一种加速高原矿区表层煤矸石堆积地风化的生态修复方法技术

本发明专利技术提供了一种加速高原矿区表层煤矸石堆积地风化的生态修复方法，以木里矿区煤矸石为基础，并根据肥力等级进行营养测试，是以硫酸钙、硫酸镁、有机酸为风化剂，并根据土壤营养测试结果确定每种风化剂的加入量。具体修复方法是先将煤矸石粉碎、平整，再按照确定后的配方添加风化剂，翻耕，混合均匀，然后播撒当地草籽。该方法经过大田试验验证，修复后的煤矸石堆积地种植当地草籽经过5个月生长后达到茂密，经过10个月后植株覆盖率进一步提高。证明本方法能加速煤矸石风化并转为土壤，对废弃资源的有效利用及碳中和具有很大经济效益和社会效益。会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种加速高原矿区表层煤矸石堆积地风化的生态修复方法

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[0001]本专利技术涉及固体废弃物资源有效利用领域，尤其涉及一种通过加速高原矿区表层煤矸石堆积地风化及生态修复的方法。

技术介绍
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[0002]煤矸石是伴随煤炭开采和洗选过程中产生的剩余废石，其平均产量约占原煤产量的15％，不同地质和开采条件下，变化范围为10
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30％。目前煤矸石已成为我国排放量最大的工业固体废物之一，占工业固体废弃物总量的25％。据统计，截至2017年，全国历年累计堆放的煤矸石储量约70亿吨，且每年仍以1.5
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3.0亿吨的速度增加，其中规模较大的矸石山达1600座，占地约1.5万公顷。煤矸石的堆积不仅占据大量土地，同时，煤矸石山土壤物理性质差，氮磷钾等土壤营养含量低，土壤pH增加，不利于植物良好生长。
[0003]为缓解煤矸石堆积带来的潜在环境问题，中国政府目前已出台多项关于煤矸石利用和管理的政策法规，强调要减少煤矸石的排放并扩大煤矸石的综合利用。传统的煤矸石处理方法多以回填露天矿坑以及利用客土覆盖进行植被恢复与重建等生态修复利用；对于一些含碳量较高的煤矸石，一般将其与煤炭混合用于火力发电，但利用煤矸石发电的能力远不能满足每年所需处理的煤矸石量。对于矸石生态利用的方法目前主要有利用煤矸石与客土混合修复与其他土壤进行混合造田等。目前为止，我国煤矸石综合利用水平仅达到15％。因此，研究新的煤矸石利用方法具有重要意义。
[0004]中国专利CN111011159A公开了一种基于煤矸石和污泥的生态改良基质制备方法。该方法是按质量比将煤矸石、污泥堆肥、粉煤灰进行混合，得到混合料；然后向混合料中添加耐受重金属的促生菌剂，然后得到生态改良基质。该方法可以显著提高土壤肥力、改善土壤理化性质、促进植物生长。
[0005]中国专利CN110683919A公开了一种用于酸性风化煤矸石生态修复改良基质的优化配方。该方法是按体积比将石灰石粉、磷矿粉、家禽粪便有机肥、畜牧粪便有机肥、土壤、菌渣、草粉、苔藓植物进行混合，得到改良基质；该方法利用石灰石粉及磷矿粉代替有污染风险的工业废弃物，具有酸缓冲性能、提供植物养分、调节pH的作用，并且可以解决煤矸石堆场生态修复中土壤缺乏以及营养不足等问题。
[0006]中国专利CN107743747A公开了一种废弃煤矸石堆放场地的复垦改良方法。该方法是根据pH值分布按照重量比将腐熟鸡粪、硫铵、磷矿粉、钙镁磷肥、草木灰、窑灰钾肥进行混合，然后喷施稀释的生物复合菌剂，之后播种植物，进行养护。该方法可以钝化土壤中重金属，加速煤矸石营养元素活化，为含硫较高的废弃煤矸石堆放场地复垦、修复及改良提供了一种解决途径。
[0007]以上技术对煤矸石的应用以及生态修复方面有一定的效果。但是对肥料以及化学药品种类和用量都较多，改良成本较高；改良原理大多数利用补充营养和降低pH。改良原理没有从根本上对煤矸石进行综合利用，对煤矸石的利用缺少针对性；部分专利技术技术中利用的物质可能会对煤矸石这种生态脆弱的场地造成污染，形成新的破坏；而且对于诸如青海
木里高原等高寒矿区的煤矸石堆积地，由于寒冷的气候条件和周边土壤层过薄，需要采用非客土法构建土壤。
[0008]本专利技术意在提供一种针对煤矸石的改良方法，此方法以煤矸石为基质，通过加速煤矸石风化以及补充营养的方法，使煤矸石的堆积地可以进行植被覆盖，然后通过植物的生态作用使煤矸石转换为优质土壤，达到生态环境修复的效果。本专利技术以煤矸石为基质，辅以部分营养物质，即可实现煤矸石堆积地的生态修复，本专利技术对固体废弃资源煤矸石的有效利用提供一种方案。

技术实现思路
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[0009]本专利技术的目的在于，针对现存煤矸石综合利用方法的不足，提供一种加速高原矿区表层煤矸石堆积地风化及生态修复的方法。
[0010]本专利技术提供的加速高原矿区表层煤矸石堆积地风化的生态修复方法是，以硫酸钙、硫酸镁、有机酸为风化剂。先将煤矸石粉碎、平整，再按照配方添加风化剂，翻耕，混合均匀，然后播撒当地草籽，通过3次植被养护即达到正常土壤的标准。
[0011]具体修复步骤如下：
[0012]A、对煤矸石堆积地进行整平梳理，将大块矿石破碎至粒径小于5厘米；
[0013]B、按照每千克煤矸石添加硫酸钙0.5～3.50克、硫酸镁0.1～1.5克和有机酸2～10克的配比将上述风化剂加入煤矸石中；翻耕、混合均匀，平整地面。
[0014]所述的有机酸是甲酸、乙酸、草酸、乳酸、黄腐酸中的一种或几种。
[0015]较优的配比是每千克煤矸石添加硫酸钙1
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1.5克，硫酸镁0.1
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0.5克，黄腐酸4
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6克。
[0016]C、在上述加入风化剂后的土地中播撒当地草籽，首次施水时至饱和，之后维护时加水为田间最大持水量的70％，保持地面湿润，养护生长后的植被直至茂盛；植被连续养护三个生长周期后即达到正常土壤的标准。
[0017]图1是实施例3改良前、后煤矸石样品的X射线衍射图，由图可见经过改良后的煤矸石样品峰强度比未改良的变弱，即结晶度变差。
[0018]本专利技术的有益效果为：
[0019]本专利技术通过添加硫酸钙、硫酸镁、有机酸来加速煤矸石堆地中整块的岩石变为碎块，最终使坚硬的岩石变成松散的碎屑和土壤，即加速煤矸石的风化；配方所添加的风化剂与煤矸石风化后释放的营养相互配合使煤矸石堆积地适宜草类植物生长，通过重复养护生长后的植被，使其达到正常土壤的标准。其中加入的硫酸钙、硫酸镁通过与土壤中碱基反应达到降低土壤pH的作用，同时补充土壤缺少的硫元素；添加的有机酸为煤矸石提供有机物质，加速风化。本方法极大的提高了对固体废弃资源煤矸石的应用，且改良所用的原料具有取材方便、成本低廉、环境友好等特点。且本配方将原本无法正常生长植物的煤矸石堆积地改良成能正常种植植物植株的土地，在保护当地高原生态环境，改善煤矸石理化性质，促进植被恢复等具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
[0020]图1是实施例3中改良前、后样品的X射线衍射图，a为改良前的样品；b为改良20天
后的样品。
[0021]图2高原矿区煤矸石堆积地未改良前覆盖图。
[0022]图3是大田实验例5个月后的生长效果图。
[0023]图4是大田实验例10个月后植被处于枯黄期的图片。
具体实施方式
[0024]下面实施例所采用的是青海木里高原矿区的煤矸石堆积地的样品，简称土样，其全元素分析如表1所示，其中营养元素缺乏，尤其是钙、镁元素，理化性质pH值为7.56，速效氮为36毫克每千克，速效钾为178.29毫克每千克，有效钙为48.03毫克每千克，有效镁为28.13毫克每千克，根据第二次全国土壤普查土壤养分分级标准，该堆积地属于第六级，即营养极缺标准。
[0025]表1
[0026][0027]实施例1
[0028]A.将土样通过球磨机进行粉碎，过8毫米粒径筛，取样20克放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加速高原矿区表层煤矸石堆积地风化的生态修复的方法，其特征是根据如下方法进行生态修复：A、对煤矸石堆积地进行整平梳理，将大块矿石破碎至粒径小于5厘米；B、按照每千克煤矸石添加硫酸钙0.5～3.50克、硫酸镁0.1～1.5克和有机酸2～10克的配比将上述风化剂加入煤矸石中；翻耕、混合均匀，平整地面；所述的有机酸是甲酸、乙酸、草酸、乳酸、黄腐酸中的一种或几种；C、在上述加入风化剂后的土地中播撒当地草籽，首次施水...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷晓东，李陈，王一平，马文清，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：