用于金矿尾砂生态恢复的改良剂、及金矿尾砂的改良方法

摘要

本发明涉及一种用于金矿尾砂生态恢复的改良剂、及金矿尾砂的改良方法。所述改良剂包括A组分，所述A组分包括聚丙烯酰胺、生物炭、污泥粉末、蛭石和泥炭。本申请提供的用于金矿尾砂生态恢复的改良剂，能够改善金矿尾砂的pH值、养分、电导率，使其适应于植物生长，进一步改善金矿尾砂填埋地的生态环境，且所述改良剂的成分价格低廉，成本低。

说明书

技术领域

本发明属于金矿尾砂基质改良技术领域，具体涉及一种用于金矿尾砂生态恢复的改良剂、及金矿尾砂的改良方法、及用于金矿尾砂生态恢复的改良剂组分。

背景技术

随着矿产资源利用力度的不断加大，面临着大量尾矿尾砂堆积的问题。金矿尾砂是黄金矿山提取黄金过程中所产生的固体废弃物，具有尾砂内聚力低下、营养物质含量和保水保肥能力缺乏、极易水土流失等特性。长期堆存的尾砂会受到自然因素(空气、水分、阳光)和自身的相互影响，对生态环境、饮水卫生、土壤结构等造成了隐性危害，不仅带来了资源、土地的浪费，还对人类健康和环境构成重大风险。因此，急需要对尾砂进行生态恢复，以实现资源化利用。

目前，对尾砂的改良主要有三大类：一是物理改良，包括换土、客土、深耕法；物理改良法较成熟、修复效果显著，但存在客土土源供给、工程量大、管理困难、投资高等问题。二是化学改良，包括施用有机肥或土壤调理剂；化学改良可以在较短时间内调节尾砂pH值，改善尾砂理化和生物学性状，提高尾砂有效养分含量，达到改善尾砂质量、提高植被覆盖率及其生物学产量的目的，但成本高，需要花费大量的药剂，且可能造成二次污染，难以彻底实现生态恢复。三是生物改良，包括植物、动物、微生物改良法；生物修复法确实能较有效地实现生态修复，但该方法作用慢，周期长，需要引进外来耐性高的植物种植，可能引起生态破坏，也未得到普遍性的推广。

因此，为了减少土地资源浪费、降低尾砂污染、优化矿山环境可以提高土地利用率，亟需研发一种全方位地改良尾矿质地，实现尾矿的绿化和复垦，甚至在尾矿土壤化区域种植经济作物，提高土地利用率的适用于尾矿修复的改良剂。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种用于金矿尾砂生态恢复的改良剂，所述改良剂包括A组分：

所述A组分包括聚丙烯酰胺、生物炭、污泥、蛭石和泥炭。

在本申请提供的改良剂中，聚丙烯酰胺能够提高金矿尾砂的保水能力，同时起到将其余组分与金矿尾砂粘附的作用，污泥含有丰富的腐殖酸、氮磷钾元素等成分，能够提高金矿尾砂的养分，生物炭比表面积比较高，能够吸附其他组分，防止有效组分的流失，蛭石能够提高金矿尾砂的保水能力，同时在生态恢复过程中，提高植物的成活率，泥炭同样能够提高植物的成活率。

泥炭，又称为草炭、泥炭土、黑土、泥煤，是煤化程度最低的煤，也是腐殖煤系列最原始的状态。生物炭是生物质能原料经热裂解之后的产物，其主要的成分是碳分子。常见的泥炭、生物炭和蛭石的品牌有雷帕丁、劲胜、采缇、德沃多、沃秀、美外等，本申请对泥炭、蛭石和生物炭的品牌型号没有具体限定。

优选地，所述改良剂包括5～7重量份的聚丙烯酰胺、200～300重量份的生物炭、250～350重量份的污泥、130～160重量份的蛭石和550～650重量份的泥炭。

优选地，所述改良剂包括5.5～6.5重量份的聚丙烯酰胺、230～270重量份的生物炭、280～320重量份的污泥、140～150重量份的蛭石和580～620重量份的泥炭。

所述的改良剂的各组分都必不可少，且各组分之间相互配合，能够提高金矿尾砂的保水能力，改善pH值，提高养分，以生长制备，恢复生态。此外，本申请所使用的原料成本低廉，且效果良好。

对于金矿选矿工艺中，由于水质的选择，如选用海水，会带来盐含量的增加，而盐含量同样影响了生态植被的生长，选择合适的改良剂组分，能够在改善pH值，提高养分的同时，降低盐含量。

优选地，所述改良剂还包括B组分：

所述B组分包括副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides和密歇根克雷伯氏菌Klebsiella michiganensis的混合菌液；

优选地，所述混合菌液的副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides的浓度为10

进一步优选地，所述混合菌液通过将待处理的金矿尾砂进行细菌筛分后扩大培养获得；

优选地，所述混合菌液通过如下方法获得：

将金矿尾砂稀释液涂布于LB固体平板上，培养后分离得到副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides和密歇根克雷伯氏菌Klebsiella michiganensis的单菌落，然后将分离得到的菌种在LB液体培养基中进行扩增，得到混合菌液；

优选地，所述扩增的条件为28～32℃(例如29℃、30℃、31℃等)，140～180rpm(例如150rpm、160rpm、170rpm等)下，LB液体培养基扩增培养20～24h(例如21h、22h、23h等)。

本申请提供的改良剂中加入B组分，即加入副蕈状芽孢杆菌Bacillusparamycoides和密歇根克雷伯氏菌Klebsiella michiganensis的混合菌液，能够提高金矿尾砂的养分，促进植物生长，这可能是因为副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides和密歇根克雷伯氏菌Klebsiella michiganensis能够产生生长激素吲哚乙酸，且副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides可产生溶解矿质磷酸盐的原因。

而选用特定的混合菌液(比如从金矿尾砂中分离菌种，并在28～32℃，140～180rpm下，扩增培养20～24h)得到的混合菌液，其对于金矿尾砂有较好的适应性，更有利于保持活性，分泌有利于植物生长的成分。

此外，本申请提供的混合菌液可以由金矿尾砂分离扩增获得，成本低廉。

需要说明的是，本申请提供的改良剂可以是单组份改良剂，即只选用改良剂的A组分就可以对金矿尾砂进行改良；但优选将所述改良剂为双组份改良剂，其中A组分包括聚丙烯酰胺、生物炭、污泥粉末、蛭石和泥炭，B组分包括副蕈状芽孢杆菌Bacillusparamycoides和密歇根克雷伯氏菌Klebsiella michiganensis的混合菌液，双组份改良剂可以提高植物的成活率。

优选地，所述聚丙烯酰胺包括阴离子型聚丙烯酰胺，优选包括重均分子量为1000万～1200万的阴离子型聚丙烯酰胺。

优选地，所述生物炭包括椰壳生物炭。

优选地，所述生物炭的粒径为1mm～2mm。

优选地，所述污泥的含水率在80％～85％(例如81％、82％、83％、84％等)。

优选地，所述蛭石的粒径为20目～40目。

优选地，所述泥炭的粒径≤10mm。

优选地，所述污泥粉末粒径为1mm～5mm。

优选地，所述污泥粉末通过将市政污水处理厂的外排污泥自然风干后，研磨得到。

本发明目的之二是提供一种金矿尾砂的改良方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将目的之一所述的改良剂的A组分与待改良的金矿尾砂混匀翻耕，得到翻耕后的尾砂；

(2)在所述翻耕后的尾砂上种植植物，并照料植物生长至6个月以上。

本发明目的之二提供的改良方法中，改良剂的A组分与待改良的金矿尾砂的混匀翻耕能够改善金矿尾砂的pH值、养分和EC(电导率)，以将所述金矿尾砂调整为能够进行植物生长的环境，而后在翻耕后的尾砂上，种植植物，进一步改善金矿尾砂的保水能力、土壤养分等指标，实现生态恢复。

优选地，所述改良剂的A组分的添加量为每10kg金矿尾砂添加1.0～1.5kg改良剂的A组分，优选添加1.2～1.4kg改良剂的A组分。

优选地，步骤(2)所述种植植物还包括在将植物植入尾砂中后，在种植的植物周围浇灌目的之一所述的改良剂的B组分。

优选地，所述改良剂的B组分的浇灌量为每平米翻耕后的土质浇灌500mL～600mL(例如520mL、550mL、570mL、590mL等)。

优选地，所述照料植物包括在植物生长过程中，向植物周围浇灌目的之一所述的改良剂的B组分。

优选地，所述照料植物过程中，目的之一所述的改良剂的浇灌周期为25～35天浇灌1次。

优选地，步骤(2)所述植物包括高羊茅、香根草、芦苇、猪毛蒿、鹅绒藤、紫穗槐，优选高羊茅。

所述植物能够在改善金矿尾砂的生态环境的同时，提高金矿尾砂的保水能力，改善尾砂的养分，将金矿尾砂进一步改良。

优选地，步骤(2)所述植物的种植时间为4月份。

本发明目的之三是提供一种用于金矿尾砂生态恢复的改良剂组分，所述改良剂组分通过如下方法获得：

将金矿尾砂稀释液涂布于LB固体平板上，培养后分离得到副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides和密歇根克雷伯氏菌Klebsiella michiganensis的单菌落，然后将分离得到的菌种在LB液体培养基中进行扩增，得到混合菌液.

优选地，所述扩增的条件为28～32℃，140～180rpm下，LB液体培养基扩增培养20～24h。

优选地，所述混合菌液的副蕈状芽孢杆菌Bacillus paramycoides的浓度为10

本申请提供的改良剂组分可以作为金矿尾砂的改良剂的组分使用，也可以作为植物养护的营养液使用。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

(1)本申请提供的用于金矿尾砂生态恢复的改良剂，能够改善金矿尾砂的pH值、养分、电导率，使其适应于植物生长，进一步改善金矿尾矿场地的生态环境，且所述改良剂的成分价格低廉，成本低。

(2)本申请提供的改良剂的组分中，含有了能够促进植物生长的菌液。经过改良剂B组分的改良，金矿尾砂的pH值、养分和EC均有所改变，但是直接进行植物种植成活率较低，而选用改良剂A组分对所述植物进行促生长，能够在较为贫瘠的金矿尾砂改良后提高植物的成活率，提高金矿尾砂的改良效果。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步地的解释说明但应该说明的是，具体实施方式只是对本发明技术方案实质的一种具体化的实施和解释，不应该理解为是对本发明保护范围的一种限制。

实施例所用试剂和仪器均可以从市售商品购买，检测方法为本领域所熟知的常规方法。

A组分制备例1

一种用于金矿尾砂生态恢复的改良剂的A组分，通过如下方法制备：

(1)从北京高碑店再生水厂取回外排污泥，经测定所述污泥含水率在80％左右，将所述污泥自然风干后研磨至粉末得到粒径在1～5mm的污泥粉末；

(2)将重均分子量为1000万～1200万的阴离子型聚丙烯酰胺、粒径1mm～2mm的生物炭、20目～40目的蛭石和粒径5mm～10mm的泥炭与步骤(1)得到的污泥粉末混合，得到A组分。

A组分中各组分的含量如表1所示，表1中各组分的添加量的单位为kg。

表1

A组分制备对照例1

一种用于金矿尾砂生态恢复的改良剂的A组分，通过如下方法制备：

将6kg重均分子量为1000万～1200万的阴离子型聚丙烯酰胺、250kg粒径1mm～2mm的风化煤、145kg的20目～40目的蛭石、600kg的粒径5mm～10mm的泥炭和300kg的粒径在1～5mm的海泡石混合，得到对照A组分。对照A组分的合计重量为1301kg。

B组分制备例1

一种用于金矿尾砂生态恢复的改良剂的B组分，通过如下方法制备：

将金矿尾砂稀释液涂布于LB固体平板上，30℃恒温培养3d，分离得到Bacillusparamycoides(副蕈状芽孢杆菌)和Klebsiella michiganensis(密歇根克雷伯氏菌)(菌种鉴定方法为16srRNA)的单菌落，然后将分离得到的菌种在LB液体培养基中，在28～32℃，140～180rpm条件下，在摇床中扩大培养20～24h，获得的菌液即记为B组分。

表2给出了不同扩增条件得到的不同B组分。

表2

实施例1

一种金矿尾砂(来源山东莱州三山岛新立金矿尾砂库)的改良方法，包括如下步骤：

(1)在山东莱州三山岛新立金矿尾砂库，选择长和宽各10m，面积为100m

(3)在所述浇灌后的尾砂上种植高羊茅，并每个月浇灌一次改良剂的B组分，浇灌量为每平米高羊茅周围的土质浇灌500mL～600mL，照料植物生长至6个月。

改良剂的A组分和B组分的不同组合如表3所示。

表3

实施例6

一种金矿尾砂(来源山东莱州三山岛新立金矿尾砂库)的改良方法，包括如下步骤：

(1)在山东莱州三山岛新立金矿尾砂库，选择长和宽各10m，面积为100m

(2)在所述翻耕后的尾砂上种植高羊茅，照料植物生长至6个月。

实施例7～11

与实施例1的区别仅在于步骤(2)种植的植物为香根草(实施例7)、芦苇(实施例8)、猪毛蒿(实施例9)、鹅绒藤(实施例10)、紫穗槐(实施例11)。

对比例1

与实施例1的区别仅在于，将1#A组分替换为对照A组分。

测试例：

将实施例和对比例的未改良的金矿尾砂进行取样，步骤(1)翻耕后的尾砂进行取样，步骤(2)植物生长6个月后的尾砂进行取样(取样方法均为梅花布点法对目标进行采集)，对采集的待测尾砂样品进行如下测量，获得尾砂的pH值、EC值、保水力、速效氮、速效磷、速效钾、有机质的含量：

(1)pH值：测量方法为将尾砂样品和水以1:2.5的比例混合搅拌，静置30min，用pH计(梅特勒，型号：FE28)测定上清液的pH值；

(2)EC值：测量方法为将尾砂样品和水以1:5的比例混合搅拌，静置30min，用电导率仪(梅特勒，型号：FE38)测定上清液的EC值；

(3)养分：速效氮、速效磷、速效钾、有机质的含量测量方法为采用土壤化肥速测仪(北京智云达科技股份有限公司，型号：ZYD-TF)测定；

(4)保水力：将待测尾砂样品风干后装入直径5cm，高40cm的PVC柱中，并压实，容重约1.55g/cm

实验持续3个湿润/干燥周期：第一个周期进行8天后加入20mL水；第二个周期进行8天后加入15mL水；第三个周期进行5天后不加入水；

保水力以三个周期水分总蒸发量进行表征。

测试结果显示，未改良的金矿尾砂的测试指标为：pH值、EC值、保水力、速效氮、速效磷、速效钾、有机质的含量；

如表4～5所示，表4为步骤(1)翻耕后的尾砂的测试指标，表5为植物生长6个月后的尾砂。

表4

表4中，因为实施例1和实施例7～11除了种植植物不同，对金矿尾砂的改良相同，因此，尾砂的测试数据相同。

表5

从性能测试结果可以看出，本申请提供的改良剂能够有效提高金矿尾砂的保水力，提高其养分，可以配合合适的植物生长对其进行生态改良。

从表4和表5可以看出，实施例6不进行组分B的浇灌，对金矿尾砂也有明显的改善作用，但与其余实施例相比，浇灌组分B能够更长期的改善生态环境。

从表4和表5可以看出，表4的突然有足够的养分为植物提供生长环境，同时从表5可以看出，植物生长后，氮磷钾因为被植物吸收而有所减少，EC值也有所降低，保水力仍然较好。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。