矿区污染场地尾矿基质改良和能源植物稳定化修复

摘要

矿山开采和冶炼带来了大量的尾矿，占用土地资源，容易引起周边环境的污染。植物稳定修复与植被恢复能够实现多种目的，如稳定尾矿、控制污染、美化环境；而在尾矿上种植非食用的能源植物更能产生经济效益，将成为一种新兴的尾矿复垦趋势。五节芒、荻等有发达的根系，生物量大，芒草在欧美发达国家常被人们称作“生物燃料”。本研究以安徽铜陵狮子山铜矿杨山冲尾矿库为修复试验基地，探索利用厩肥牛粪、石灰、凹凸棒石(又名坡缕石或坡缕缟石)、膨润土、沸石、磷矿粉作为改良剂进行尾矿基质性质改良，利用能源植物稳定修复尾矿。在对试验场地进行调查分析的基础上，选择具有代表性的尾砂样品，通过大麦根伸长毒性试验和中性盐溶态重金属(0.1M硝酸钠提取态)化学提取，分析尾矿对植物生长的限制因子，并有针对性的筛选基质改良剂。在此基础上进行大田能源植物种植示范，并取得了以下结果： ⑴对场地的调查分析表明，尾砂的酸化主要发生在表层0～20cm，尾砂pH值2.65～9.02，稀硝酸(0.43mol/L)提取态Cu、Zn、Pb、Cd、As含量最高分别为878、1502、216、12.9、1620mg/kg，最低分别为13.4、18.7、5.20、0.90、2.20mg/kg；硝酸钠(稀盐)提取态Cu、Zn、Pb、Cd含量最高分别为106、281、0.274、1.49mg/kg，最低则低于检出限。基地尾砂容重最高1.88g/cm3，最低1.04g/cm3，尾砂物理结构较差(过于松散或板结)，不利于保水保肥。 ⑵通过大麦根伸长毒性响应试验，评价厩肥、石灰、凹凸棒石、膨润土、沸石、磷矿粉改良剂的效果。结果表明在酸性尾砂上施用Ca(OH)2显著提高了尾砂的pH：同时，施加Ca(OH)2显著降低了重金属溶解性，施加量高于0.9％时，大部分重金属的硝酸钠(稀盐)提取态含量低于检出限。但是，随着石灰施加量的增加，尾砂pH持续升高，磷酸二氢铵提取态砷(专性酸溶态砷，本实验中与大麦根长相关性较好)的含量显著增加，大麦根长也表现出先增长后缩短到趋势。在施加石灰的基础上，施加凹凸棒石、膨润土、沸石、磷矿粉对尾砂无明显的改良效果，但磷矿粉可作为长效磷肥使用。大田试验改良剂的施加量确定为：牛粪128kg/hm2，石灰210kg/hm2(1％W/W)，磷矿粉27 kg/hm2(0.1％W/W)。 ⑶2008年5月7日进行了大田试验。施加改良剂后基地表层尾砂重金属有效性降低，重金属稳定化效果显著。熟石灰提高了酸化区域尾砂pH值，在酸化区域施加磷矿粉则导致部分小区重金属有效性升高。 ⑷能源植物长势总体表现为荻优于其它供试植物(荻成活率达99.3％)，芦苇、五节芒次之，芦竹适应状况最差。熟石灰能够显著改善酸化尾砂场地植物的生长环境，促进植物生长。在碱性尾砂中施加磷矿粉抑制了能源植物的生长，而酸性尾砂中则能够显著促进能源植物生长。 ⑸示范基地尾砂基质改良及能源植物复垦完成后，基地植物生长环境得到显著改善，大量野生植物侵入基地，开始定居。入侵野生植物包括禾本科、菊科、蓼科、大戟科、蔷薇科、莎草科、豆科、茄科、十字花科等17个科类近40种植物，其中以狗尾草、狗牙根、假俭草等为代表的禾本科植物，以及以苍耳、一年蓬为代表的菊科植物占据优势地位。未酸化区域入侵野生植物种类多于酸化区域，在酸化区域施加磷矿粉能够促进植物定居。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 文献综述

1.1尾矿的环境问题

1.2尾矿的治理措施

1.3尾矿的能源植物复垦

1.3.1世界的能源问题

1.3.2尾矿的植物稳定与植被恢复

1.3.3能源植物在尾矿上种植与稳定修复的发展前景

1.4尾矿能源植物复垦的限制因素及改良剂的选择依据

1.5凹凸棒石、沸石及膨润土的结构特征

1.5.1凹凸棒石

1.5.2沸石

1.5.3膨润土

第二章 引 言

2.1研究目的和意义

2.2研究方案

2.2.1研究目标

2.2.2研究内容

2.2.3研究方法

2.2.4技术路线

第三章 材料与方法

3.1研究区域概况

3.2试验材料

3.2.1场地特征化尾砂样品采集

3.2.2供试尾砂、改良剂及能源植物

3.3试验设计及测定项目

3.3.1示范基地特征化测定项目

3.3.2改良剂降低尾砂毒性效果研究及改良剂筛选

3.3.3大田条件下改良剂对能源植物生物量及野生植物入侵的影响

3.4测定方法

3.4.1pH、EC测定

3.4.2酸溶态重金属测定

3.4.3中性盐溶态重金属测定

3.4.4硫酸铵、磷酸二氢铵提取态As测定

3.5数据处理

第四章 结果与分析

4.1示范基地场地特征化及植物生长限制因素

4.1.1表层尾砂性质的空间分布特征

4.1.2小结

4.2改良剂降低尾砂毒性效果研究及改良剂筛选

4.2.1不同改良剂组合用量的筛选

4.2.2磷矿粉施加量的确定

4.2.3小结

4.3大田尺度下改良剂的效果和能源植物生长情况及基地野生植被入侵

4.3.1大田尺度下改良剂的改良效果

4.3.2能源植物成活率与产量

4.3.3基地野生植物入侵

4.3.4小结

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

发表论文及参加课题

致 谢