分的控碱改性效果仍有一定提升空间；矿区残坡积物与耕地成土母质因长期亚热带淋溶造成矿区土壤及其赤泥、矿泥土壤化处置类土严重缺失镁、硫元素，严重影响了复绿复垦土地植物生长；矿区采空区周边坡耕地土壤及其赤泥、矿泥土壤化处置类土中往往含有As、Cd等重金属元素，需要钝化固定；同时赤泥、矿泥土壤化处置还需要考虑工程成本，因此，需要采取复合药剂对赤泥进行调碱改性，以补充复垦土地缺少的农作物生长必需元素(如镁、硫)，控制两性元素铝的活化以及重金属元素的钝化，并提升赤泥控碱效果，降低药耗成本。

本发明是在仅采用氯化铁赤泥控碱发明的基础上采用氯化镁、氯化铁、石膏粉组合试剂，改善赤泥控碱效果，再与脱水矿泥土壤化处置，对矿区采空区进行复垦复绿。

发明内容

一种利用氯化镁、氯化铁、石膏粉组合试剂改善赤泥控碱效果，再与矿泥土壤化处置后对采矿矿坑回填复垦复绿的方法。

具体步骤为：

(1)原料按以下重量百分比(干重)配料：矿泥60％～95％、赤泥5％～40％，赤泥控碱药剂氯化镁、三氯化铁、石膏三种粉剂若干。

(2)首先将矿泥混凝、脱水至含水率50％以下；赤泥脱水至含水率30％及以下。

(3)将步骤(2)的赤泥与氯化镁、无水三氯化铁、石膏粉粉剂混合。根据赤泥含水率计算赤泥干重；再根据赤泥干重及其pH值确定氯化镁、三氯化铁、石膏三者粉剂投加量，三者投加总质量(干重)占赤泥干重质量百分比的0.30％～1.0％(其中，氯化镁35％～55％、无水三氯化铁20％～35％、石膏粉10％～25％)；当赤泥pH值在11及以上时，按赤泥质量0.40％-1.0％投加三者组合药剂，pH值在10.5-11之间按赤泥0.35％-0.85％投加三者组合药剂，pH值在10.5以下按0.30％-0.65％投加三者组合药剂，并按量称取各种药剂(其中，氯化镁、三氯化铁质量称取时按无水氯化镁、无水三氯化铁计，如果含水，则相应增加其对应的含水量)。

(4)赤泥控碱采用挖机搅拌混合，或采用搅拌设备(如卧式搅拌槽、立式搅拌机)混合。采用挖机混合时，需将大块赤泥用挖斗击打敲碎，后在赤泥堆场或陈化堆场按1-2m高度摊平，后用挖机将计量的三种药剂分别均匀撒在赤泥上，再采用挖机分别混合翻堆1次，再集中按2～3m高垛式堆放；采用卧式、立式搅拌设备混合搅拌时，需将赤泥破碎至100mm及以下粒径，后按赤泥给料质量分别计量投加氯化镁、三氯化铁、石膏粉。三种药剂的投加顺序为氯化镁、三氯化铁、石膏粉。

(5)将步骤(4)的混合物料或控碱赤泥堆放10-15天后，再翻堆2次，以便三种药剂在赤泥中充分分散、混匀、溶解、反应，并继续堆放10～15天，以便控碱赤泥进一步陈化、反应与稳定。

(6)将步骤(2)的矿泥以及步骤(5)的赤泥运至需要回填复垦的矿坑处或者在途中的混合搅拌站。混合搅拌设施可以是挖机，也可以是卧式无轴搅拌器或者搅拌槽、立式搅拌罐等具有搅拌功能的设备。

脱水矿泥、控碱赤泥混合物料比为步骤(2)的矿泥60％～95％、步骤(5)的控碱赤泥5％～40％。二种物料混合前，需对脱水矿泥破碎至100mm及以下粒径。

二种物料混合如果是挖机，则需要反复混合堆放3～5次；如果是卧式无轴搅拌器或者搅拌槽、立式搅拌罐等搅拌工具，则需要搅拌5～10min，确保脱水矿泥与控碱赤泥彼此分散均匀，变成矿泥、赤泥土壤化处置类土。

(7)将步骤(6)混匀的物料或土壤化处置类土送至需要填埋复垦的矿坑，后用铲车分层(按1.5～2.0m一层)推平、压实。如果当地缺少剥离表土，则需要将步骤(6)的土壤化处置类土推平、压实至矿坑周边地面高程以上0.4m～1.0m(如果矿坑深度低于3m，超高以0.4m～0.5m为宜；矿坑深度超过6m以上，超高以1.0m为宜；矿坑深度介于3m～6m，超高以0.5m～1.0m为宜)，并在表面撒施腐殖酸肥料或有机肥(每亩1～2吨)、机械翻耕1次，采用一般性复绿植物(如鬼针草、紫云英等绿肥植物)或者糖蔗、牧草等进行生态复绿，后再通过2～3年土壤改良逐步转化为耕地。

如果复垦做耕地，则土壤化处置类土在矿坑里的填埋高度为矿坑周边地面高程及以上：矿坑深度低于3m时，填埋高度以矿坑周边地面高程为宜；矿坑深度超过6m以上，填埋高度以矿坑周边地面超高0.5m为宜；矿坑深度介于3m～6m，填埋高度以矿坑周边地面超高0.2m～0.5m为宜)。后再在土壤化处置类土上方回填原有矿坑剥离的表层土0.5m及以上，并经压实、平整、表层翻耕松土作为复垦土地。农业耕作时再根据种植农作物类型种类进行施肥与农艺管理。

所述的赤泥为铝土矿矿石冶炼金属铝后的废渣；

所述的矿泥为风化型铝土矿矿石洗选产生的泥水混合物；

所述的三氯化铁为市场上出售的合格工业级无水三氯化铁、含水三氯化铁；

所述的氯化镁为市场上出售的合格工业级无水氯化镁、含水氯化镁；

所述的石膏粉为市场上出售的合格农用石膏粉；

所述的腐殖酸肥料、有机肥为符合国家有机肥质量标准的有机肥料或生物有机肥。

本发明优点在于：

(1)充分遵循“从哪来，回哪去”的自然法则，把风化型铝土矿选矿、冶炼形成的矿泥、赤泥经土壤化处置后再回填到原有的矿坑中，使之重构土壤，消化巨量堆存的赤泥、矿泥，既保护了生态环境，又再生了自然资源，还利于铝土矿产业的可持续发展，使之具有良好的生态效益、环境效益和可持续的经济效益。

(2)三种组合固态药剂分别含有Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺，三种离子均能与赤泥中的OH^-、游离碱、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-反应，消耗赤泥中的碱性物质或者碱度，实现赤泥降碱，避免了类似强酸物质在快速中和碱性物质的同时与两性物质三氧化二铝/铝酸盐发生反应；避免了赤泥、矿泥中的重金属组分活化与溶出；也避免了采用有机酸类物质中和赤泥碱性物质反应的高成本，有效控制赤泥降碱工艺技术成本。

(3)赤泥经控碱、陈化后与脱水矿泥土壤化处置，形成成分十分接近矿坑周边土壤的类土。控碱赤泥中尚未完全反应、稳定的残余碱性物质能够继续与矿泥中的硅酸盐类、未完全风化的碳酸钙等组分反应，也能与矿坑周边的弱碱性或中性土壤矿物反应，使类土的最终pH降到8.5及以下，颗粒粒径适当增加，容重或者相对密度适当降低并接近1.6g/cm³，抗剪强度有所增强，渗透系数有所提高，最终类土的物理化学性质、土理性质与矿坑周边土壤基本相同，实现矿泥、赤泥土壤化处置类土的土壤重构，以及回填矿坑的复垦复绿。

附图说明

图1为本发明制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：广西平果县某铝土矿矿区矿坑矿泥、赤泥土壤化处置复垦场地建设

(1)赤泥控碱。脱水赤泥含水率31％，pH值10.9。控碱投加药剂按赤泥干重质量的百分比计量：无水氯化镁0.5％，无水三氯化铁0.15％，石膏0.15％。

赤泥控碱在赤泥堆场旁的控碱车间实施，车间外有一30ⅹ30m²的平整场地作为赤泥控碱堆放、陈化场所。

赤泥控碱步骤为：①以赤泥堆场运输车辆的载重量作为基本计量单位，即每车24m³或约43吨湿赤泥(干重约30吨)，作为1次混合搅拌量；②将赤泥卸载给料斗给料，机械破碎至粒径在100mm以下，通过输送带运输破碎赤泥；③按每车赤泥计量投加150公斤无水氯化镁、45公斤三氯化铁、45公斤石膏粉三种组合粉剂。三种组合药剂采用给料机计量投加，投加点位于输送带的上方约200mm，投加顺序为氯化镁、氯化铁、石膏粉，彼此依次均匀撒在输送带的破碎赤泥上。④破碎赤泥及其组合药剂经输送带投料进入卧式不锈钢制搅拌槽，无轴螺旋搅拌5～10min，后将所有搅拌混合后的控碱赤泥集中按堆高2～3m垛式堆放或成锥状体堆放；④陈化10天后，再采用铲车翻堆2次，以便三种药剂在赤泥中充分分散与混匀，并继续垛式或锥状堆放陈化15天。

(2)控碱赤泥陈化稳定后，与脱水矿泥进行土壤化处置，形成类土送至矿坑采空区填埋，进行复垦复绿。

控碱赤泥与脱水矿泥土壤化处置按重量百分比(干重)25％：75％配比。本次复垦矿坑容积10000m³，需土壤化处置类土(干重)约17900吨。按物料平衡计算，需控碱赤泥(干重)4475吨，或需含水率30％控碱赤泥5967吨；需矿泥(干重)13425吨，或需含水率50％的脱水矿泥26850吨。

25天后，取完成陈化的控碱赤泥5967吨(含水率30％)运至回填复垦场附近的矿泥赤泥土壤化处置站；同时取脱水矿泥(含水率50％)26850吨运至回填复垦场附近的矿泥赤泥土壤化处置站，并对脱水矿泥进行破碎，破碎粒径为100mm及以下。

在矿泥赤泥土壤化处置站经给料机分别对控碱赤泥、破碎矿泥按重量百分比(干重)25％：75％计量给料，通过输送带至搅拌罐搅拌，搅拌时间10min。

土壤化处置形成的类土采用输送车辆送至附近的采空区进行填埋复垦。类土倾倒采空区后，铲车按1.5m一层推平、压实，直至填埋层达到周边地面高程。之后再在其上方回填原有剥离的表层土0.65m，平整后采用机械翻耕机对表层复土进行松土后成为复垦土地移交给当地村民。

实施例2：广西百色市某铝土矿矿区矿坑矿泥、赤泥土壤化处置复绿场地建设

(1)赤泥控碱。脱水赤泥含水率30％，pH值11.1。控碱投加药剂按赤泥干重质量的百分比计量：无水氯化镁0.5％，无水三氯化铁0.30％，石膏0.15％。

赤泥控碱在赤泥堆场实施。用铲车平整一块25ⅹ40m²的场地，作为赤泥控碱混合、堆放、陈化场所。赤泥控碱步骤为：①以赤泥堆场运输车辆的载重量作为基本计量单位，即每车24m³或约43吨湿赤泥(干重约30吨)，作为1次混合搅拌量；②将卸载湿赤泥中的块状赤泥采用挖机挖斗敲碎，并按1-2m高度摊平；③用挖机分别将150公斤无水氯化镁、90公斤三氯化铁、45公斤石膏粉依次较均匀撒在赤泥上，再采用挖机翻堆二次，后将所有搅拌混合后的控碱赤泥集中按堆高2～3m垛式堆放或锥状体堆放；④陈化12天后，再采用铲车翻堆2次，以便三种药剂在赤泥中充分分散与混匀，并继续垛式或锥状堆放陈化15天。

控碱赤泥与脱水矿泥土壤化处置按重量百分比(干重)30％：70％配比。本次复垦矿坑容积8000m³，需土壤化处置类土(干重)约14400吨。按物料平衡计算，需控碱赤泥(干重)4320吨，或需含水率30％控碱赤泥6171吨；需矿泥(干重)10080吨，或需含水率50％的脱水矿泥20160吨。

27天后，取完成陈化的控碱赤泥6171吨(含水率30％)运至回填复垦场附近的矿泥赤泥土壤化处置站；同时取脱水矿泥(含水率50％)20160吨运至回填复垦场附近的矿泥赤泥土壤化处置站，并对脱水矿泥进行破碎，破碎粒径为100mm及以下。

在矿泥赤泥土壤化处置站经给料机分别对控碱赤泥、破碎矿泥按重量百分比(干重)30％：70％计量给料，通过输送带至搅拌罐搅拌，搅拌时间10min。

土壤化处置形成的类土采用输送车辆送至附近的采空区进行填埋复垦。类土倾倒采空区后，铲车按2.0m一层推平、压实，直至填埋层达到周边地面高程以上0.5m，平整后采用机械翻耕机对表层类土进行松土，作为种植桉树复绿场地移交给当地村民。

Claims

1.一种采用固体组合药剂赤泥控碱的方法，具体步骤为：

(1)原料按以下重量百分比(干重)配料：矿泥60％～95％、赤泥5％～40％，赤泥控碱药剂氯化镁、三氯化铁、石膏三种粉剂若干；

(2)首先将矿泥混凝、脱水至含水率50％以下；赤泥脱水至含水率30％及以下；

(3)将步骤(2)的赤泥与氯化镁、无水三氯化铁、石膏粉粉剂混合；根据赤泥含水率计算赤泥干重；再根据赤泥干重及其pH值确定氯化镁、三氯化铁、石膏三者粉剂投加量，三者投加总质量(干重)占赤泥干重质量百分比的0.30％～1.0％(其中，氯化镁35％～55％、无水三氯化铁20％～35％、石膏粉10％～25％)；当赤泥pH值在11及以上时，按赤泥质量0.40％-1.0％投加三者组合药剂，pH值在10.5-11之间按赤泥0.35％-0.85％投加三者组合药剂，pH值在10.5以下按0.30％-0.65％投加三者组合药剂，并按量称取各种药剂(其中，氯化镁、三氯化铁质量称取时按无水氯化镁、无水三氯化铁计，如果含水，则相应增加其对应的含水量)；

(4)赤泥控碱采用挖机搅拌混合，或采用搅拌设备(如卧式搅拌槽、立式搅拌机)混合；采用挖机混合时，需将大块赤泥用挖斗击打敲碎，后在赤泥堆场或陈化堆场按1-2m高度摊平，后用挖机将计量的三种药剂分别均匀撒在赤泥上，再采用挖机分别混合翻堆1次，再集中按2～3m高垛式堆放；采用卧式、立式搅拌设备混合搅拌时，需将赤泥破碎至100mm及以下粒径，后按赤泥给料质量分别计量投加氯化镁、三氯化铁、石膏粉；三种药剂的投加顺序为氯化镁、三氯化铁、石膏粉；

(5)将步骤(4)的混合物料或控碱赤泥堆放10-15天后，再翻堆2次，以便三种药剂在赤泥中充分分散、混匀、溶解、反应，并继续堆放10～15天，以便控碱赤泥进一步陈化、反应与稳定；

(6)将步骤(2)的矿泥以及步骤(5)的赤泥运至需要回填复垦的矿坑处或者在途中的混合搅拌站；混合搅拌设施可以是挖机，也可以是卧式无轴搅拌器或者搅拌槽、立式搅拌罐等具有搅拌功能的设备；脱水矿泥、控碱赤泥混合物料比为步骤(2)的矿泥60％～95％、步骤(5)的控碱赤泥5％～40％；二种物料混合前，需对脱水矿泥破碎至100mm及以下粒径；二种物料混合如果是挖机，则需要反复混合堆放3～5次；如果是卧式无轴搅拌器或者搅拌槽、立式搅拌罐等搅拌工具，则需要搅拌5～10min，确保脱水矿泥与控碱赤泥彼此分散均匀，变成矿泥、赤泥土壤化处置类土；

(7)将步骤(6)混匀的物料或土壤化处置类土送至需要填埋复垦的矿坑，后用铲车分层(按1.5～2.0m一层)推平、压实；如果当地缺少剥离表土，则需要将步骤(6)的土壤化处置类土推平、压实至矿坑周边地面高程以上0.4m～1.0m(如果矿坑深度低于3m，超高以0.4m～0.5m为宜；矿坑深度超过6m以上，超高以1.0m为宜；矿坑深度介于3m～6m，超高以0.5m～1.0m为宜)，并在表面撒施腐殖酸肥料或有机肥(每亩1～2吨)、机械翻耕1次，采用一般性复绿植物(如鬼针草、紫云英等绿肥植物)或者糖蔗、牧草等进行生态复绿，后再通过2～3年土壤改良逐步转化为耕地；如果复垦做耕地，则土壤化处置类土在矿坑里的填埋高度为矿坑周边地面高程及以上：矿坑深度低于3m时，填埋高度以矿坑周边地面高程为宜；矿坑深度超过6m以上，填埋高度以矿坑周边地面超高0.5m为宜；矿坑深度介于3m～6m，填埋高度以矿坑周边地面超高0.2m～0.5m为宜)；后再在土壤化处置类土上方回填原有矿坑剥离的表层土0.5m及以上，并经压实、平整、表层翻耕松土作为复垦土地；农业耕作时再根据种植农作物类型种类进行施肥与农艺管理。

2.根据权利要求所述的方法，其特征在于，所述的赤泥为铝土矿矿石冶炼金属铝后的废渣。

3.根据权利要求所述的方法，其特征在于，所述的矿泥为风化型铝土矿矿石洗选产生的泥水混合物。

4.根据权利要求所述的方法，其特征在于，所述的三氯化铁为市场上出售的合格工业级无水三氯化铁、含水三氯化铁。

5.根据权利要求所述的方法，其特征在于，所述的氯化镁为市场上出售的合格工业级无水氯化镁、含水氯化镁。

6.根据权利要求所述的方法，其特征在于，所述的石膏粉为市场上出售的合格农用石膏粉。

7.根据权利要求所述的方法，其特征在于，所述的腐殖酸肥料、有机肥为符合国家有机肥质量标准的有机肥料或生物有机肥。