一种金属矿废石场的酸性改良基质及其植被恢复施工方法

摘要

本发明公开了一种金属矿废石场的酸性改良基质及其植被恢复施工方法，酸性改良基质包括HDS底泥、石灰粉、稻壳和有机聚合胶联剂，对应于1‑3m3的HDS底泥，石灰粉、稻壳和有机聚合胶联剂的加入量为20‑40kg、5‑10kg和50‑100g；其植被恢复施工方法包括，将酸性改良基质与水混匀制得浓浆状的酸性改良材料，喷射到已预处理完成后的废石场表面，固结形成酸性改良层。本发明的HDS底泥、石灰粉和稻壳在有机聚合胶联剂的作用下交互鳌合形成有机整体，能在废石间隙中形成无数连续的改良柱，最大化减少石灰粉的淋失；该植被恢复施工方法采用液力喷播，利用流体重力分层渗透形成酸性改良层，施工安全，效率高，效果好。

权利要求

1.一种金属矿废石场的酸性改良基质，其特征在于，包括HDS底泥、石灰粉、稻壳和有机聚合胶联剂；

3

对应于1‑3 m的HDS底泥，所述石灰粉、稻壳和有机聚合胶联剂的加入量分别为20‑40 kg、5‑10 kg和50‑100 g；

所述HDS底泥为矿山酸性废水经回收有价元素后，采用石灰乳或电石渣酸碱中和处理后得到的废弃物，其含水率≤40 %，且pH为6‑7.5；

所述稻壳为稻谷加工后的废弃物；

所述有机聚合胶联剂为以植物种子为胶粉进行复合混配改性而成的天然黏合剂。

2.一种金属矿废石场的植被恢复施工方法，其特征在于，包括，对金属矿废石场进行预处理后，将权利要求1所述的酸性改良基质与水混匀，制得浓浆状的酸性改良材料，将所述酸性改良材料喷射到待恢复的金属矿废石场的表面，固结形成酸性改良层。

3.根据权利要求2所述的植被恢复施工方法，其特征在于，所述酸性改良材料的固液比为（3‑5）：10。

4.根据权利要求2所述的植被恢复施工方法，其特征在于，所述预处理后的金属矿废石场的坡度≤50°。

5.根据权利要求2所述的植被恢复施工方法，其特征在于，在所述喷射的过程中，控制所述酸性改良材料全部渗入所述金属矿废石场的废石间隙中，避免形成流体在所述金属矿废石场的表面流动。

6.根据权利要求2‑5任一项所述的植被恢复施工方法，其特征在于，所述酸性改良材料采用多次喷射的方式喷射到待恢复的金属矿废石场的表面。

7.根据权利要求6所述的植被恢复施工方法，其特征在于，相邻所述喷射的间隔时间为控制上一次喷射的酸性改良材料已完成固结。

8.根据权利要求2‑5任一项所述的植被恢复施工方法，其特征在于，所述酸性改良层在垂直于金属矿废石场表面的方向的厚度为1.0‑ 1.5 m。

9.根据权利要求2‑5任一项所述的植被恢复施工方法，其特征在于，所述金属矿废石场的预处理具体包括：S1、分区块分别对金属矿废石场的顶部平台、边坡和边坡平台进行地形整理，保证其整体稳定性，并使所述边坡平台和顶部平台分别向内和向外形成倾角；S2、在金属矿废石场修建纵横交错的排水沟，构建良好的雨水分流系统，最大化降低雨水的淋溶；

和/或，所述植被恢复施工方法还包括，在所述酸性改良材料固结形成酸性改良层后，覆土并播撒植物种子。

说明书

一种金属矿废石场的酸性改良基质及其植被恢复施工方法

技术领域

[0001] 本发明属于植被恢复技术领域，涉及一种金属矿废石场的植被恢复，具体涉及一种金属矿废石场的酸性改良基质及其植被恢复施工方法。

背景技术

[0002] 金属矿山以硫化物赋存于矿物中的比例很大，尤其是铜、铅、锌等金属矿床，约占各类矿物种类总量的75％。金属品位极低，矿物采剥比大，产生大量的固体废弃物；其中，每
采山1吨矿石平均约产生1.25吨废石，近几年大约需要排放废石1.3‑1.4亿吨/a，累计堆存
数十亿吨。

[0003] 废石堆放于露天，在氧化铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌等微生物的催化作用下，废石中的硫和金属硫化物被氧化，经过雨水冲刷，形成了矿山酸性废水(Acid Mine Drainage，
2‑
简称AMD)；由于AMD的pH值极低，且含有Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd、As和Al等金属离子及SO4 ，会
对环境造成污染和破坏。

[0004] 工程实践证明，废石场的植被恢复首先从源头控制酸性污染的产生，同时可以恢复受损的生态环境；而在废石场植被恢复的过程中，堆场本身的产酸环境严重制约了植物
的正常生长，最终导致植被恢复工程的失败。综上分析可知，如何有效构建酸性改良层对废
石场的植被恢复至关重要。

[0005] 如何减缓和控制酸性土壤的进一步酸化是废石场酸性改良的关键，其基本原理是通过添加土壤改良剂减缓和控制酸化，从而营造植物正常生长的环境。目前的常规方法是
采用人工播撒石灰粉等改良剂的方式进行酸性改良，其弊端主要在作业工人的安全性和改
良工程的时效性得不到很好的保证。

发明内容

[0006] 针对上述不足，本发明针对现有技术中金属矿山HDS底泥产生量大、资源化利用率低、堆存占用大量土地且存在环境风险的现状，提供了一种金属矿废石场的酸性改良基质
及其植被恢复施工方法。

[0007] 本发明采用如下技术方案：

[0008] 本发明一方面提供了一种金属矿废石场的酸性改良基质，包括HDS底泥、石灰粉、稻壳和有机聚合胶联剂。

[0009] 具体地，在上述酸性改良基质中，对应于1‑3m3的HDS底泥，所述石灰粉、稻壳和有机聚合胶联剂的加入量分别为20‑40kg、5‑10kg和50‑100g。

[0010] 在上述技术方案中，所述HDS底泥为矿山酸性废水经回收有价元素后，采用石灰乳或电石渣酸碱中和处理后得到的废弃物，其含水率≤40％，且pH为6‑7.5。

[0011] 详细地，所述HDS底泥为就地取材的第I类一般工业固体废物。

[0012] 进一步地，在上述技术方案中，所述稻壳为稻谷加工后的废弃物。

[0013] 详细地，所述稻壳中富含纤维素、木质素和二氧化硅，且稻壳中二氧化硅含量越高，则越坚硬，耐磨性能越强，是一种可以资源化利用的固体废弃物资源。该稻壳与HDS底泥
混合能提高HDS底泥的保蓄性和缓冲性，同时上述稻壳的使用还可以保护农村生态环境，并
促进农业的生态化发展；其他具有上述功能的农作物粉碎物也可以采用，效果以本申请采
用的为优。

[0014] 进一步地，在上述技术方案中，所述有机聚合胶联剂为以植物种子为胶粉进行复合混配改性而成的天然黏合剂。

[0015] 针对传统的高分子化合黏合剂不易降解的缺陷，上述有机聚合胶联剂通过在纤维与纤维之间和纤维与土壤之间建立捆绑胶联，大大提高土壤颗粒依附强度，促进土壤颗粒
团粒结构形成，同时能够优化土壤微生物生存环境，进一步促进土壤的熟化；其他具有上述
功能的有机聚合胶联剂也可以采用，效果以本申请采用的为优。

[0016] 本发明另一方面提供了一种金属矿废石场的植被恢复施工方法，包括，对金属矿废石场进行预处理后，将上述酸性改良基质与水混匀，制得浓浆状的酸性改良材料，将所述
酸性改良材料喷射到待恢复的金属矿废石场的表面，固结形成酸性改良层。

[0017] 具体地，在上述技术方案中，酸性改良基质的用量根据待恢复的金属矿废石场的单位面积确定；详细地，对应于每平方米的待恢复的金属矿废石场，所述HDS底泥、石灰粉、
3
稻壳和有机聚合胶联剂的用量分别为0.1‑0.3m、2‑4kg、0.5‑1.0kg和5‑10g。

[0018] 具体地，在上述技术方案中，将酸性改良基质与水加入液力喷播机的搅拌罐中，通过搅拌罐中的搅拌轴将酸性改良基质与水充分混合，形成浓浆状的酸性改良材料，再通过
液力喷播机喷射到待恢复的金属矿废石场的表面，通过重力作用及流体力学的原理，使浓
浆状的酸性改良材料入渗，固结后形成表层和竖向的酸性改良层。

[0019] 进一步地，在上述技术方案中，所述酸性改良材料的固液比为(3‑5)：10。

[0020] 再进一步地，在上述技术方案中，所述预处理后的金属矿废石场的坡度≤50°。

[0021] 具体地，在上述技术方案中，通过对待恢复的金属矿废石场的预处理，对其边坡实现平整度的最大化，坡度控制在50°以内，保障酸性改良层的入渗深度。

[0022] 进一步地，在上述技术方案中，在所述喷射的过程中，控制所述酸性改良材料全部渗入所述金属矿废石场的废石间隙中，避免形成流体在所述金属矿废石场的表面流动。

[0023] 在本发明的一个具体实施方式中，所述酸性改良材料采用多次喷射的方式喷射到待恢复的金属矿废石场的表面。

[0024] 优选地，在上述技术方案中，相邻所述喷射的间隔时间为控制上一次喷射的酸性改良材料已完成固结。

[0025] 详细地，在上述技术方案中，通过采用液力喷播机喷射的方式实施酸性改良，一方面，能有效克服传统直接撒播石灰粉改良所造成的无组织粉尘带来的施工作业安全性欠佳
和雨水淋溶后石灰粉易淋失的关键问题，另一方面，酸性改良物为固液比30‑50％的浓浆状
物料，采用多次喷射可以避免其沿边坡的大量流失，此外，通过多次喷射实施，浓浆状物料
在流体重力的作用下，分层渗透，在竖向上，通过有机聚合胶联剂将HDS底泥、石灰粉和稻壳
三者形成交互鳌合成有机整体，从而保持酸性改良的长效性。因此，可营造后期植被恢复可
持续性的土壤环境，促进植被正常生长，加速生态系统的恢复。

[0026] 进一步地，在上述技术方案中，所述酸性改良层在垂直于金属矿废石场表面的方向的厚度为1.0‑1.5m。

[0027] 又进一步地，在上述技术方案中，所述金属矿废石场的预处理具体包括：

[0028] S1、分区块分别对金属矿废石场的顶部平台、边坡和边坡平台进行地形整理，保证其整体稳定性，并使所述边坡平台和顶部平台分别向内和向外形成倾角；

[0029] S2、在金属矿废石场修建纵横交错的排水沟，构建良好的雨水分流系统，最大化降低雨水的淋溶。

[0030] 具体地，在上述技术方案中，通过采用机械辅助人工的方式，对所述金属矿废石场进行地形整理，避免雨水侵蚀造成坡体的不稳定性。

[0031] 又进一步地，在上述技术方案中，所述植被恢复施工方法还包括，在所述酸性改良材料固结形成酸性改良层后，覆土并播撒植物种子。

[0032] 具体地，在上述技术方案中，所播撒的植物种子选择适应当地气候的种类外，还要特别注意选择抗逆性和抗寒性的品种。

[0033] 本发明的优点：

[0034] (1)本发明所提供的金属矿废石场的酸性改良基质采用HDS底泥、石灰粉、稻壳和有机聚合胶联剂为原料混合制得，在上述有机聚合胶联剂的作用下，该HDS底泥、石灰粉和
稻壳三者交互鳌合形成有机整体，在金属矿废石场的废石间隙中形成无数连续的改良柱，
最大化减少了石灰粉的淋失，从而保证了对金属矿废石场的酸性改良的长效性，有效克服
了传统的酸性改良石灰粉淋失快的问题；

[0035] (2)本发明所提供的金属矿废石场的酸性改良基质以HDS底泥为主要原料，实现了矿山固体废物的资源化利用，使其可变废为宝，避免了HDS底泥堆场占用大量土地及对周边
的环境影响；

[0036] (3)本发明所提供的金属矿废石场的植被恢复施工方法针对待恢复金属矿废石场的废石粒径的不规则性，借助液力喷播的方式，优选采用多次喷射，在流体重力的作用下，
分层渗透，形成表层和竖向的立体结构的酸性改良层；

[0037] (4)本发明所提供的金属矿废石场的植被恢复施工方法采用机械化程度更好的液力喷播设备，规避了现有技术所采用的干式喷或撒石灰粉造成的大量粉尘和作业工人职业
健康的问题，生产效率高，环境效益和社会效益巨大；

[0038] (5)本发明所提供的金属矿废石场的植被恢复施工方法施工工艺简单，易实施，效率高，效果好，适用于大面积的应用，具有能优化生态环境的明显效果和长远意义。

附图说明

[0039] 图1为本发明实施例中利用HDS底泥为主要原料制备的酸性改良基质在金属矿废石场的植被恢复施工中形成的酸性改良层的截面示意图；

[0040] 图中：

[0041] 1‑顶部平台，2‑边坡，3‑边坡平台，4‑排水沟，5‑酸性改良材料，6‑废石；7‑酸性改良层。

具体实施方式

[0042] 下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。

[0043] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

[0044] 若未特别指明，本发明实施例中所用的实验试剂和材料等均可市售获得。

[0045] 若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。

[0046] 在本发明实施例中，体积的单位可以是立方米、立方千米等，重量的单位可以是克、千克等，视具体的生产情况而定。

[0047] 国内某大型金属矿山YTW废石场，停止使用近35年，除风化岩严重的地方有零星植被外，其他地方寸草不生，经现场取样分析，废石的酸化严重，淋溶液的pH值为2.0‑3.0，酸
性较强，严重制约了植物的正常生长；早期未采取任何改良酸性措施的植被恢复工程，植被
退化严重，且植物地下生物量较正常生长减少了80％以上。

[0048] 在上述YTW废石场中设置6个实验区，分别标记为区块A、区块B、区块C、区块D、区块E及区块F，且均处在同一坡向，按照下述方法对其进行植被恢复施工，具体步骤如下：

[0049] (1)地形整理：在上述6个区块中，分别对废石场的顶部平台1、边坡2和边坡平台3进行地形整理，使边坡平台3向内形成3°倾角，顶部平台1向外形成4°倾角，同时控制边坡的
坡度为45‑50°；

[0050] (2)修建清污分流工程：在废石场内修建纵横交错的排水沟4，构建良好的雨水分流系统，实现雨水的清污分流，最大化降低雨水的淋溶；

[0051] (3)配制酸性改良基质：所述酸性改良基质由HDS底泥、石灰粉、稻壳和有机聚合胶联剂组成，上述四种原料的使用量依据待恢复的废石场的单位面积确定；

[0052] (4)制备浓浆状的酸性改良材料：将步骤(3)中的酸性改良基质与水按固液比的要求加入到液力喷播机的搅拌罐中，搅拌形成浓浆状的酸性改良材料5；

[0053] (5)构造酸性改良层：将步骤(4)中制得的浓浆状的酸性改良材料5通过液力喷播机喷射到待恢复的废石场的表面，在重力流的作用下，使浓浆状的酸性改良材料5入渗至深
层的废石6中，形成表层和竖向的酸性改良层7。

[0054] 上述实施例中利用HDS底泥为主要原料制备的酸性改良基质在废石场的植被恢复施工中形成的酸性改良层的截面如图1所示。

[0055] 在按照上述步骤对其进行植被恢复施工完成后，统一覆土10cm，撒播相同种子量的宽叶草，结合植物生长和土壤的pH，验证不同区块的改良效能。

[0056] 在本发明实施例中，所用HDS底泥为就地取材的第I类一般工业固体废物，其含水率≤40％，且pH为6‑7.5；所用石灰粉为市售产品；所用稻壳来自国内某大型稻谷加工企业；
所用有机聚合胶联剂为深圳市五大湖新概念环保科技有限公司的有机聚合胶联剂G‑Tac产
品。

[0057] 实施例1

[0058] 本实施例对区块A进行植被恢复施工，相关技术参数如下：

[0059] (1)酸性改良基质的配比：对应于每平方米的废石场，该HDS底泥、石灰粉、稻壳和3
有机聚合胶联剂的用量分别为0.2m、2kg、0.5kg和5g；

[0060] (2)浓浆状的酸性改良材料的固液比为3：10；

[0061] (3)浓浆状的酸性改良材料分五次喷射到废石场的表面，最终形成厚度(垂直于金属矿废石场表面的方向)为1.0m的酸性改良层。

[0062] 实施例2

[0063] 本实施例对区块B进行植被恢复施工，相关技术参数如下：

[0064] (1)酸性改良基质的配比：对应于每平方米的废石场，该HDS底泥、石灰粉、稻壳和3
有机聚合胶联剂的用量分别为0.2m、3kg、0.8kg和6g；

[0065] (2)浓浆状的酸性改良材料的固液比为4：10；

[0066] (3)浓浆状的酸性改良材料分七次喷射到废石场的表面，最终形成厚度(垂直于金属矿废石场表面的方向)为1.2m的酸性改良层。

[0067] 实施例3

[0068] 本实施例对区块C进行植被恢复施工，相关技术参数如下：

[0069] (1)酸性改良基质的配比：对应于每平方米的废石场，该HDS底泥、石灰粉、稻壳和3
有机聚合胶联剂的用量分别为0.2m、3kg、1.0kg和8g；

[0070] (2)浓浆状的酸性改良材料的固液比为5：10；

[0071] (3)浓浆状的酸性改良材料分八次喷射到废石场的表面，最终形成厚度(垂直于金属矿废石场表面的方向)为1.4m的酸性改良层。

[0072] 实施例4

[0073] 本实施例对区块D进行植被恢复施工，相关技术参数如下：

[0074] (1)酸性改良基质的配比：对应于每平方米的废石场，该HDS底泥、石灰粉、稻壳和3
有机聚合胶联剂的用量分别为0.3m、4kg、1.0kg和10g；

[0075] (2)浓浆状的酸性改良材料的固液比为5：10；

[0076] (3)浓浆状的酸性改良材料分八次喷射到废石场的表面，最终形成厚度(垂直于金属矿废石场表面的方向)为1.5m的酸性改良层。

[0077] 对比例1

[0078] 本对比例对区块E进行植被恢复施工，其采用直接撒播石灰粉的方式，取代实施例中喷射浓浆状的酸性改良材料的方式，具体地，对应于每平方米的废石场，石灰粉的撒播量
为2.0kg。

[0079] 对比例2

[0080] 本对比例对区块F进行植被恢复施工，其采用直接撒播石灰粉的方式，取代实施例中喷射浓浆状的酸性改良材料的方式，具体地，对应于每平方米的废石场，石灰粉的撒播量
为4.0kg。

[0081] 统计上述各区块中宽叶草的发芽率、密度、盖度、生物量以及土壤的pH值，结果如下表1‑4所示；并在此基础上对比分析不同植被恢复施工方法的效果。

[0082] 表1不同区块中宽叶草种子的发芽率

[0083]

[0084] 表2不同区块中宽叶草的盖度和密度

[0085]

[0086] 表3不同区块中宽叶草的生物量

[0087]

[0088] 表4不同区块中土壤的pH值

[0089]

[0090] 对比分析表1‑4中的结果可知，不同区块对宽叶草种子的发芽率、密度、盖度、生物量及该区块的土壤pH值呈现出不同的效果，总体表现为实施例1‑4对应的区块A‑D明显高于
对比例1‑2对应的区块E‑F，说明采用多次喷射浓浆状的酸性改良材料的方式明显优于直接
撒播石灰粉的方式。采用直接撒播石灰粉方式的改良初期，大量石灰粉集中依附在废石表
面，造成局部土壤的强碱性，反而抑制了种子发芽；随后，在雨水淋溶下，石灰粉很快淋失，
无法起到长效改良酸性的作用，从而造成区块土壤pH逐渐酸化，并最终抑制了植物的生长。

[0091] 最后，以上仅为本发明的较佳实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范
围之内大。