一种将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法技术

一种将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法，收集重金属尾矿库表面的废渣，将废渣、木屑、有机肥混合，得材料A；将研磨后的粘土、生物质发电厂灰渣与MgO、CaO混合，得材料B；将丙烯酸、水、氢氧化钠溶液、过硫酸铵、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺、蒙脱土混合，反应，烘干，得材料C；材料D为聚丙烯酰胺；将尿素、磷酸二铵混合后溶于水中得材料E。将材料A旋耕入尾矿库表面内熟化后，将材料B、C、D均匀撒施后旋耕入尾矿库表面内，浇水反应后，在改良的重金属尾矿库表层种植植物，再喷淋材料E，使难以生长植物的重金属尾矿库表面生长出茂盛的植物。本发明专利技术同时实现了钝化尾矿重金属、保持水土、恢复矿山植被、改善生态环境的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法
本专利技术涉及一种用于重金属尾矿库表面植被恢复的方法，属于土壤改良与矿山生态修复
更进一步，属于一种将有效态重金属含量高、水土流失严重，难以生长植被的重金属尾矿渣改造为可以很好生长植被的抗侵蚀沃土层的技术。具体是一种将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法。
技术介绍
金属矿选矿后形成的尾矿渣仍含有一定的重金属，虽然失去了选矿价值，但作为土壤其重金属浓度仍然很高。另外由于其为矿石研磨而成，砂性大，粘粒含量低，营养元素缺乏，物理结构松散。这些缺点使尾矿库表面极易产生水土流失，且浸出液中重金属(如Pb、Zn、Cu、Cd、As、Ni等)含量高，难以生长植被，并且由于雨水冲刷而产生含有高浓度重金属的渗滤液，污染尾矿库下游水体和农田，使重金属在农作物中富集，从而危害当地居民身体健康。国内外关于尾矿库的生态修复已经开展了大量研究，发达国家已经开展种植抗贫瘠的转基因植物、添加纳米修复材料等技术来恢复尾矿库表面的植被，但已有技术大都难以同时解决尾矿渣浸出液重金属含量高、水土流失及植被难以生长的问题。专利技术人检索到以下相关专利文献：CN109722251A公开了一种利用离子型稀土浸矿尾砂构建抗侵蚀沃土层的方法，其工艺步骤：利用磨机将粘土、生物质电厂灰渣和生物炭分别研磨；将研磨后的粘土、生物质电厂灰渣和生物炭以及腐植酸和聚丙烯酰胺干粉混合，产物为材料A；收集矿砂堆顶部的尾砂，将尾砂与材料A混合，然后利用磨机研磨，产物为材料B；将材料B平铺在经过平整的尾砂堆的表面或将尾砂充填进挖好的树坑底部和四壁，将氧化钙和硫酸钾加入水中，配制成溶液为材料C；将硫酸钾加入水中，制得材料D；将材料C或D喷洒在位于矿砂堆顶部的材料B的表面；待材料B湿度降到可耕作程度后，施加适量的有机肥，旋耕后即可进行耕种。CN104529668A公开了一种金属矿山土壤改良剂及利用改良剂的矿山生态修复方法，改良剂成分包括禽畜类粪便、蘑菇渣、作物秸秆、酒糟、中药渣。将改良剂与表层土壤混合均匀，平衡1～3个月可用以改良矿山土壤，进一步种植植被，可恢复生态。CN104987260A公开了一种铅锌尾矿库的生态恢复基质，基质包括：尾矿库尾砂、有机物、尾砂调节剂；其中，有机物包括城市河道底泥20-33份、矿化垃圾25-40份、农作废弃物33-50份；尾砂调节剂包括保水剂28.6-40份、黏合剂16.7-28.6份、螯合剂40-50份；所述尾矿库尾砂为铅锌尾矿库表面风干后形成的沉积物；本专利技术通过生态恢复技术实现铅锌尾矿库的快速生态恢复。CN105061001A公开了一种酸性铜尾矿基质改良剂、改良基质及其制备方法和应用，所述改良剂组分包括膨润土、稻壳、污泥、煤渣和动物粪便。该改良剂的主要作用是调节尾矿地区植物生长层的酸碱平衡、养分及有机质供应以及质地改良，作为优质价廉的基质改良材料，应用于酸性矿山治理及植被恢复，能够针对性的有效解决铜尾矿植被恢复过程当中植物生长基质匮乏问题。金属尾矿废渣不能生长植被的原因有多种因素，已有专利申请技术往往只考虑到废渣中有机质和养分缺乏，过于贫瘠(因素一)；缺乏粘粒结构，易漏水，易板结(因素二)；没有考虑到废渣中重金属含量高，毒性大(因素三)。因受高浓度的有毒重金属胁迫，亦可导致修复后尾矿表面仍然难以恢复植被。CN109722251A所公开的利用离子型稀土浸矿尾砂构建抗侵蚀沃土层的方法，是将研磨的粘土、生物质电厂灰渣、生物炭与腐植酸、聚丙烯酰胺干粉混合后得改良材料，再与尾砂混合，喷洒氧化钙和硫酸钾溶液，施加适量的有机肥来构建沃土层，考虑了上述三种因素。但该专利申请技术只应用于离子型稀土浸矿尾砂。以上这些技术对于本专利技术如何将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法，使难以生长任何植物的尾矿库表面长出茂盛的植被，做到同时实现钝化尾矿重金属、保持水土、恢复矿山植被、改善生态环境的目的，并未给出具体的指导方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法，它能使难以生长任何植物的尾矿库表面长出茂盛的植被，做到同时实现钝化尾矿渣重金属、保持水土、恢复矿山植被、改善生态环境的目的；且成本低廉，适合大面积推广应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法，其技术方案在于它包括如下工艺步骤：(一)制备材料A、材料B、材料C、材料D、材料E。(1)制备材料A：收集金属尾矿库表面厚度为20～25cm的尾矿渣，利用搅拌设备将尾矿渣、木屑、有机肥按质量比100:3～5:1～2混合，所得产物为材料A；(2)制备材料B：利用研磨设备分别将粘土和生物质发电厂灰渣研磨至粒径≤125微米，备用；将研磨后的粘土、生物质发电厂灰渣与MgO、CaO按质量比100:150～170:1～1.5:3～5混合，所得产物为材料B；(3)制备材料C：按质量百分比将20％～30％丙烯酸、20％～30％水、250～260g/L的氢氧化钠溶液30％～40％、0.013％～0.035％过硫酸铵、0.009％～0.021％N,N-亚甲基双丙烯酰胺、5％～20％蒙脱土加入到反应釜中混合，在反应釜中65～70℃条件下反应5～5.5h后，将得到的中间产物放入电热鼓风干燥箱，80～85℃烘干16～17h后取出，粉碎至粒径≤0.4毫米，所得产物为材料C，材料C中上述各组分的质量百分比之和为100％；(4)制备材料D：聚丙烯酰胺为材料D；(5)制备材料E：将尿素、磷酸二铵分别按照50～55kg/亩和100～105kg/亩的用量混合并溶于水中，配制成氮磷浓度分别为2％～5％的溶液，即为材料E。(二)所述的将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法是将上述材料A、材料B、材料C、材料D、材料E应用于重金属尾矿库表层，具体工艺步骤如下：①先平整尾矿库，若在改造为可生长植物的土壤中种植草本植物(比如鬼针草)，则将材料A平铺在经过平整的尾矿库表面，平铺厚度≥20厘米；若在改造为可生长植物的土壤中种植木本植物(比如灌木植物，可以是黄蝉)，则将材料A充填进挖好的坑内，充填层厚度≥25厘米，所述挖好的坑为尾矿库表面的凹坑，该凹坑深度与上述充填层厚度相同；将材料A充分旋耕入尾矿库表面内，待材料A熟化30天以上(可以是30～32天)后，得到熟化后的尾矿库表面层，继续后续工艺；②将材料B、材料C、材料D按质量比85～90:2～3:1的比例用于熟化后的尾矿库表面，材料D的用量为10～11kg/亩，具体是先将材料B、材料C和材料D分别均匀播撒(于尾矿库表面)后，充分旋入尾矿库表面内；然后再浇水至尾矿库表面(即尾矿渣表面、所述废渣表面)最大持水度，待反应15天后(即经过15天后)，继续后续工艺；③在上述改良的金属尾矿库表层种植相应的草本植物(如鬼针草)或木本植物(比如灌木植物，可以是黄蝉)等非食用植物，再将材料E施用于所述尾矿库表层(即改良的尾矿渣)和相应的草本植物或木本植物上。这样就可以使难以生长植物的金属尾矿库表面生长出茂盛的植物。上述技术方案中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法，其特征在于它包括如下工艺步骤：/n(一)制备材料A、材料B、材料C、材料D、材料E：/n(1)制备材料A：收集重金属尾矿库表面厚度为20～25cm的废渣，利用搅拌设备将废渣、木屑、有机肥按质量比100:3～5:1～2混合，所得产物为材料A；(2)制备材料B：利用研磨设备分别将粘土和生物质发电厂灰渣研磨至粒径≤125微米，备用；将研磨后的粘土、生物质发电厂灰渣与MgO、CaO按质量比100:150～170:1～1.5:3～5混合，所得产物为材料B；(3)制备材料C：按质量百分比将20％～30％丙烯酸、20％～30％水、250～260g/L的氢氧化钠溶液30％～40％、0.013％～0.035％过硫酸铵、0.009％～0.021％N,N-亚甲基双丙烯酰胺、5％～20％蒙脱土加入到反应釜中混合，在反应釜中65～70℃条件下反应5～5.5h后，将得到的中间产物放入电热鼓风干燥箱，80～85℃烘干16～17h后取出，粉碎至粒径≤0.4毫米，所得产物为材料C，材料C中上述各组分的质量百分比之和为100％；(4)制备材料D：材料D为聚丙烯酰胺；(5)制备材料E：将尿素、磷酸二铵分别按照50～55kg/亩和100～105kg/亩的用量混合在一起并溶于水中，配制成氮磷浓度分别为2％～5％的溶液，即制得材料E；/n(二)所述的将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法是将上述材料A、材料B、材料C、材料D、材料E应用于重金属尾矿库表层，具体工艺步骤如下：①先平整尾矿库，若在改造为可生长植物的土壤中种植草本植物，则将材料A平铺在经过平整的尾矿库表面，平铺厚度≥20厘米；若在改造为可生长植物的土壤中种植木本植物，则将材料A充填进挖好的坑内，充填层厚度≥25厘米，所述挖好的坑为尾矿库表面的凹坑，该凹坑深度与上述充填层厚度相同；将材料A充分旋耕入尾矿库表面内，待材料A熟化30天以上后，得到熟化后的尾矿库表面层，继续后续工艺；②将材料B、材料C、材料D按质量之比为85～90:2～3:1的比例施用于熟化后的尾矿库表面，材料D的用量为10～11kg/亩，具体是先将材料B、材料C和材料D分别均匀播撒后，充分旋入尾矿库表面内；再浇水至尾矿库表面即尾矿渣表面最大持水度，反应15天后，继续后续工艺；③在上述改良的重金属尾矿库表层种植相应的草本植物或木本植物，再将材料E喷淋在所述尾矿库表层和相应的草本植物或木本植物上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法，其特征在于它包括如下工艺步骤：
(一)制备材料A、材料B、材料C、材料D、材料E：
(1)制备材料A：收集重金属尾矿库表面厚度为20～25cm的废渣，利用搅拌设备将废渣、木屑、有机肥按质量比100:3～5:1～2混合，所得产物为材料A；(2)制备材料B：利用研磨设备分别将粘土和生物质发电厂灰渣研磨至粒径≤125微米，备用；将研磨后的粘土、生物质发电厂灰渣与MgO、CaO按质量比100:150～170:1～1.5:3～5混合，所得产物为材料B；(3)制备材料C：按质量百分比将20％～30％丙烯酸、20％～30％水、250～260g/L的氢氧化钠溶液30％～40％、0.013％～0.035％过硫酸铵、0.009％～0.021％N,N-亚甲基双丙烯酰胺、5％～20％蒙脱土加入到反应釜中混合，在反应釜中65～70℃条件下反应5～5.5h后，将得到的中间产物放入电热鼓风干燥箱，80～85℃烘干16～17h后取出，粉碎至粒径≤0.4毫米，所得产物为材料C，材料C中上述各组分的质量百分比之和为100％；(4)制备材料D：材料D为聚丙烯酰胺；(5)制备材料E：将尿素、磷酸二铵分别按照50～55kg/亩和100～105kg/亩的用量混合在一起并溶于水中，配制成氮磷浓度分别为2％～5％的溶液，即制得材料E；
(二)所述的将重金属尾矿渣改造为可生长植物的土壤的方法是将上述材料A、材料B、材料C、材料D、材料E应用于重金属尾矿库表层，具体工艺步骤如下：①先平整尾矿库，若在改造为可生长植物的土壤中种植草本植物，则将材料A平铺在经过平整的尾矿库表面，平铺厚度≥20厘米；若在改造为可生长植物的土壤中种植木本植物，则将材料A充填进挖好的坑内，充填层厚度≥25厘米，所述挖好的坑为尾矿库表面的凹坑，该凹坑深度与上述充填层厚度相同；将材料A充分旋耕入尾矿库表面内，待材料A熟化30天以上后，得到熟化后的尾矿库表面层，继续后续工艺；②将材料B、材料C、材料D按质量之比为85～90:2～3:1的比例施用于熟化后的尾矿库表面，材料D的用量为10～11kg/亩，具体是先将材料B、材料C和材料D分别均匀播撒后，充分旋入尾矿库表面内；再浇水至尾矿库表面即尾矿渣表面最大持水度，反应15天后，继续后续工艺；③在上述改良的重金属尾矿库表层种植相应的草本植物或木本植物，再将材料E喷淋在所述尾矿库表层和相应的草本植物或木本植物上。

【专利技术属性】
技术研发人员：宋乐，韩占涛，张发旺，张勤军，栾崧，黄桂强，康志强，
申请(专利权)人：中国地质科学院水文地质环境地质研究所，中国地质科学院岩溶地质研究所，广西壮族自治区地质调查院，
类型：发明
国别省市：河北;13