一种含硫化物的矿山固体废弃物堆填场的复合封盖结构制造技术

发明专利技术属于环境岩土工程技术领域，具体涉及一种含硫化物的矿山固体废弃物堆填场的复合封盖结构。实现本发明专利技术目的的含硫化物的矿山固体废弃物堆填场的复合封盖结构由下至上由三个具有不同渗透系数、不同基质吸力和不同厚度的3个子层形成的复合封盖层，能够使堆填场表层保持足够多的水分，从而实现减少或消除进入堆填场内部的空气，避免在堆填场内部形成可供硫化物氧化产酸的条件。本发明专利技术还具有施工简单，成本低廉的优势，非常适合在矿区推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境岩土工程
，具体涉及一种含硫化物的矿山固体废弃物堆填场的复合封盖结构。
技术介绍
随着我国矿山采选业的发展和人们环境保护意识的日益增强，矿山固体废弃物处置所诱发的环境污染问题成为广泛关注的焦点问题。矿产资源的开发利用一般涉及两个过程：开采回收过程和选矿提纯过程。其中开采回收过程是指人们利用各种方法和技术将赋存于地下的矿产资源开采回收至地面的过程。受到矿产资源的地质赋存特点以及人们对其开发利用时所使用的技术等诸多因素的影响，开采回收过程中所获取的矿产资源中往往包含许多不具有可利用价值的杂质。因此，从地下直接开采回收的矿产资源往往需要经过多次选矿提纯处理才能形成可以直接利用或加工的产品原料。矿产资源开发利用的上述两个过程中会产生两类固体废弃物：在开采回收过程中通常会产生采矿废石；选矿提纯过程一般会形成尾矿。采矿废石是指在开采回收过程中为获取目标矿体所剥离的岩石/土（以下统称岩石）。例如，采取井工开采方式的矿井在开挖采掘巷道时所剥离的岩石、目标矿体回收时夹带的矿体上覆岩层或下覆岩层（也称伴生岩体）等均属于采矿废石。采矿废石通常为相对干燥的松散岩/土体形式存在，其粒径分布范围极广，在黏粒组~巨粒组均有分布。而尾矿是指选矿提纯作业过程所形成的有用目标组分含量最低的部分，选矿过程中所形成的尾矿通常以泥浆的形式存在，但也有以干燥的固体形式存在。与采矿废石相比，尾矿的粒径分布范围相对狭窄，通常在极细粒组（尾矿泥）~沙砾组（尾矿砂）之间分布。目前，国内对于上述两类矿山固体废弃物的处置通常采用地表堆存或地下充填的方法。其中，地表堆存由于具有施工简单、技术成熟、成本较低等优点被大多数工矿企业作为处置矿山固体废弃物的首选方法。但这种方法往往会在矿区地表形成体积庞大的尾矿库和采矿废石堆场（以下统称为矿山固体废弃物堆填场）。这不仅需要占用宝贵的土地资源，而且会改变当地原有的自然景观及生态环境，造成视觉污染并破坏当地的生态系统平衡。同时，地表的开放性环境会使某些固体废物在空气、温度、水分和微生物等环境因素的作用下发生复杂的化学反应，释放出大量有毒有害物质，从而对堆填场周边的大气、土壤及水环境形成严重的污染。相关调查及统计结果显示，在大多数由于长期堆存矿山固体废弃物所引起的环境污染问题中，以含硫化矿物的矿山固体废弃物所造成的污染最为严重。含硫化物的矿山固体废弃物是指在开发利用以硫化物形式赋存的金属矿产资源过程中所产生的矿山固体废弃物。这类金属矿产资源在赋存形式上所具有的最为显著的特点是其矿体本身和伴生岩体中通常含有以黄铁矿（FeS2）、磁黄铁矿（Fe11S12）等硫化物为主的伴生矿物（也称脉石矿物）。由于这些脉石矿物本身不具有商业价值，因此在开采回收和选矿提纯过程中均作为废料遗弃。当这些硫化物被排弃至矿山固体废弃物堆填场以后，在空气和雨水的共同作用下会发生以下化学反应（以黄铁矿为例，类似的反应也适用于磁黄铁矿）：从上述反应方程式中可以看出：在氧气和水的共同作用下，黄铁矿发生氧化反应释放出H+和Fe2+（反应（1））；如果环境中的氧气含量充足，反应（1）所生成的Fe2+会进一步与氧气反应生成Fe3+（反应（2）），这部分Fe3+会进一步氧化黄铁矿，释放出大量的H+（反应（3））。因此，反应（3）的发生应该是导致含硫化物矿山固体废弃物堆填场的排水呈现酸性的主要原因。由于大多数的毒性重金属属于极性离子，因此酸性环境会极大地增强其化学活性和迁移性，使其从稳定的固态转化为不稳定的可溶解态或可交换态，极易进入水中并随之迁移，最终使得从堆填场底部排出的水成为包含大量毒性重金属离子的酸性矿山废水。从上述对硫化物氧化产酸过程的分析中不难发现，堆填场中的氧气含量多少是决定含硫化物的矿山固体废弃物是否会形成酸性矿山废水的一个关键因素。此外，进入堆填场内部的水分也是导致酸性矿山废水形成的必要条件。因此，对于含硫化物的矿山固体废弃物堆填场产生酸性矿山废水进行主动防控的技术途径有两种：一种是尽量避免外界环境中的水渗入堆填场内部；另外一种则是降低扩散进入堆填场内部的氧气。实际上，受堆填作业工艺流程的限制，上述两种方法在堆填场服役或运营期间均无法实现，但可以考虑在堆填场达到设计库容并需要进行封场覆盖时进行实施。目前，判别矿山固体废弃物堆填场是否需要进行封场覆盖所依据的一般性标准是《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）。该标准在对I类场和II类场封场的环境保护要求中明确指出：对于I类场，为利于恢复制备，关闭时表面应覆一层天然土壤，其厚度视固体废物的颗粒度大小和拟种植的植物种类确定；对于II类场，为防止固体废物直接暴露和雨水渗入堆体内，封场时表面应覆土二层，第一层为阻隔层，覆20cm~45cm厚的黏土，并压实，防止雨水渗入固体废物堆体内；第二层为覆盖层，覆天然土壤，以利植物生长，其厚度视栽种植物种类而定。基于上述规定，我国大多数矿山固体废弃物堆填场所采用的封场覆盖结构为单一的覆盖层或阻隔层+覆盖层的简单结构，其功能相对单一，因此在实际使用过程中存在诸多问题。例如，在干旱地区，仅采用单一覆盖层结构通常无法对土层中的水分形成有效滞留，为了维持植物的生长往往需要昂贵的后期维护费用；而在多雨地区往往又存在覆盖层水土流失严重的问题。阻隔层+覆盖层结构中所用的黏土，其物理力学性状易受气候环境变化的影响，在干-湿或冻-融循环作用下极易发生开裂而丧失其阻隔效果。此外，植物根系的侵蚀和动物活动的干扰也是降低阻隔效果的主要因素。如前文所述，对于含硫化物的矿山固体废弃物堆填场进行封盖的主要目的是防止其形成酸性矿山废水，而达到这一目的的关键技术途径是减少或阻隔空气中的氧气通过扩散作用进入堆填场内部。从这个角度来看，上述两种常用的封盖结构不能有效地解决硫化物的氧化产酸问题。因此，在解决此类问题上国内的现有技术一般是在覆土层中掺入石灰或其它可产生碱性的物质，利用其所产生的碱性去中和硫化物氧化产生的酸性。例如胡宏伟等在《广东乐昌铅锌尾矿废弃地酸化控制研究》中提出在铅锌尾矿废弃地上铺盖厚度约20cm的城市生活垃圾及20kg/m2石灰的方法可以有效防止下层尾矿酸化。Ye,Z.H.等在文献《Limeandpigmanureasameliorantsforrevegetainglead/zincminetailings》和《GrowthresponseofsesbaniarostrataandS.cannabinatosludge-amendedlead/zincminetailings》中提出在铅锌尾矿的复垦土壤中加入石灰和猪粪可有效调节覆土的pH值和改善土壤基质。上述方法实际上并没有改变常见的封盖层结构，只是有针对性地对封盖层材料的化学属性进行了改性。由于其所使用的改性材料（如石灰、猪粪等）均属于消耗性材料，且不可再生。因此，上述方法虽然可以在短期内起到一定的中和产酸效果，但这种效果并不具有长期持续性，需要较高的后期维护费用。同时，上述方法也并没有起到减少或阻隔空气中的氧气扩散进入堆填场内部的作用。文献《尾矿库复土造田》中提出了水覆盖法和有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含硫化物的矿山固体废弃物堆填场的复合封盖结构，其特征在于由下至上，依次由第1子层、第2子层和第3子层组成；其中所述的第1子层直接铺设在含硫化物的矿山固体废弃物堆填场的表面，厚度为4 cm~30 cm，组成第1子层的材料颗粒的平均直径为10 μm~200 μm，基质吸力＞4 cm水柱，渗透系数为10‑9 cm/s~10‑3 cm/s；所述的第2子层厚度与第2子层基质吸力之比>1.5，组成第2子层的材料颗粒的平均直径为200 μm~5000 μm，第2子层的基质吸力与第1子层的基质吸力之比＜1/2，渗透系数为10‑3 cm/s~1 cm/s；所述的第3子层厚度＞6 cm，组成第3子层的材料颗粒的平均直径3 mm~7 cm，基质吸力＜3 cm水柱，渗透系数＞1 cm/s。

【技术特征摘要】
1.一种含硫化物的矿山固体废弃物堆填场的复合封盖结构，其特征在于由下至上，依次由第1子层、第2子层和第3子层组成；其中所述的第1子层直接铺设在含硫化物的矿山固体废弃物堆填场的表面，厚度为4cm~30cm，组成第1子层的材料颗粒的平均直径为10μm~200μm，基质吸力＞4cm水柱，渗透系数为10-9cm/s~10-3cm/s；所述的第2子层厚度与第2子层基质吸力之比>1.5，组成第2子层的材料颗粒的平均直径为200μm~5000μm，第2子层的基质吸力与第1子层的基质吸力之比＜1/2，渗透系数为10-3cm/s~1cm/s；所述的第3子层厚度＞6cm，组成第3子层的材料颗粒的平均直径3mm~7cm，基质吸力＜3cm水柱，渗透系数＞1cm/...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜利国，尹成薇，梁冰，董擎，秦冰，王堃，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21