CN109332367B - 一种在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统，所述系统包括排水沟、若干条截水沟和回填的注液孔洞，所述排水沟为包括源头和末端的沟渠，所述截水沟从源头到末端海拔逐渐降低；所述截水沟为包括源头和末端的沟渠，所述截水沟的末端与排水沟相连接，所述截水沟从源头到末端海拔逐渐降低；所述截水沟从源头到末端依次连接相邻的注液孔洞；所述回填层的回填材料包括土壤、珊瑚石、斜发沸石和熟石灰，所述土壤来源于被挖掉的所述相邻注液孔洞之间的坎。本发明的系统从源头上进行控制，利用原注液孔洞来建设截排水系统，大幅减少因雨水直接下渗而带出大量的污染物质，既能有效遏制污染物质的输出，又可因地制宜建设工程节省成本。

Description

一种在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统

技术领域

本发明涉及废弃稀土矿污染源治理领域，具体涉及一种在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统。

背景技术

目前，离子型稀土矿有池浸、堆浸和原地浸矿共三种采选工业。

原地浸矿工艺是目前稀土矿开采的最新一代工艺，尽管在很大程度上改进了池浸堆浸工艺带来的巨大的生态环境破坏问题，但是依然因过量添加浸矿药剂而导致了严重的水体污染，其中污染最为突出的就是氨氮的超标和水体的酸化。

原地浸矿主要是通过向矿区山体上开挖的注液孔中添加大量硫酸铵溶液来置换山体当中的稀土，稀土矿物被置换下来后随着母液就会通过集液孔和集液巷道流出，而大量的NH₄ ⁺会被残存在山体中，残留于山体中的硫酸铵会通过淋滤作用和渗透作用污染矿区及周边环境的土壤、地表水和地下水，而当发生地质灾害时，矿体内残留的硫酸铵外流会加重危害。

原地浸矿工艺对环境的危害具有隐蔽性、潜伏性、不可逆性、长期性等特性，亟需治理以减少其对环境的影响。

原地浸矿开采污染了矿区土壤和水体，为了解决这一污染现状。目前采取的氧化塘技术、人工湿地技术、化学药剂处理(折点加氯法)技术；以期减少污染物的输出。其不足在于：

(1)没有遏制源头，这些措施都不是从源头进行控制，而是在中端或末端进行处理；

(2)成本过高，这些措施建造和运营维护成本都是非常高昂的；

(3)时间太长，残留在山体中的污染物要全部浸出需要的时间是很长的，有研究指出残留在土壤中的氨氮能被解吸，解吸主要在有水流的情况下发生，即在灌溉、雨水淋滤和洗矿的时候解吸，根据试验结果，土壤解吸量约为吸附量的40％左右，解吸时间远远长于吸附时间，一般解吸时间为吸附时间的18倍左右。因此污染物的浸出需要很久的时间才能完成。

稀土矿山污染治理主要建立工程措施为主进行污染物的净化处理，需要投入大量的成本，且运行效益一般。常常因为降雨量不同出现渗出液浓度的不同，因为降雨情况下雨水可随原注液孔大量下渗而带出大量的污染物，导致下游处理措施因浓度变化太大而无法有效净化水质。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统，所述系统包括排水沟、若干条截水沟和回填的注液孔洞，

所述排水沟为包括源头和末端的沟渠，所述排水沟从源头到末端海拔逐渐降低；

所述截水沟为包括源头和末端的沟渠，所述截水沟的末端与排水沟相连接，所述截水沟从源头到末端海拔逐渐降低；

所述截水沟从源头到末端依次连接相邻的注液孔洞，每个注液孔洞只被连接到一条截水沟上；

所述注液孔洞为上方地平面处开口朝上的柱状的洞，所述柱状的洞从底部到中部一处平面被回填形成注液孔洞的回填层，形成所述回填的注液孔洞，所述回填层的上表面和地平面之间的阻隔所述相邻注液孔洞的坎被挖掉，形成一段连接所述相邻注液孔洞之间的沟渠，每个截水沟由若干段所述相邻注液孔洞之间的沟渠首尾连接形成；

所述回填层的回填材料包括土壤，所述土壤来源于被挖掉的所述相邻注液孔洞之间的坎。

利用开挖注液孔洞之间的坎形成截水沟的土壤回填注液孔洞，解决了废弃原地浸矿矿山注液孔大都集中在山腰以上位置，而且分散度很高，很难有效运土进行回填的问题，避免了利用注液孔周围的土壤回填，避免造成一个一个连续的小凹槽，既破坏了大量的植被，又形成了新的雨水集中下渗区域。

形成的截水沟和排水沟将雨水导入下游，而将污染物控制在矿区内，为矿区植被所用，避免了雨水渗透进矿区土壤后，携带污染物进入下游，对下游水体造成更大污染，能够减小污染治理难度；原地浸矿需要很长的时间浸出山体中的污染物，亦即需要花费大量的人力、物力、财力去解决污染物的问题，本发明从源头控制污染物的输出是节省成本、切实可行的污染物治理手段。

优选地，所述回填材料还包括斜发沸石、珊瑚石和熟石灰。

优选地，所述斜发沸石的粒径为5-10mm，所述珊瑚石的粒径为10-50mm。

拌和熟石灰的土壤和珊瑚石可以调整土壤的pH，珊瑚石也可以附着大量的微生物包括硝化细菌来处理氨氮；斜发沸石可以吸附和置换处理土体中下渗水量的氨氮。

优选地，所述排水沟的末端与河流相连接。

优选地，所述回填层包括斜发沸石层、珊瑚石层、土壤和熟石灰混合层，所述斜发沸石层、珊瑚石层、土壤和熟石灰混合层从下至上依次循环排列。

上述的回填方式可以调节土体垂直下渗和侧渗液中的pH和处理氨氮；适宜的土壤pH环境可以繁殖大量的硝化细菌等，增大氨氮的处理效率；循环回填是为了处理土体中不同深度处下渗量的污染物，确保出水达标。

优选地，所述斜发沸石层的高度为80-150mm，所述珊瑚石层的高度为100-200mm、所述土壤和熟石灰混合层的高度为200-400mm。

更优选地，所述斜发沸石层的高度为100mm，所述珊瑚石层的高度为200mm、所述土壤和熟石灰混合层的高度为300mm。

优选地，所述截水沟的沟槽表面铺设有不透水的软帆布，所述不透水的软帆布固定在所述截水沟的沟槽表面。

优选地，所述软帆布为涂塑胶膜的PVC。

使用轻质软帆布建设整个截排水沟，原地浸矿稀土矿区山势陡峭，因废弃多年野草丛生，几乎没有路可以通行，用传统混凝土或砖等做截排水会大量浪费人力物力。且施工难度极大，选用软帆布既可以节省大量人力物力的输出，也容易施工铺设，而且在林子里因叶子等的遮盖也能保存很长的时间。

优选地，所述相邻截水沟之间的距离范围为2-5米。

优选地，所述截水沟的深度为20-40cm，所述截水沟的宽度为20-40cm。

优选地，所述截水沟的深度为30cm，所述截水沟的宽度为30cm。

本发明还提供一种上述任一所述在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统的制作方法，所述方法包括以下步骤：

(1)根据稀土矿原地浸矿采矿迹地的注液孔洞所在的位置确定所述系统包括的截水沟、排水沟的位置及流向；

(2)确定注液孔洞的回填层的上表面的位置，将回填层的上表面和地平面之间的阻隔所述相邻注液孔洞的坎挖掉，形成一段连接所述相邻注液孔洞之间的沟渠；

(3)利用包括挖掉坎的土壤的回填材料回填注液孔洞的回填层至确定好的回填层的上表面，回填后的上表面与步骤(2)得到的若干段连接所述相邻注液孔洞之间的沟渠首尾连接成所述截水沟；

(4)沿着若干条截水沟的末端开挖排水沟，使得所述截水沟的末端与排水沟相连接。

优选地，步骤(3)中回填注液孔洞的方法为：回填斜发沸石形成斜发沸石层，回填珊瑚石形成珊瑚石层、回填预混合的土壤和熟石灰形成土壤和熟石灰层，所述斜发沸石层、珊瑚石层、土壤和熟石灰混合层从下至上依次循环排列。

优选地，所述方法还包括步骤(5)，在所述截水沟的沟槽表面铺设不透水的软帆布并固定。

本发明的有益效果在于：本发明的系统从源头上进行控制，且利用原注液孔洞来建设截排水系统，大幅减少因雨水直接下渗而带出大量的污染物质，既能有效遏制污染物质的输出，又可因地制宜建设工程而节省成本；本发明的系统有效控制了源头污染物的输出，并且将污染物作为土壤养分保存，待植物不断吸收利用，显著减少了中端和末端处理的压力，减少回填注液孔洞成本；大幅减少了扰动原有土层土壤，因地制宜的塑造截排水沟，使雨水更有效收集，回填注液孔洞，减少山体内部被不断的冲刷，一定程度上保护了山体的稳定性，减少了因回填注液孔而造成大量的裸露面积和新的积水区域。

附图说明

图1为本发明实施例的在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统的示意图。

图2为本发明实施例在注液孔洞之间挖坎的竖直截面示意图。

图3为本发明实施例的注液孔洞回填的竖直截面示意图。

其中，1、排水沟，2、注液孔洞，3、截水沟，31、沟渠，4坎，5地平面，6、回填层上表面，7、回填层，8、斜发沸石层，9，珊瑚石层，10、土壤和熟石灰混合层。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

作为本发明实施例的一种在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统，如图1所示，所述系统包括排水沟(1)、若干条截水沟(3)和回填的注液孔洞(2)，

所述排水沟(1)为包括源头和末端的沟渠，所述排水沟从源头到末端海拔逐渐降低；

所述截水沟(2)为包括源头和末端的沟渠，所述截水沟的末端与排水沟相连接，所述截水沟从源头到末端海拔逐渐降低；

所述截水沟(2)从源头到末端依次连接相邻的注液孔洞(3)，每个注液孔洞只被连接到一条截水沟上；

如图2a所示，所述注液孔洞为上方地平面处开口朝上的柱状的洞，如图2c所示，所述柱状的洞从底部到中部一处平面被回填形成注液孔洞的回填层(7)，如图2b所示，所述回填层的上表面(6)和地平面(5)之间的阻隔所述相邻注液孔洞的坎(4)被挖掉，形成一段连接所述相邻注液孔洞之间的沟渠(31)，每条截水沟(3)由若干段所述相邻注液孔洞之间的沟渠(31)首尾连接形成；

所述回填层的回填材料包括土壤发沸石、珊瑚石和熟石灰，所述土壤来源于被挖掉的所述相邻注液孔洞之间的坎；

所述回填层(7)包括斜发沸石层(8)、珊瑚石层(9)、土壤和熟石灰混合层(10)，如图3所示，所述斜发沸石层、珊瑚石层、土壤和熟石灰混合层从下至上依次循环排列。

一种在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统的制作方法，所述方法包括以下步骤：

(1)根据稀土矿原地浸矿采矿迹地的注液孔洞所在的位置确定所述系统包括的截水沟、排水沟的位置及流向；

(2)确定注液孔洞的回填层的上表面的位置，将回填层的上表面和地平面之间的阻隔所述相邻注液孔洞的坎挖掉，形成一段连接所述相邻注液孔洞之间的沟渠；

(3)利用包括挖掉坎的土壤的回填材料回填注液孔洞的回填层至确定好的回填层的上表面，回填后的上表面与步骤(2)得到的若干段连接所述相邻注液孔洞之间的沟渠首尾连接成所述截水沟；

(4)沿着若干条截水沟的末端开挖排水沟，使得所述截水沟的末端与排水沟相连接。

实施例2

作为本发明实施例的一种在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统，本实施例的系统与实施例的唯一区别为，在所述截水沟(2)的沟槽表面铺设有不透水的软帆布，所述不透水的软帆布固定在所述截水沟的沟槽表面。

本实施例的方法还包括步骤(5)，在所述截水沟的沟槽表面铺设不透水的软帆布并固定。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统，其特征在于，所述系统包括排水沟、若干条截水沟和回填的注液孔洞，

所述排水沟为包括源头和末端的沟渠，所述排水沟从源头到末端海拔逐渐降低；

所述截水沟为包括源头和末端的沟渠，所述截水沟的末端与排水沟相连接，所述截水沟从源头到末端海拔逐渐降低；

所述截水沟从源头到末端依次连接相邻的注液孔洞，每个注液孔洞只被连接到一条截水沟上；

注液孔洞为上方地平面处开口朝上的柱状的洞，所述柱状的洞从底部到中部一处平面被回填形成注液孔洞的回填层，形成所述回填的注液孔洞，所述回填层的上表面和地平面之间的阻隔所述相邻注液孔洞的坎被挖掉，形成一段连接所述相邻注液孔洞之间的沟渠，每个截水沟由若干段所述相邻注液孔洞之间的沟渠首尾连接形成；

所述回填层的回填材料包括土壤，所述土壤来源于被挖掉的所述相邻注液孔洞之间的坎；

所述排水沟的末端与河流相连接；

所述回填层包括斜发沸石层、珊瑚石层、土壤和熟石灰混合层，所述斜发沸石层、珊瑚石层、土壤和熟石灰混合层从下至上依次循环排列。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回填材料还包括斜发沸石、珊瑚石和熟石灰。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述斜发沸石层的高度为80-150 mm，所述珊瑚石层的高度为100-200 mm、所述土壤和熟石灰混合层的高度为200-400 mm。

4.根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述截水沟的沟槽表面铺设有不透水的软帆布，所述不透水的软帆布固定在所述截水沟的沟槽表面。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述相邻截水沟之间的距离范围为2-5米。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述截水沟的深度为20-40 cm，所述截水沟的宽度为20-40 cm。

7.一种如权利要求1-6任一所述在稀土矿原地浸矿采矿迹地控制污染物输出的系统的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）根据稀土矿原地浸矿采矿迹地的注液孔洞所在的位置确定所述系统包括的截水沟、排水沟的位置及流向；

（2）确定注液孔洞的回填层的上表面的位置，将回填层的上表面和地平面之间的阻隔所述相邻注液孔洞的坎挖掉，形成一段连接所述相邻注液孔洞之间的沟渠；

（3）利用包括挖掉坎的土壤的回填材料回填注液孔洞的回填层至确定好的回填层的上表面，回填后的上表面与步骤（2）得到的若干段连接所述相邻注液孔洞之间的沟渠首尾连接成所述截水沟；

（4）沿着若干条截水沟的末端开挖排水沟，使得所述截水沟的末端与排水沟相连接。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤（3）中回填注液孔洞的方法为：回填斜发沸石形成斜发沸石层，回填珊瑚石形成珊瑚石层、回填预混合的土壤和熟石灰形成土壤和熟石灰层，所述斜发沸石层、珊瑚石层、土壤和熟石灰混合层从下至上依次循环排列。