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CN110498716A - 一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土及其制备方法 - Google Patents

一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土及其制备方法，主要由以下体积百分数的原料制备而成：石灰石矿残渣55%~85%：改良物质A 10%~30%：改良物质B3%~10%：生物活化剂2%~5%。本发明能够构建矿山地表残渣土壤结构，使土壤快速熟化，所制成的砂质壤土可用于改良碱性土壤，补充土壤中微量元素和碳元素，促进土壤中菌群繁殖，生产成本和设备投资较低，实现了矿山固废的综合利用，生态环保。

Description

一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土及其制备方法
技术领域
本发明涉及土壤改良与环保技术领域，特别涉及一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土及其制备方法。
背景技术
近年来，由于露天挖掘采矿业的发展，随着固体废弃物的堆存增大，一种特殊的土壤退化出现了，并因土壤流失和地形的深层次改造而成为了一个主要的环境问题。目前，矿山固体废弃物的资源化利用与处置方式主要有回收有用成分、生产建筑材料、回填采空区、覆土造田等。通过这些方式，尽管能够消耗部分矿山固体废弃物，但其综合利用率仍然较低，除煤矸石的综合利用率接近70％外，其它大宗矿山固体废弃物的综合利用率很低，尾矿的综合利用率不到20％，废石的综合利用率几乎为零。其中而随着对石灰石矿物原料的需求增大，开采时矿物残渣的堆存影响周围荒地及其他类型的土地范围较为广泛，不仅占用大量土地，而矿区周边原有可种植土层与石灰石矿区废弃物相混合后形成了石灰石矿废弃残渣，这样导致了矿区开场后土地急需治理和复垦。
石灰石矿废弃残渣是石灰石矿的副产品，是石灰石矿山开采、筛选后的细颗粒矿石，废弃残渣中含有不同粒径的砂砾、粉粒和粘粒；尾矿颗粒中主要组成矿物为石灰石钙为主，一般为44%~56%；次为MgO, SiO2, A12O3, Fe2O3等，提供植物生长需要的一些微量元素；根据不同作物及土壤构成石灰石粉可以对改良土壤的性质、结构、酸度等。
土壤质地是土壤中各粒级占土壤质量的百分比组合。不同地粒级组成决定不同的土壤质地。质地类型决定着土壤蓄水、导水性，保肥、供肥性，保温、导温性，是评价土壤肥力和作物适宜性的重要依据。根据石灰石尾矿的颗粒组成分析，配制类似于砂质壤土的石灰石尾矿种植土。
因此，针对石灰石矿废弃残渣的综合利用，以及通过土壤质地组分配比、结构改良和养分调节生产石灰石尾矿种植土，达到石灰石矿废弃场地治理和复垦要求。砂质壤土类型的质地适合石灰石矿废弃地的土壤改良及生态重建，这样不仅实现了复垦和资源的再利用，同时也带来了巨大社会效益、生态效益和经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供种一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土及其制备方法，以解决上述背景技术中存在的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土，主要由以下体积百分数的原料制备而成：石灰石矿残渣55%~85%：改良物质A 10%~30%：改良物质B3%~10%：生物活化剂2%~5%。
优选地，所述石灰石矿残渣颗粒主要由以下质量百分数的各粒级石灰石矿残渣颗粒制备而成：直径2~0.02mm颗粒55%~85%：直径0.02~0.002mm颗粒15%~40%：直径-0.002mm颗粒0%~5%。
优选地，所述改良物质A主要由以下质量百分数原料制备而成：黏土矿物35%~55%：农林废弃物10%~20%：农家肥35%~45%。
优选地，所述黏土矿物粒径为-0.075mm 100%，主要由以下比例原料制备而成：伊利石：高岭石：蒙脱石=1.5：3：2.5。
优选地，所述农林废弃物通过以下步骤制备：
A.将长度为0.25mm~0.5mm秸秆和枝桠柴、食用菌基质按照质量百分数：秸秆15%~35%、食用菌基质30%~45%、枝桠柴占20%~55%加入耐腐蚀搅拌机搅拌均匀，得到混合物；
B.加入浓度98%浓硫酸进行炭化，搅拌20min～80min，得到炭化后农林废弃物，浓硫酸与混合物的质量比为：浓硫酸：混合物=5：1~5。
优选地，所述农家肥包括海鸟粪、鸡粪、牛粪、猪粪、羊粪中的一种或几种，所述农家肥的干物质中有机质的质量分数≥45%，农家肥重鲜重中含水量≤35%，pH值6.0~8.0。
优选地，所述改良物质B粒径为0.25mm~0.075mm，主要由以下原料制备而成：尿素20~40份、磷酸二氢钾10~15份、硝酸钾10~15份、硝酸铵25~30份、硝基腐殖酸15~20份。
优选地，所述生物活化剂粒径为0.25~0.5mm，主要由以下比例原料制备而成：硫酸锌：硫酸铜：硫酸亚铁=1.5：2.5：6。
本发明还提供一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石灰石残渣与改良物质A 混合均匀，得到混合物；
（2）将好氧发酵菌群加入到步骤（1）混合物中拌匀，进行堆肥好氧发酵，接种量为混合物的3～5wt%，通风培养5d～8d；
（3）将改良物质B加入到步骤（2）发酵后的混合物中混合均匀，得到混合物；
（4）将生物活化剂加入到步骤（3）混合物中，用地膜覆盖5d~7d，使基质进行矿化分解，得到合格的砂壤土。
优选地，所述步骤（2）好氧发酵菌群包括曲霉菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、解钾菌和固氮菌，各菌种用量比为：曲霉菌：酵母菌：枯草芽孢杆菌：解钾菌：固氮菌=2：1.2：0.6：1.8：1。
本发明的有益效果：
本发明能够构建矿山地表残渣土壤结构，使土壤快速熟化，所制成的砂质壤土可用于改良碱性土壤，补充土壤中微量元素和碳元素，促进土壤中菌群繁殖，生产成本和设备投资较低，实现了矿山固废的综合利用，生态环保。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述地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。
实施例1
本实施例提供了一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土，主要由以下体积百分数的原料制备而成：石灰石矿残渣85%：改良物质A 10%：改良物质B 3%：生物活化剂2%。
其中，所述石灰石矿残渣颗粒主要由以下质量百分数的各粒级石灰石矿残渣颗粒制备而成：直径2~0.02mm颗粒85%：直径0.02~0.002mm颗粒15%：直径-0.002mm颗粒0%。
其中，所述改良物质A主要由以下质量百分数原料制备而成：黏土矿物55%：农林废弃物10%：农家肥35%。
其中，所述农林废弃物通过以下步骤制备：
A.将长度为0.25mm~0.5mm秸秆和枝桠柴、食用菌基质按照质量百分数：秸秆35%、食用菌基质45%、枝桠柴占20%加入耐腐蚀搅拌机搅拌均匀，得到混合物；
B.加入浓度98%浓硫酸进行炭化，搅拌20min，得到炭化后农林废弃物，浓硫酸与混合物的质量比为：浓硫酸：混合物=5：1。
其中，所述改良物质B粒径为0.25mm~0.075mm，主要由以下原料制备而成：尿素40份、磷酸二氢钾10份、硝酸钾10份、硝酸铵25份、硝基腐殖酸15份。
所述的一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石灰石残渣与改良物质A 混合均匀，得到混合物；
（2）将好氧发酵菌群加入到步骤（1）混合物中拌匀，进行堆肥好氧发酵，接种量为混合物的3wt%，通风培养5d；
（3）将改良物质B加入到步骤（2）发酵后的混合物中混合均匀，得到混合物；
（4）将生物活化剂加入到步骤（3）混合物中，用地膜覆盖5d，使基质进行矿化分解，得到合格的砂壤土。
实施例2
本实施例提供了一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土，主要由以下体积百分数的原料制备而成：石灰石矿残渣70%：改良物质A 20%：改良物质B 6%：生物活化剂4%。
其中，所述石灰石矿残渣颗粒主要由以下质量百分数的各粒级石灰石矿残渣颗粒制备而成：直径2~0.02mm颗粒70%：直径0.02~0.002mm颗粒27%：直径-0.002mm颗粒3%。
其中，所述改良物质A主要由以下质量百分数原料制备而成：黏土矿物45%：农林废弃物15%：农家肥40%。
其中，所述农林废弃物通过以下步骤制备：
A.将长度为0.25mm~0.5mm秸秆和枝桠柴、食用菌基质按照质量百分数：秸秆25%、食用菌基质37%、枝桠柴占38%加入耐腐蚀搅拌机搅拌均匀，得到混合物；
B.加入浓度98%浓硫酸进行炭化，搅拌50min，得到炭化后农林废弃物，浓硫酸与混合物的质量比为：浓硫酸：混合物=5：3。
其中，所述改良物质B粒径为0.25mm~0.075mm，主要由以下原料制备而成：尿素30份、磷酸二氢钾12份、硝酸钾13份、硝酸铵27份、硝基腐殖酸18份。
所述的一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石灰石残渣与改良物质A 混合均匀，得到混合物；
（2）将好氧发酵菌群加入到步骤（1）混合物中拌匀，进行堆肥好氧发酵，接种量为混合物的4wt%，通风培养7d；
（3）将改良物质B加入到步骤（2）发酵后的混合物中混合均匀，得到混合物；
（4）将生物活化剂加入到步骤（3）混合物中，用地膜覆盖6d，使基质进行矿化分解，得到合格的砂壤土。
实施例3
本实施例提供了一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土，主要由以下体积百分数的原料制备而成：石灰石矿残渣55%：改良物质A 30%：改良物质B1 0%：生物活化剂5%。
其中，所述石灰石矿残渣颗粒主要由以下质量百分数的各粒级石灰石矿残渣颗粒制备而成：直径2~0.02mm颗粒55%：直径0.02~0.002mm颗粒40%：直径-0.002mm颗粒5%。
其中，所述改良物质A主要由以下质量百分数原料制备而成：黏土矿物35%：农林废弃物20%：农家肥45%。
其中，所述农林废弃物通过以下步骤制备：
A.将长度为0.25mm~0.5mm秸秆和枝桠柴、食用菌基质按照质量百分数：秸秆15%、食用菌基质30%、枝桠柴占55%加入耐腐蚀搅拌机搅拌均匀，得到混合物；
B.加入浓度98%浓硫酸进行炭化，搅拌80min，得到炭化后农林废弃物，浓硫酸与混合物的质量比为：浓硫酸：混合物=5：5。
其中，所述改良物质B粒径为0.25mm~0.075mm，主要由以下原料制备而成：尿素20份、磷酸二氢钾15份、硝酸钾15份、硝酸铵30份、硝基腐殖酸20份。
所述的一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石灰石残渣与改良物质A 混合均匀，得到混合物；
（2）将好氧发酵菌群加入到步骤（1）混合物中拌匀，进行堆肥好氧发酵，接种量为混合物的5wt%，通风培养8d；
（3）将改良物质B加入到步骤（2）发酵后的混合物中混合均匀，得到混合物；
（4）将生物活化剂加入到步骤（3）混合物中，用地膜覆盖7d，使基质进行矿化分解，得到合格的砂壤土。
将上述实施例1-3制得的砂壤土在石灰石矿废弃地推广使用，在600亩石灰石矿废弃地中种植竹柳，每亩种植2600株，将这600亩地区分成四大块区域各150亩，砂壤土与渣土的土层厚度均为50cm，一年后检测结果如下：
胸径（cm） 株高（m） 生物质量（t/亩）
渣土 1.5 227 2.0
实施例1 2 358 2.2
实施例2 2.2 380 2.5
实施例3 2.5 410 2.6
由上表的检测结果可知，使用本发明的砂壤土在石灰石矿废弃地上种植竹柳，竹柳的胸径、地径和生物质量指标均显著增长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土，主要由以下体积百分数的原料制备而成：石灰石矿残渣55%~85%：改良物质A 10%~30%：改良物质B3%~10%：生物活化剂2%~5%。
2.根据权利要求1所述的一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土，其特征在于，所述石灰石矿残渣颗粒主要由以下质量百分数的各粒级石灰石矿残渣颗粒制备而成：直径2~0.02mm颗粒55%~85%：直径0.02~0.002mm颗粒15%~40%：直径-0.002mm颗粒0%~5%。
3.根据权利要求1所述的一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土，其特征在于，所述改良物质A主要由以下质量百分数原料制备而成：黏土矿物35%~55%：农林废弃物10%~20%：农家肥35%~45%。
4.根据权利要求3所述的改良物质A，其特征在于，所述黏土矿物粒径为-0.075mm100%，主要由以下比例原料制备而成：伊利石：高岭石：蒙脱石=1.5：3：2.5。
5.根据权利要求3所述的改良物质A，其特征在于，所述农林废弃物通过以下步骤制备：
A.将长度为0.25mm~0.5mm秸秆和枝桠柴、食用菌基质按照质量百分数：秸秆15%~35%、食用菌基质30%~45%、枝桠柴占20%~55%加入耐腐蚀搅拌机搅拌均匀，得到混合物；
B.加入浓度98%浓硫酸进行炭化，搅拌20min～80min，得到炭化后农林废弃物，浓硫酸与混合物的质量比为：浓硫酸：混合物=5：1~5。
6.根据权利要求3所述的改良物质A，其特征在于，所述农家肥包括海鸟粪、鸡粪、牛粪、猪粪、羊粪中的一种或几种，所述农家肥的干物质中有机质的质量分数≥45%，农家肥重鲜重中含水量≤35%，pH值6.0~8.0。
7.根据权利要求1所述的一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土的制备方法，其特征在于，所述改良物质B粒径为0.25mm~0.075mm，主要由以下原料制备而成：尿素20~40份、磷酸二氢钾10~15份、硝酸钾10~15份、硝酸铵25~30份、硝基腐殖酸15~20份。
8.根据权利要求1所述的一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土的制备方法，其特征在于，所述生物活化剂粒径为0.25~0.5mm，主要由以下比例原料制备而成：硫酸锌：硫酸铜：硫酸亚铁=1.5：2.5：6。
9.本发明还提供一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土的制备方法，包括以下步骤：
（1）将石灰石残渣与改良物质A 混合均匀，得到混合物；
（2）将好氧发酵菌群加入到步骤（1）混合物中拌匀，进行堆肥好氧发酵，接种量为混合物的3～5wt%，通风培养5d～8d；
（3）将改良物质B加入到步骤（2）发酵后的混合物中混合均匀，得到混合物；
（4）将生物活化剂加入到步骤（3）混合物中，用地膜覆盖5d~7d，使基质进行矿化分解，得到合格的砂壤土。
10.根据权利要求7所述的一种石灰石矿采石场地表残渣砂壤土的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）好氧发酵菌群包括曲霉菌、酵母菌、枯草芽孢杆菌、解钾菌和固氮菌，各菌种用量比为：曲霉菌：酵母菌：枯草芽孢杆菌：解钾菌：固氮菌=2：1.2：0.6：1.8：1。
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