一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及矿山生态修复材料技术领域，更具体的涉及一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的快速发展和资源的大量开发利用，国家对磷矿的需求量与日俱增，而磷矿开采对矿山环境和生态造成了不同程度的破坏，导致我国矿山废弃地数量日益增多，矿区土地面临资源损毁、地质灾害、水土环境污染等问题。因此，矿山废弃地生态修复与再利用一直磷矿开采后面临的痛点与难点问题。国家对于矿山生态修复也日益重视。发布了《关于加强矿山地质环境恢复和综合治理的指导意见》等一系列指导意见。旨在推动解决我国矿山生态修复的问题。

土壤是矿山开采过程中最容易被破坏的一个生态要素，对矿山土壤修复也是矿山生态修复的重中之重。矿山土壤通常面临着结构破坏、土壤养分贫瘠、土层薄等特点，不利作物生长。我国主要的修复技术包括物理、化学、生物、植物、景观修复技术等。但是常规的矿山生态修复主要采用采矿剥离物、外购土壤等形成边坡或者平台，再种植作物，恢复矿山绿貌。如“堆状地面”土壤重构法、三维网植草防护技术等。而矿山土壤本身土层较薄，经过开采破坏更是难以维持作物生长。因此，开发低成本、高价值、多样分的矿山生态修复基质土对矿山生态修复具有重要的意义。

除了矿山开采遗留的矿山废弃地问题，磷尾矿的大量堆存也是制约我国磷化工发展的重要因素。我国磷矿石的P

因此，设计研发一种能够高效、低成本兼具补充土壤养分的基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土，是协同实现磷尾矿资源化利用及矿山生态修复建设的有效途径和迫切需求，解决同行业的痛点与难点，为磷资源全量化利用开发新途径。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土及其制备方法和应用，本发明提供的基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土，具有养分平衡、结构疏松、使用安全等特点，可用于矿山废弃地养分恢复与土壤重构，从而实现矿山生态修复，并且实现了磷尾矿资源的全量化利用。本发明适用于矿山废弃地，不仅具有平衡、充分的养分供应能力，同时具有良好的结构，而且产品易于生产，施用方便。

本发明提供了一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土，其特征在于，由以下重量份的组分组成：磷尾矿粉50-80份，剥离土10-30份，有机物料5-10份，硅酸盐矿物5-10份。

8、优选的，磷尾矿粉为胶磷矿浮选尾矿，有效养分为：P

优选的，剥离土为采矿过程中剥离的表土。

优选的，硅酸盐矿物为海泡石、膨润土、凹凸棒土中的一种或几种。

优选的，有机物料为污泥堆肥、腐植酸、泥炭土、生物炭、有机肥的一种或几种，有机质含量≥30％。

优选的，所述矿山生态修复基质土质地疏松、无异臭味、为灰色或灰黑色，含水量8-12％，pH值为6.75，有机质5％，总有效养分(N+P

本发明提供了上述技术方案所述基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土，包括以下步骤：

(1)按以下重量份称取各组分：磷尾矿粉50-80份，剥离土10-30份，有机物料5-10份，硅酸盐矿物5-10份；

(2)将剥离土、有机物料、硅酸盐矿粉进行混合，得到混合物A；

(3)将磷尾矿粉与步骤(2)得到的混合物A混合，得到基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土；

本发明还提供了上述技术方案所述基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土在矿山生态修复区的应用。所述矿山生态修复基质土应用于矿区废弃地的生态修复，用于替代修复过程的覆土，可以直接作为矿山土壤进行应用，在矿山生态修复场地铺设，铺设厚度超过50cm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土的制备方法，通过磷尾矿混合、剥离土、有机物质、硅酸盐矿物成分，成本低、制造简单，基质土壤养分充足、结构良好；

本发明制备的一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土具有养分丰富、结构良好的特点。首先，为了解决矿山土壤瘠薄、养分不足的问题，本发明以磷矿浮选后的磷尾矿为主要原料、结合有机质与硅酸盐矿物，复合开矿过程中的剥离土壤而形成。其中磷尾矿中富含钙、镁、磷、硅等元素，可以补充土壤中缺乏的中量元素与磷元素；为提升基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土养分，使其能够用于绿化种植，添加堆肥或其他含有少量氮、磷、钾、有机质的有机肥、褐煤等，以提供补全作物所需要的养分；结合剥离土等本底土壤保证基质土壤的养分供应能力以及微生物群落组成。其次，为解决土壤的保水保肥能力，保证矿山生态土壤具有良好的结构，本基质土中添加了60目的磷尾矿，并且补充了有机物质与硅酸盐矿物，促进土壤团聚结构的形成，结合本底土壤的特性，可以更为快速的形成良好的土壤结构。最后，由于矿山采空区地表径流与地下水淋洗严重，为避免基质土壤的淋洗对地下水造成影响，本发明中的养分提供避免了化学态速效养分提供，所补充的营养元素如磷等为泃溶态的磷，其他如氮等由有机物质提供，保证了整体适用的安全性。

此外，本发明中使用了大量的物料为磷化工过程中的副产物、充分发挥磷尾矿、剥离土等物料的功能特性。在满足整体基质土的功能特性的同时，极大降低了基质土的成本，为浮选磷尾矿等副产物的全量利用提供了新路径。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为试验区划分示意图；

图3为植物生长情况实物图；

图4为采空区矿山生态修复效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明以下各实施例中用到的各种原料、试剂如没有特殊说明，均为市售试剂和原料。本发明所用磷尾矿粉来自云南磷化集团有限公司，剥离土为矿山开采过程中剥离的表层土壤。

实施例1

本实施例提供了一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土，包括以下重量份的组分组成：磷尾矿粉50份，剥离土30份，有机物料10份，硅酸盐矿物10份。

本发明提供了上述技术方案所述基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份称取各组分：磷尾矿粉50份，剥离土30份，污泥堆肥10份，膨润土10份；

所述的磷尾矿粉是胶磷矿浮选尾矿，有效养分为：P

剥离土为采矿过程中剥离的表土。

膨润土为直接购买产品，材料细度为100目。

污泥堆肥为购买的有机废弃物堆肥产品，其有机质含量>50％，氮磷钾总养分含量>5％，水分含量25％左右，速效氮、有效磷、速效钾含量分别为2350.30、534.62、7115.00mg/kg。

(2)将剥离土、污泥堆肥、膨润土进行混合，得到混合物A；

(3)将磷尾矿粉与步骤(1)得到的混合物A混合，得到基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土。

本实施例制备的基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土具有如下特征：其质地疏松、无异臭味、无明显可视杂物，一般为灰色或灰黑色。含水量8％，pH值为6.75，有机质5％，总有效养分(N+P

制备流程图如图1所示。

本实施例中磷尾矿中富含钙、镁、磷、硅等元素，可以补充土壤中缺乏的中量元素与磷元素，提高土壤的肥力，为作物提供充足的磷、镁等元素，促进其生长发育。此外，磷尾矿呈中性，可以改善土壤的酸碱度，调节土壤的pH值，为作物的生长提供良好的环境。

有机物料为污泥堆肥，可以为土壤提供充足的有机物质。有机质是土壤的重要组成成分，是各种作物所需养分的源泉，它能直接或间接地供给作物生长所需的矿质元素；可促进土壤团粒结构的形成，能改善土壤的理化性质，直接关系到土壤肥力的高低，影响到作物的生长状况。

剥离土作为本底土壤，可巩固基质土壤的养分供应能力以及微生物群落组成，保证土壤生态系统的稳定性。按照剥离的土壤的来源、质地、肥力等情况就近、科学用于土地开发整理复垦，可实现优质土壤的保护与科学再利用。

膨润土施入土壤后，能吸水膨张，改变土壤中的固体、液体、气体的比例，使土壤结构疏松，能起到改善土壤物理性状的作用，使土壤既保水、保肥，又不污染土壤环境，这对干旱地区是极为有效的土壤改良剂。

将磷尾矿粉、剥离土、有机肥、膨润土进行搅拌混合，得到混合物，即基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土。具有养分平衡、结构疏松、使用安全等特点，可用于矿山废弃地养分恢复与土壤重构，从而实现矿山生态修复。基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土的生产工艺简单，主要原料数量充足，且价格低廉，容易实现产业化生产，助力磷尾矿资源的全量化利用。

实施例2

本实施例提供了一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土，包括以下重量份的组分组成：磷尾矿粉75份，剥离土5份，有机物料10份，硅酸盐矿物10份。

本发明提供了上述技术方案所述基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份称取各组分：磷尾矿粉75份，剥离土5份，污泥堆肥10份，膨润土10份；

(2)将剥离土、污泥堆肥、膨润土进行混合，得到混合物A；

(3)将磷尾矿粉与步骤(1)得到的混合物A混合，得到基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土。

实施例3

本实施例提供了一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土，包括以下重量份的组分组成：磷尾矿粉60份，剥离土20份，有机物料10份，硅酸盐矿物10份。

本发明提供了上述技术方案所述基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份称取各组分：磷尾矿粉60份，剥离土20份，污泥堆肥10份，膨润土10份；

(2)将剥离土、污泥堆肥、膨润土进行混合，得到混合物A；

(3)将磷尾矿粉与步骤(1)得到的混合物A混合，得到基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土。

实施例4

本实施例提供了一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土，包括以下重量份的组分组成：磷尾矿粉60份，剥离土20份，有机物料10份，硅酸盐矿物10份。

本发明提供了上述技术方案所述基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份称取各组分：磷尾矿粉60份，剥离土20份，泥炭土10份，海泡石10份；

(2)将剥离土、泥炭土、海泡石进行混合，得到混合物A；

(3)将磷尾矿粉与步骤(1)得到的混合物A混合，得到基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土。

实施例5

本实施例提供了一种基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土，包括以下重量份的组分组成：磷尾矿粉60份，剥离土20份，有机物料10份，硅酸盐矿物10份。

本发明提供了上述技术方案所述基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土的制备方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份称取各组分：磷尾矿粉60份，剥离土20份，有机肥10份，凹凸棒土10份；

(2)将剥离土、有机肥、凹凸棒土进行混合，得到混合物A；

(3)将磷尾矿粉与步骤(1)得到的混合物A混合，得到基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土。

实施例6

为了进一步证明本发明制备基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土在采空区生态修复应用效果，以基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土为研究对象，开展磷矿山采空区基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土应用研究试验。

(1)试验区划分

首先，为对试验场地进行放线、开挖及对多余废料清运等，根据实施例1和实施例2所述配方最终形成2个小区，分别标记为1#、2#，每个小区深度为1.2米、宽度8.5的倒梯形状槽，槽的坡度比为≥1％，每个小区底部及侧面均主要采用“土工布-土工膜-土工布”肉夹馍形式铺设，底部放置收集液体的管道，以便收集每个小区的渗滤液。将制备好的磷浮选尾矿基生态修复基质土依次转运至对应的试验区域内，将生态修复基质土替代覆土铺设，厚度超过55cm，最后再在各小区内种植植物进行生态修复。试验区域所选植物包括乔木、灌木和地被植物，其中乔木主要为滇柏、三角槭、合欢、刺槐、苦楝树、旱柳、雪松；灌木为沙棘、火棘、青冈栎、合欢、红叶石楠、巨菌草；地被为三叶草、紫花苜蓿、狗牙根。但栽种植物种类及排列方式均一致。每个试验区种植植物分成7个小块，分别标记为小区1、小区2、小区3、小区4、小区5、小区6、小区7，每个小区进行不同的乔灌草搭配种植。

(2)土壤监测：

对处理组的基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土进行监测，基质土土壤状况、pH及重金属总含量如表1所示。试验区域使用基质土土壤污染物质含量毒性测定项目及数值如上表。重金属含量均低于农用地风险筛选值，满足绿化种植土壤标准Ⅰ级，达到水源涵养林等自然保育的绿(林)地要求。

表1基质土壤pH及污染物含量质指标

(3)渗滤液收集及分析情况

为保证基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土的生态修复的保水保肥能力，通过防渗工程、渗滤液收集工程等其他配套工程的建设，最大程度的收集渗滤液。对渗滤液水质进行检测，测试结果如表2和3所示。所有处理渗滤液中总磷、氟化物、氨氮含量、重金属等环境控制指标均满足地表水Ⅴ类要求，无重金属污染风险，养分的淋洗量不高，可以满足对矿山生态土壤保水保肥能力的提升。

表2不同试验区渗滤液检测结果

表3不同试验区渗滤液重金属含量

注：“ND”表示检测结果低于该项目分析方法检出限。重金属镍含量在《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅴ类中未做规定。

(4)生态恢复评价

基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土能快速形成植被覆盖，其覆盖度主要由三叶草、紫花苜蓿、狗牙根等地被植物贡献，植被覆盖度均能达到90％以上。生长情况照片如下图3和图4所示。本发明提供的基于浮选磷尾矿的矿山生态修复基质土养分充足，修复土壤满足植被复垦的要求，能够将试验区域基本覆盖，实现对矿山废弃地的快速修复，形成新的植物群落，以重构矿山生态系统，促进矿山废弃地生态快速修复。

表4不同试验区植物组合覆盖度

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。