金属矿山尾矿高效低成本土壤改良技术研究及应用.pdf

第2 1卷第5 期2023年10 月矿业工程Mining Engineering57金属矿山尾矿高效低成本土壤改良技术研究及应用程永维（本钢歪头山铁矿，辽宁本溪117 0 0 6)摘要：通过开展尾矿土壤改良可行性及技术处理研究，最终将尾矿改良为符合国家有关标准的土壤，提高资源利用效率，变“废”为“宝”，达到尾矿砂大量应用的目的，为金属矿山今后复垦绿化及尾矿改良土壤提供技术支撑，满足日益增长的环保需求。关键词：尾矿；废弃资源；土壤改良中图分类号：TD926文献标识码：A文章编号：16 7 1-8 5 5 0（2 0 2 3）0 5-0 0 5 7-0 3量为2 2.6 4 mg/kg，碱解氮含量为19.2 5 mg/kg，烧失量为0引言0.92%，颗粒分级：石砾 2 mm为0%，粗砂粒0.2 2我国矿产资源的整体特点是丰而不富，特别是铁矿资mm为7 5.7%，细砂粒0.0 2 0.2 mm为2 3.6%，粉砂粒源，9 7%属于贫矿甚至是超贫矿，贫铁矿资源的开发会产0.0020.02mm为0.7%，黏粒 0.0 0 2 mm为0%。由出大量的铁尾矿，尾矿不仅占用大量土地，也给生产、生XRD衍射分析可得出，铁尾矿砂里的主要矿物是石英、铁活带来了严重污染和危害，现已受到全社会的广泛关注。闪石、磁铁矿，大部分成分为石英，约占6 0%，还有少量与此同时，随着矿产资源的大量开发和利用，矿石日益贫的赤铁矿、黄铜矿和黄铁矿。尾矿的主要化学成分是乏，尾矿作为二次资源再利用也已受到国内外的重视。目SiO2、Fe，其次为CaO、M g O、A l,O，等，Cu、P b、Z n 等前我国尾矿利用率极低，矿山尾矿占工业固体废物的有色金属元素含量很低。尾矿砂养分含量属于极低等级，30%，但其利用率仅为7%。大多数矿山企业往往只重视重金属污染属于轻污染级别。有价金属回收，但这不能从根本上解决尾矿问题。由于尾2）确定修复改良方案，并且进行盆栽试验。针对尾矿是经过选矿后的固体废物，其非金属矿物达到9 0%以矿砂粒居多，缺乏黏粒，肥力低，不保水不保肥的问题，上，因此，尾矿的整体利用是尾矿利用的根本途径。选择成本低且易得的次生黄土和有机肥料作为改良剂，通本钢矿业有限公司歪头山铁矿是集采、运、选为一体过盆栽实验栽种紫穗槐，研究三者的不同配比对植物生长的大型综合矿山，是本钢两大主要原料基地之一，平均年的影响，选择经济适宜的添加比例为黄土添加量4 0%，尾产尾矿5 0 0 余万吨。目前，本钢歪头山铁矿小西沟尾矿库矿砂添加量5 5%，有机肥添加量5%。已接近设计服务年限，而投资兴建二期尾矿库手续十分繁3）根据盆栽试验的结果，在歪头山铁矿进行田间中杂，且投资巨大，建设周期长，难度极大。因此进行尾矿试。铁尾矿取自歪头山铁矿尾矿库，第四系次生黏黄土取生态恢复研究，对延长尾矿库服务年限，保证矿山可持续自歪头山矿附近的坡积黏黄土，有机物料取自本溪经济技发展具有非常重要的意义。术开发区生活污水处理厂的污泥。将上述三种原料在施工1技术路线现场按照尾矿5 5%、黄土4 0%、有机物料添加量为5%混匀后覆盖在排土场平台5 0 cm厚，栽植一年生刺槐，株行1）采样测试，根据结果对尾矿砂进行环境质量评价。距12 0 cm，试验面积6 0 0 m。经过试验发现刺槐当年生长对歪头山铁矿尾矿进行分析测试，测试发现尾矿砂样品养繁茂，株高能达到15 0 cm。经权威部门检测，改良后的土分含量很低，含水率为0.0 6%，pH偏碱性为8.16，有机壤完全符合国家三级土壤环境质量标准，部分指标达到一质含量为0.0 5 g/kg，速效磷含量为0.12 mg/kg，速效钾含级标准。收稿日期：2 0 2 3-0 4-172研究成果作者简介：程永维（19 7 4），男（汉族），辽宁台安人，本钢歪头山铁矿选矿高级工程师，选矿首席工程师。利用了成本低的第四系次生黏黄土改良尾矿砂。铁尾58矿基质松散透气性好、黏粒缺乏，砂砾为主、不保水不保肥，而黏黄土黏重透气性差、黏粒为主、沙砾缺乏、持水能力强，二者恰好优缺点互补，达到了透气性好、持水保肥性好的目的，实现了尾矿砂的综合利用，效果显著。1）明确了次生黄土、尾矿砂和有机肥的配比对植物株高的影响规律。当有机肥添加量为1%时，随着黄土添加比例增大，紫穗槐的株高分别为6 2.0、5 5.3、5 1.2、58.5、8 0.1c m，呈现先降低后增加的趋势（见图1）。当黄土添加量为4 0%时，随有机肥添加比例增大，紫穗槐的株高分别为5 8.5、6 2.8、7 3.5、8 1.5 cm，呈现逐步增大的趋势（见图2），可见有机肥的添加能够大幅促进紫穗槐的生长速度。矿业工程40%黄土和5%有机肥是最适宜的比例。对照试验中，纯黄土的速效磷为6 9.3 5 mg/kg，纯尾矿的速效磷为18.5 8mg/kg。添加黄土及有机肥后，速效磷随之增大（见图5）。当添加4 0%黄土、5%有机肥时，速效磷达到最大值为2 18.1mg/kg，是纯尾矿盆栽速效磷的3.14 倍。随着黄土及有机肥的增加，土壤速效钾呈增加的趋势（见图6），同一个黄土添加比例中，有机肥添加越多速效钾含量越大，表明有机肥可大幅提高土壤速效钾的持有量。有机肥添加为5%，黄土添加量为4 0%和5 0%时的速效钾含量相差很小，分别为15 8.0 mg/kg和16 0.2 mg/kg，从经济角度看，添加4 0%黄土和5%有机肥是最适宜的比例。241%有机肥2%有机肥3%有机肥5%有机肥80第2 1卷第5 期10%黄土20%黄3 0%黄4 0%黄黄土添加量图3 不同配比对有机质的影响（黄土添加量从左到右分别为10%、2 0%、3 0%、4 0%、5 0%）120r图1有机肥添加1%时紫穗槐生长状况8060402010%黄2 0%黄土3 0%黄黄土添加量图4 不同配比对碱解氮的影响3601%有机肥3002%有机肥（有机肥添加量从左到右分别为1%、2%、3%、5%）3%有机肥2405%有机肥图2 黄土添加4 0%时紫穗槐生长状况1801202）明确了次生黄土、尾矿砂和有机肥的配比对土壤600肥力的影响规律。纯黄土的有机质含量为6.5 2 g/kg，纯尾10%黄土2 0%黄土3 0%黄土4 0%黄土5 0%黄土黄土添加量矿的有机质含量仅为0.0 5 g/kg，按照养分指标评价，二者图5 不同配比对速效磷的影响含有机质都属于极低水平。土壤有机质随着黄土和有机肥250r添加比例的增加而增大（见图3）。添加3 0%黄土时，土2200壤的有机质呈现出较高的水平，尤其是有机肥添加量为91505%时，土壤有机质达到最高为15.0 2 g/kg，属于中等水100平。添加4 0%黄土和5%有机肥、添加5 0%黄土和3%有50机肥以及添加5 0%黄土和5%有机肥这三个处理的有机质10%黄土20%黄土3 0%4 0%黄土5 0%黄土黄王添加量含量超过了10，达到了有机质的低水平。由此可见，添加图6 不同配比对速效钾的影响有机肥对提高土壤的有机质至关重要。纯黄土的碱解氮为35.58mg/kg，纯尾矿中碱解氮未检出。随着黄土和有机肥的添加碱解氮增大，添加5 0%黄土和5%有机肥和添加40%黄土和5%有机肥二者的碱解氮差别很小（见图4），分别是7 5.0 mg/kg和7 6.7 mg/kg，从经济角度看，添加50%黄土1%有机肥2%有机肥3%有机肥5%有机肥1%有机肥2%有机肥3%有机肥15%有机肥3）明确了次生黄土、尾矿砂和有机肥的配比对微生物的影响规律。纯尾矿砂中三大菌的含量均很低，随着有机肥施用量的增加，三大细菌表现出增多的趋势，表明有机肥可有效提高土壤微生物含量。黄土添加量为4 0%、有40%黄土5 0%黄土2023年第5 期机肥施用量为5%的时候，细菌的数量最多；黄土添加量为10%、有机肥施用量为5%的时候，真菌和放线菌的数量最多。4）明确了次生黄土、尾矿砂和有机肥的配比对土壤酶的影响规律。纯尾矿砂中几乎没有酶活性，随着有机肥的增加，过氧化氢酶逐渐增大，黄土添加不同比例时，过氧化氢酶差不明显。脲酶和蔗糖酶随着黄土添加比例的增加而增大，黄土添加量为5 0%，有机肥添加量为5%时，过氧化氢酶和蔗糖酶最大。黄土添加量为4 0%，有机肥添加量为5%时，脲酶最大。3?实现了矿山修复从理论到实践的成功转化在改良示范中，加入活污水处理厂的污泥作为有机物料，既提高了土壤有机质的含量，又解决了城市污泥资源化利用的难题。本成果已在歪头山铁矿进行了示范，示范面积为6 0 0 m。铁尾矿取自歪头山铁矿尾矿库，第四系次生黏黄土取自歪头山矿附近的坡积黏黄土，有机物料取自本溪经济技术开发区生活污水处理厂污泥。将上述三种原料在施工现场按尾矿5 5%、黄土4 0%、有机物料添加量5%混匀后覆盖在排土场平台5 0 cm厚，栽植一年生刺槐，株行距12 0 cm。刺槐当年生长繁茂，株高能达到15 0 cm。经权威部门检测，改良后的土壤完全符合国家三级土壤环境质量标准，部分指标达到一级标准。示范效果见图7。田间试验成功后，推广应用到歪头山铁矿小西沟尾矿库第十期子坝外坡及下盘排土场结束的边坡台阶上绿化复垦，取代客土，按尾矿：黄土：污水处理厂污泥=5 5%：40%：5%的比例混合后，进行尾矿改良，面积10 万m，覆土0.5 m厚，所需客土5.0 万m，平均堆比重1.7，则客土Research and Application of Efficient and Low-cost SoilImprovement Technology for Metal Mine Tailings(Waitoushan Iron Ore Mine of Bensteel Group Corporation,Limited,Benxi 117006,China)程永维金属矿山尾矿高效低成本土壤改良技术研究及应用0.425万t，节约成本2 3 5 万元。图7 尾矿土壤改良示范基地植物生产状况辽宁省鞍本地区是我国鞍山式贫磁铁矿主要赋存地区，国有及民营矿山数量大，每年绿化复垦所需客土用量约100万t，可分别消耗尾矿、黄土、有机肥5 5 万t、4 0 万t、5 万t,预计创造经济效益2 0 0 0 万元，推广应用前景广阔。4结语1)首次提出了利用尾矿砂、第四系次生黏黄土、有机肥与污泥按科学比例构建新型土壤的技术，实现了矿山固废生态利用，大幅度提高了废弃资源利用效率。2)构造的新型土壤具有持水、保肥、利于植物生长的特点，符合国家三级土壤环境质量标准，部分指标达到一级标准，为铁矿山生态恢复提供了可靠的技术保证。3)次生黏黄土具有来源广泛、成本较低的特点，污泥的应用既有效提高了土壤有机质含量，又为城市污泥无害化、资源化提供了一条有效途径。4)项目所筛选的两种植物对新构造土壤有很好的适应性，对矿山生态环境恢复有明显的促进作用，且经济与社会效益显著，推广应用前景广阔。CHENG Yongwei598.5万t，分别消耗尾矿、黄土、有机肥4.6 7 5 万t、3.4 万t、Abstract:Through conducting a research on the feasibility and technology of tailings soil improvement,the tailings soil isultimately improved into a soil that meets relevant national standards.The technology improves resource utilization efficiency,turns waste into treasure,and achieves the goal of large-scale application of tailings sand.It provides technical support for reclamationand greening of metal mines and improvement of tailings soil in the future so as to meet the growing demand for environmentalprotection.Key words:tailings;waste resources;soil amelioration