铁尾矿土壤化利用物理化学改良技术研究

摘要

我国钢铁工业发展迅速，带动了铁矿采选业的快速发展。我国铁矿资源储量大、分布广，但以贫铁矿为主，占铁矿资源总量的97％以上，致使尾矿排放量大。受铁矿规模化利用技术的制约，目前的铁尾矿主要以筑坝堆存为主，据统计国内铁尾矿的堆存量已超过80亿吨，且呈持续上升态势，铁尾矿堆积不仅造成大气污染，而且会危及地表水、地下水和土壤环境，还存在溃坝等生态风险，已成为制约钢铁工业持续发展的重大瓶颈。因此，铁尾矿的规模化高值利用尤为重要。目前，尽管铁尾矿资源化利用方式很多，但利用量较低，不能有效解决铁尾矿堆存问题。铁尾矿的土壤化利用是实现规模化利用、提高利用率的有效方式，但铁尾矿土壤化利用最显著的问题就是其理化性质极不适宜土壤动植物的生存，故土壤化改良十分必要。物理化学改良技术具有方法简单、易大面积推广、改良效果好、时效性长等优点，是目前国内外研究的前沿和热点领域。本研究以鞍山集团矿业公司大孤山尾矿库中铁尾矿的土壤化利用为研究对象，通过研制稻壳、生物炭、有机肥、熟土四种改良剂的配合施加，开发铁尾矿土壤化利用的物理化学改良技术，来解决铁尾矿透气持水性差、土壤肥力过于贫瘠、土壤pH碱性过强等技术难题，实现工程化应用。研究结果如下:
　　(1)通过测定铁尾矿理化性质，发现其土壤生存环境极差。铁尾矿呈强碱性，有机质含量极低，碱解氮、有效磷含量均远低于植物生长标准，土壤肥力状况极低，生物生存条件恶劣;铁尾矿以砂粒为主，持水保肥能力差;细砂含量超过43.5％，尾矿堆积密实，透气性差。
　　(2)四种改良剂单一改良时产生的效果为:对于尾矿基质的容重、孔隙度，生物炭和稻壳改良效果最好;对于有机质含量，生物炭与有机肥改良效果最好;对于尾矿基质的酸碱度，稻壳与有机肥改良效果最好;对于尾矿基质的含水率，生物炭与有机肥改良效果最好;熟土对各指标都有较好改良效果，较为均衡，但用量较多。
　　(3)利用单一改良实验结果，制定六种复合配比进行复合改良实验，发现当稻壳、生物炭、有机肥、熟土比例为3∶1∶1∶10时改良效果最佳。该配方可以将尾矿基质的容重值由1.57g/cm3降至1.16g/cm3，总孔隙度由35.29％提升至53.04％，毛管孔隙度由28.24％提升至39.24％，非毛管孔隙度由7.05％提升至13.80％，透气性指标均改良至有效范围内，说明经过物化改良后尾矿基质的透气性得到了良好的提升，满足土壤动植物生长的基本需求;田间持水量由11.28％提升至22.60％，毛管孔隙度由16.72％提升至33.94％，饱和含水量由20.89％提升至45.87％，持水性指标均改良至有效范围内，说明经过物化改良后尾矿基质的持水性得到了良好的提升，满足土壤动植物生长的基本需求;有机质含量由3.15g/kg提升至13.26g/kg，由薄沙地提升至中肥力土壤标准，满足土壤动植物生长的基本需求;pH值由8.72降至7.64，尾矿基质酸碱度由原来的强碱性降至碱性土壤，满足大部分土壤动植物生长的基本需求。
　　(4)在工程现场试验中，改良后的尾矿理化性质基本满足土壤动植物生存条件，所选植物生长正常。经过物化改良后尾矿基质的总孔隙度维持在52％左右;含水量维持在12％左右、有机质含量维持在13g/kg左右，pH值维持在7.6左右的弱碱性状态，均可以达到满足土壤动植物生长的有效范围内，所种植的五彩石竹、苜蓿、大豆长势良好，株高最高时分别达到了56.2cm、86.9cm、81.2cm。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 铁尾矿资源化利用途径及研究进展

1．2．1 铁尾矿资源化利用途径

1．2．2 铁尾矿资源化利用问题

1．2．3 铁尾矿资源化利用趋势

1．3 铁尾矿土壤化利用途径及研究趋势

1．3．1 铁尾矿土壤化利用的途径

1．3．2 铁尾矿土壤化利用的研究趋势

1．4 铁尾矿改良剂研究现状及发展趋势

1．4．1 改良剂的研究现状

1．4．2 改良剂的发展趋势

1．5 研究目的及意义

1．6 研究内容

第2章 铁尾矿土壤化利用过程中改良剂的研制

2．1 材料与方法

2．1．1 材料及仪器

2．1．2 实验方法

2．2 鞍山大孤山尾矿库铁尾矿现状调查

2．2．1 铁尾矿环境调查

2．2．2 铁尾矿样品采集及处理

2．2．3 铁尾矿土壤理化性质分析

2．2．4 改良材料的选取

2．3 结果与讨论

2．2．1 不同改良剂对尾矿基质容重的改良效果

2．2．2 不同改良剂对尾矿基质总孔隙度的改良效果

2．2．3 不同改良剂对尾矿基质含水量的改良效果

2．2．4 不同改良剂对尾矿土壤有机质含量的改良效果

2．2．5 不同改良剂对尾矿土壤酸碱度的改良效果

2．4 小结

第3章 改良配方研究及性能测试

3．1．2 改良配方对铁尾矿透气性能的影响

3．1．3 改良配方对铁尾矿持水性能的影响

3．1．4 改良配方对铁尾矿肥力的影响

3．1．5 改良配方对铁尾矿酸碱度的影响

3．2 结果与讨论

3．2．1 改良配方对铁尾矿透气性能的影响

3．2．2 改良配方对铁尾矿持水性能的影响

3．2．3 改良配方对铁尾矿肥力的影响

3．2．4 改良配方对铁尾矿酸碱性的影响

第4章 改良配方的现场应用研究

4．1 应用工程施工

4．1．1 工程选址

4．1．2 施工与监测方案

4．2 应用效果分析

第5章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 研究特色与创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

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