一种五层覆盖强还原原位成矿修复方法技术

本发明专利技术提供一种五层覆盖强还原原位成矿修复方法，属于矿山环境生态修复技术领域。该方法涉及自上至下的五层结构具体为：无污染客土层、粘土密封层、生物质还原密封层、主反应层和原始尾矿层；该方法在主反应层以生物质中的有机物为还原剂，依靠厌氧菌的作用将高氧化态的砷还原成低氧化态或还原态的砷，将高氧化态的硫还原成还原态的硫，重新形成雄黄、雌黄等矿物，同时较多的铁被还原形成黄铁矿、砷黄铁矿、磁黄铁矿等低溶解度的矿物，而Pb

A five layer strong reduction in-situ mineralization remediation method

The invention provides a five layer covered strong reduction in-situ mineralization restoration method, which belongs to the technical field of mine environment ecological restoration. The method involves five layers from top to bottom in particular: no pollution off the soil, clay sealing layer, biomass reduction sealing layer, the main reaction layer and the original tail layer; the method of the main reaction layer on organic matter in the biomass as a reducing agent, depending on the role of anaerobic bacteria to higher oxidation states of arsenic reduction a low oxidation state or reduced arsenic, will high oxidation states of sulfur reduced states of sulfur, re formation of Realgar and orpiment minerals, and more iron was reduced the formation of pyrite and arsenopyrite, pyrrhotite and other low solubility of minerals, and Pb

【技术实现步骤摘要】
一种五层覆盖强还原原位成矿修复方法
本专利技术涉及矿山环境生态修复
，特别是指一种五层覆盖强还原原位成矿修复方法。
技术介绍
目前的工业体系实际上是一个开采资源和排放废物的过程。采矿活动是向环境排放废弃物的主要来源，其固废排放量占工业废物排放量的80％～85％。我国共有大中型矿山9000多座，26万小型矿山，因采矿侵占土地面积已接近40,000km2，由此而废弃土地面积达330km2/a。矿山开采过程中，露天采矿场、排土场、尾矿场、塌陷区以及受重金属污染而失去经济利用价值的土地称为矿山废弃地。煤矿的矸石山、电厂粉煤灰、金属矿山尾矿等矿山固体废弃物是矿区的一大公害，侵占了大量土地并造成环境污染。以尾矿库为例，由于尾矿砂的松散特性，遇降水极易产生水土流失，易溶于水的重金属随着水流污染附近土壤、河流和地下水；在风蚀严重区域，易产生尾矿砂扬尘，甚至“尾矿沙尘暴”发生频度也很高。不但影响自然景观、造成环境污染，而且还会诱发山体滑坡，造成水土流失等地质灾害。因此，如何恢复和重建已退化的矿山生态系统已成为世界各国普遍关注的课题。矿山生态恢复是以生态环境恢复为核心，研究如何根据实际情况，因地制宜、因矿施治，落实矿山生态环境恢复工作，从而取得生态、经济、社会的最佳综合效益。通过生态恢复可促使废弃矿山的生态和经济价值再生。目前，尾矿库的修复方法有：(1)植物修复；(2)充填法；(3)物理-化学-生物法。(1)植物修复法：植物残体所富集的重金属的后续处理是仍旧需要解决的问题，根本意义上并没有从根源上解决重金属的污染问题，只降低了矿山粉尘污染的风险和减少了重金属污染地下水和河流的概率；(2)充填法：需要将尾矿库中的尾砂返回到矿井进行充填，用量有限，成本较高；(3)物理-化学-生物法：主要包括：固化-稳定化、淋洗、化学氧化-还原、土壤电动力学修复，目标是污染场地土壤的原位修复技术。现如今成熟的技术报道仍较少。
技术实现思路
本专利技术提供一种五层覆盖强还原原位成矿修复方法，以解决尾矿库水土流失和扬尘带来的环境污染、现有尾矿库修复技术中存在的二次环境污染以及现有尾矿库修复技术中不能持续深度修复尾矿库重金属污染等问题。五层覆盖强还原原位成矿技术属于物理-化学-生物-植物联合修复技术，从根本上解决了矿山的扬尘所造成的大气和土壤污染及水土流失和高重金属含量的下渗水对河流和地下水的污染问题，并且随着修复时间的推移，主反应层不断下移，持续深度修复尾矿库重金属污染。该方法涉及五层结构，五层结构自上至下具体为：无污染客土层、粘土密封层、生物质还原密封层、主反应层和原始尾矿层，其中，主反应层以重量百分比计，包括工业碱性粉末0.1％～5％、工业副产石膏0.1％～5％、植物残渣0.1％～1％、禽畜粪便0.1％～5％、尾矿85％～99％，且主反应层厚度为20～60cm；该方法包括如下步骤：S1：将主反应层除尾矿外原料混合均匀后均匀覆盖于待修复尾矿库表层，翻耕直至与尾矿混合均匀，形成主反应层，主反应层下即为原始尾矿层；S2：将生物质还原密封层原料混合均匀后均匀覆盖于主反应层之上，形成生物质还原密封层；S3：将粘土类矿物均匀覆盖于生物质还原密封层之上，形成粘土密封层；S4：将无污染客土均匀覆盖于粘土密封层之上，形成无污染客土层；S5：在无污染客土层中种植植被。其中，无污染客土达到《中华人民共和国国家标准土壤环境质量标准(GB15618-1995)》中所规定的三类标准，无污染客土层厚度为20～60cm。S3中粘土类矿物为高岭土、石脂、蒙脱石、蛭石、伊来石、水铝英石中的一种或多种，粘土密封层厚度为1～15cm。生物质还原密封层以重量百分比计成分为：植物残渣5％～50％、禽畜粪便50％～95％，生物质还原密封层厚度为1～15cm。主反应层中的工业碱性粉末，包括钢渣、石灰粉、水泥、电石渣、赤泥、白泥、碱渣、盐泥、镁渣、粉煤灰、高炉渣中的一种或多种。主反应层中的工业副产石膏，包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏、废陶模石膏中的一种或多种。主反应层中的植物残渣，包括秸秆、蔗渣、木质素中的一种或多种。该方法的技术原理如下：最下面一层为原始尾矿层。这一层与主反应层无明显边界，其上界面随着生态恢复后时间的延长，会不断下移。主反应层是低溶解度含砷硫化物矿物及重金属硫化物矿物生成反应的主层位，其下界面随着生态修复时间的延长会不断下移，主反应层不断变厚。这一层中将采用大量的生物质如农作物秸秆碎屑或牲畜粪便等有机物及少量碱性粉末如钢渣粉或石灰粉等与大量尾矿库表层尾矿混合，并加入少量工业副产石膏粉作为提供硫酸根的物质来源。在基本没有外来氧气补给的条件下，厌氧微生物将不断将有机质分解并促进该层内的残留氧气与有机质反应：所生产的CO2或缓慢溢出地表，或与层内的Ca(OH)2结合：CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O随着该层内孔隙中气态氧以及孔隙水中溶解氧含量的不断下降，硫酸盐还原菌将促进如下反应不断进行：砷酸盐还原菌将促进如下反应发生：As3+还可以被进一步还原成各种更低价态，并与还原态硫和还原态铁形成砷黄铁矿(FeAsS)、毒砂(FeAsS)、雌黄(As2S3)、雄黄(As2S2)等极溶解度的硫砷化合物。而Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+、Sb3+等重金属污染物则形成方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、硫镉矿、辰砂、辉锑矿等溶解度极低的硫化物矿物。生物质还原密封层是由生物质如农作物秸秆碎屑和牲畜粪便铺成的纯有机质层，在厌氧菌的作用下能够消耗由大气降水带入的大部分溶解氧，并对大气中的气态氧起到密封隔离的作用，以保证主反应层的还原作用有效进行，并防止已经形成的砷黄铁矿、毒砂、雌黄、雄黄、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、硫镉矿、辰砂等矿物再次被氧化。粘土密封层主要防止大气中的气态氧及含饱和溶解氧的水大量渗入生物质还原密封层，减少有机质的消耗。同时也能防止下部残留在溶液中的少量砷和重金属等污染物向上迁移至未污染的覆盖土层。无污染客土层是覆盖的未污染的新土层或土壤层又称客土。其设计厚度为20-60cm，保证一般草本植物的根系下伸所需厚度。特殊情况下，如果植物的根系穿透粘土密封层、生物质还原密封层到达主反应层，由于主反应层中的砷已被转化为溶解度极低的硫砷化合物，Pb2+，Zn2+，Cu2+，Hg2+等重金属，以及Cd2+，Sb3+等稀散金属等污染物则形成方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、硫镉矿、辰砂、辉锑矿等溶解度极低的硫化物矿物，而铟以类质同相赋存在闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿及其他金属硫化物中，因此也可以保证基本不被植物的根系所吸收。随着生态恢复年代的延长，大量死亡的植物根系将残留在无污染客土层、粘土密封层、生物质还原密封层、主反应层和原始尾矿层内，在厌氧菌促进其分解的同时，主反应层的厚度逐渐加大，保证多年生草本植物和较长根系的木本植物的根系均处在砷及重金属已被固定在硫砷化合物和重金属硫化物的主反应层内，从而避免砷及重金属对生态链和食物链的污染。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：1.有效防止尾矿砂扬尘造成的大气、土壤和水环境污染；可大量减少雨水渗透，从源头降低尾矿中砷和重金属等污染物对于地下水污染的可能性；2.通过物理-化学-生物反应，使尾矿中易于淋溶的砷和重金属原位形成溶解度极低的矿物，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五层覆盖强还原原位成矿修复方法，其特征在于：该方法涉及五层结构，五层结构自上至下具体为：无污染客土层(1)、粘土密封层(2)、生物质还原密封层(3)、主反应层(4)和原始尾矿层(5)，其中，主反应层(4)以重量百分比计，包括工业碱性粉末0.1％～5％、工业副产石膏0.1％～5％、植物残渣0.1％～1％、禽畜粪便0.1％～5％、尾矿85％～99％，且主反应层(4)厚度为20～60cm；该方法包括如下步骤：S1：将主反应层(4)除尾矿外原料混合均匀后均匀覆盖于待修复尾矿库表层，翻耕直至与尾矿混合均匀，形成主反应层(4)，主反应层(4)下即为原始尾矿层(5)；S2：将生物质还原密封层(3)原料混合均匀后均匀覆盖于主反应层(4)之上，形成生物质还原密封层(3)；S3：将粘土类矿物均匀覆盖于生物质还原密封层(3)之上，形成粘土密封层(2)；S4：将无污染客土均匀覆盖于粘土密封层(2)之上，形成无污染客土层(1)；S5：在无污染客土层(1)中种植植被。

【技术特征摘要】
1.一种五层覆盖强还原原位成矿修复方法，其特征在于：该方法涉及五层结构，五层结构自上至下具体为：无污染客土层(1)、粘土密封层(2)、生物质还原密封层(3)、主反应层(4)和原始尾矿层(5)，其中，主反应层(4)以重量百分比计，包括工业碱性粉末0.1％～5％、工业副产石膏0.1％～5％、植物残渣0.1％～1％、禽畜粪便0.1％～5％、尾矿85％～99％，且主反应层(4)厚度为20～60cm；该方法包括如下步骤：S1：将主反应层(4)除尾矿外原料混合均匀后均匀覆盖于待修复尾矿库表层，翻耕直至与尾矿混合均匀，形成主反应层(4)，主反应层(4)下即为原始尾矿层(5)；S2：将生物质还原密封层(3)原料混合均匀后均匀覆盖于主反应层(4)之上，形成生物质还原密封层(3)；S3：将粘土类矿物均匀覆盖于生物质还原密封层(3)之上，形成粘土密封层(2)；S4：将无污染客土均匀覆盖于粘土密封层(2)之上，形成无污染客土层(1)；S5：在无污染客土层(1)中种植植被。2.根据权利要求1所述的五层覆盖强还原原位成矿修复方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪文，高巍，马旭明，徐东，王珂，李涵，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11