技术领域
[0001] 本
发明属于绿色矿山技术领域，特别涉及一种磷矿废石就地再利用技术。
背景技术
[0002] 矿产资源开发过程中产生的废石、尾砂和
冶炼渣，等占我国工业固体废料
排放量的85％左右。大量矿山固体废
料堆放地表，易造成严重污染，诱发泥石流、
尾矿溃坝事故。
[0003] 三峡库区的香溪河流域内磷矿矿产资源丰富，储量为3.57亿吨，其中品位25％以上
矿石储量为5400万吨，是我国3大富磷矿区之一。因此，解决磷矿废石污染势在必行。
[0004] 矿山开采将破坏当地的
土壤和植被，形成荒山秃岭，造成严重的
水土流失。开展必要的生态修复工作，有利于已开采矿山的水土保持，并为场地后续利用提供条件。但矿山生态恢复往往面临着土壤剥离、流失，场地只有废矿渣，无法栽种植被的问题。
现有技术如同论文《尾矿库复土造田》(张国斌.有色金属(矿山部分),2002(04):39-42.)所述，是使用土壤直接
覆盖，但是这类方案长期无法大规模推广的主要原因是土壤需要量大，花费极大；且土壤回填与开矿留下的
基层不能紧密结合，在雨水冲击下会形成大量细密的纹沟，土壤依旧流失非常严重，治理投入成本极高。
[0005] 而授权公告号CN105130650B的
专利提供了一种矿山固体废弃物种植混合土及其配制方法，
申请人就类似方法进行过预期实验，仅在土壤含量超过70％时才取得比较好生长效果，但是水土保持能
力较差，如果废石含量超过40％时，对于水土保持能力有所提升，但是
植物生长效果较差，而废石含量超过60％时，在梅雨季极易导致土石分离，废石尾矿消耗量低，因此在大规模应用上效果有限。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种磷矿废石就地再利用技术，具有启闭方便的效果。
[0007] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：。
[0008] 一种磷矿废石就地再利用技术，包括以下步骤：
[0009] S1.清洗：将磷矿废石送到洗涤池中冲洗干净，冲洗
废水引入
沉淀池；
[0010] S2.存储：将废石送至尾矿库储存；
[0011] S3.
破碎：需要取用时，从尾矿库中取所需要量的磷矿废石，将磷矿废石送入
破碎机，破碎至40mm以下的小
块；
[0012] S4.地下回充：在矿场开采期中，取一定量的破碎完成的磷矿废石，加入成膏剂，混合成膏体，回填入矿坑采空区中；
[0013] S5.覆土改造：在一处矿区开采完，经过S4.地下回充后，进行覆土改造；
[0014] S5-1.测算酸
碱度：检测施工面岩层和
凝固的回填膏体以及欲将施用的土壤的酸碱度；
[0015] S5-2.配置基体：取一定量的破碎完成的磷矿废石，加入造土剂，形成覆土基质，根据岩层和凝固的回填膏体的pH值以及欲将施用的土壤的pH值，改变加入造土剂的配方，分别形成底层覆土基质、基层覆土基质和顶层覆土基质；
[0016] S5-3.基体施工：去除施工面上生长的苔藓、植物和覆盖的砂石土壤，露出岩层，取底层覆土基质，加入酸碱调节剂，调节至与施工面的岩层和回填膏体相同的pH值，覆盖住裸露出来的岩层，待接近凝固后，在底层覆土基质上施用基层覆土基质，待基层覆土基质凝固后施用顶层覆土基质，顶层覆土基质在施用前先加入酸碱调节剂调节pH至与欲将施用的土壤的pH值相同，覆土基质呈阶梯状，在预定种植
位置制成若干个凹型结构以及排水沟；
[0017] S5-4.土壤覆盖：待顶层覆土基质凝固后，覆盖上土壤，种植植物。
[0018] 通过采用上述技术方案，调节同施工面和土壤
接触的覆土基质的pH值是为了避免过早的破坏施工面的岩层和覆盖的土壤的结构。
[0019] 作为本发明的进一步改进：所述S3.破碎中，采用
颚式破碎机，破碎机的出料粒径在小于40mm，动颚的工作
频率为75-150次/min。
[0020] 作为本发明的进一步改进：所述成膏剂包括以
质量份数计以下成分：
[0025] 羟丙基甲基
纤维素：0.5-0.8份；
[0026] 水：12-18份；
[0027] 使用方法为以质量份数计一份磷矿废石添加2.5-2.8份成膏剂。
[0028] 通过采用上述技术方案，可以在回填中消耗掉大约50％-70％左右的废石，同时将采空区填实，对后续的复土造田起到奠基的作用。
[0029] 作为本发明的进一步改进：所述造土剂，包括以质量份数计的以下组分：
[0030] 铝酸盐水泥：10-15份；
[0031] 粉体：2-3份；
[0032] 胶黏剂：4-6份；
[0033] 有机质：2-3份；
[0034] 增韧剂：0.8-1.2份；
[0035] 起泡剂：2-3份；
[0037] 水：10-12份；
[0038] 所述造土剂的施用方式为每一质量份的磷矿废石加入1.1-1.5份造土剂。
[0039] 作为本发明的进一步改进：所述粉体包括粉煤灰、磷
石膏、炼磷炉渣中的一种或多种，其中，炼磷炉渣需要
磨碎过100目筛；所述胶黏剂包括羧甲基
纤维素钠、环
氧树脂、聚
醋酸乙烯酯中的一种或多种；所述有机质包括秸秆、糠
醛渣、工业
淀粉、农业下脚料、城市生活
污泥中的一种或多种，有机质均以干重计；所述增韧剂包括玻璃纤维、
钢纤维、
碳纤维中的一种或多种；所述起泡剂包括
碳酸氢钠、铝粉、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种；所述减水剂为减水率不小于14％的任一减水剂。
[0040] 通过采用上述技术方案，在覆土基质覆盖在施工面的早期，可以看做一种低强度的
混凝土，为土壤的附着提供一个厚实而稳定的
基础，磷矿废石此时充作混凝土
骨料，而且因为基质对土壤的粘附力比裸石强得多，可以有效降低早期的土壤流失。
[0041] 覆土基质因为内部低水分低氧气的恶劣微生态环境，基质在凝固时长时间大量放热也起到了杀菌的效果，使得基质内有机质在早期降解速率极慢，可以调节水泥、有机质、粉体、胶黏剂和基质内包裹的空气量之间的比例以达到大约0.5-2年的预期寿命，以适应于不同的植物。
[0042] 待到基质上覆盖的土壤支持简单的植物的根系完全形成后，恰好达到覆土基质的预期寿命。因为表层土壤下渗的水分，通常崩解是从最顶层的覆土基质开始的，而覆土基质的崩解是由于内含的有机质分解造成的，分解通常会大量产酸，磷矿废石中大约含有10-15％的氟
磷灰石，在酸性环境下会溶出磷，吸引植物根系的生长，从而使得植物根系伸入崩解的覆土基质中，进而使得植物根系替代覆土基质固土。
[0043] 作为本发明的进一步改进：当预期需要调节覆土基质pH值小于5时，造土剂配方调整如下：
[0044] 以质量份数计的如下组分：
[0045] 铝酸盐水泥：8-13份；
[0046] 粉体：3-5份；
[0047] 胶黏剂：4-6份；
[0048] 有机质：4-6份；
[0049] 增韧剂：0.8-1.2份；
[0050] 起泡剂：2-3份；
[0051] 减水剂：0.5-0.8份；
[0052] 水：10-12份；
[0053] 其中，粉体不应当选择粉煤灰，胶黏剂不应当选择
羧甲基纤维素钠，增韧剂不应当选择钢纤维，起泡剂不应当选择十二烷基苯磺酸钠。
[0054] 通过采用上述技术方案，在需要调节覆土基质pH值小于5时，减少铝酸盐水泥的使用量，更多的使用酸性粉体和有机质构筑覆土基质，避免添加过多的酸碱调节剂。
[0055] 作为本发明的进一步改进：当预期需要调节覆土基质pH值大于9时，造土剂配方调整如下：
[0056] 以质量份数计的如下组分：
[0058] 粉体：3-5份；
[0059] 胶黏剂：4-6份；
[0060] 有机质：1-2份；
[0061] 增韧剂：0.8-1.2份；
[0062] 起泡剂：2-3份；
[0063] 减水剂：0.5-0.8份；
[0064] 水：10-12份；
[0065] 其中，粉体不应当选择炼磷炉渣和磷石膏，增韧剂不应当选择玻璃纤维，起泡剂不应当选择碳酸氢钠。
[0066] 通过采用上述技术方案，在碱性较强的环境中，应当使用
硅酸盐水泥替代铝酸盐水泥，避免过早的崩解，同时降低酸碱调节剂的使用量。
[0067] 作为本发明的进一步改进：所述酸碱调节剂分为酸性调节剂和碱性调节剂；
[0068] 所述酸性调节剂包括过
磷酸钙、磷石膏、水合
硫酸镁、水合硫酸
铜、硫酸氢钠其中的一种或多种；
[0069] 所述碱性调节剂包括石灰粉、纯碱中的一种或多种。
[0070] 本发明的有益效果是：。
[0071] 1、取材方便，本发明主要材料就是开矿采出的尾矿石
粉碎就用，可以就地取材，变废成材。
[0072] 2、经济环保，本发明充分利用尾矿、废石打基础，只在表层用土壤覆盖，极大减少土壤用量，降低取土成本，减少废石固体废料堆放用地，降低尾矿库规模，更能降低尾矿污染。
[0073] 3、效果显著，本发明能够同
岩石以及土壤紧密结合，土壤不容易流失，植物成活率高。1至3年基质逐步分解成碎片，被植物根系固定，能很好保持水土，恢复生态环境。
具体实施方式
[0074] 下面将对
实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0075] 以中部地区某矿场采空区裸露岩层为例，实验地区坡度34°，面积约三公顷，施用本发明所提出的方法，为实施例1，另取三个同样面积，坡度相近的区域，采用传统覆土的方式，为对比例1、对比例2和对比例3。
[0076] 实施例1
[0077] 一种磷矿废石就地再利用技术，包括以下步骤：
[0078] S1.清洗：将磷矿废石送到洗涤池中冲洗干净，冲洗废水引入沉淀池；
[0079] S2.存储：将废石送至尾矿库储存；
[0080] S3.破碎：需要取用时，从尾矿库中取所需要量的磷矿废石，将磷矿废石送入破碎机，破碎至40mm以下的小块；
[0081] S4.地下回充：在矿场开采期中，取一定量的破碎完成的磷矿废石，以质量份数计一份磷矿废石添加2.5-2.8份成膏剂，成膏剂的组成成分为：以质量份数计
水泥熟料：12份、粉煤灰：5份、碳酸氢钠：2.2份、铝酸钠：1.5份、羟丙基甲基纤维素：0.7份、水：13.6份，混合成膏体，回填入矿坑采空区中；
[0082] S5.覆土改造：在一处矿区开采完，经过S4.地下回充后，进行覆土改造；
[0083] S5-1.测算酸碱度：检测施工面岩层和凝固的回填膏体以及欲将施用的土壤的酸碱度，测得岩层酸碱度为8.7，测得
土壤酸碱度为5.6；
[0084] S5-2.配置基体：取一定量的破碎完成的磷矿废石，每一质量份的磷矿废石加入1.1-1.5份造土剂，形成覆土基质，由于岩层酸碱度和土壤酸碱度均在范围内，因此不改变造土剂配方，将造土剂分为三份，分别形成底层覆土基质、基层覆土基质和顶层覆土基质，其中基层覆土基质的量是底层覆土基质和顶层覆土基质的质量之和的三倍，造土剂的配方为：以质量份数计铝酸盐水泥：12.6份、粉体：2.3份、羧甲基纤维素钠：4.5份、糠醛渣：2.2份、玻璃纤维：0.96份、碳酸氢钠：2.2份、聚
羧酸高效减水剂：0.77份，其中粉体是由粉煤灰和磷石膏等质量比混合而成；
[0085] S5-3.基体施工：去除施工面上生长的苔藓、植物和覆盖的砂石土壤，露出岩层取底层覆土基质，加入石灰粉，调节至与施工面的岩层和回填膏体相同的pH值，覆盖住裸露出来的岩层，待接近凝固后，在底层覆土基质上施用基层覆土基质，待基层覆土基质凝固后施用顶层覆土基质，顶层覆土基质在施用前先加入过磷酸钙调节pH至与欲将施用的土壤的pH值相同，覆土基质整体形状设置成阶梯型，在欲将种树的位置留下60cm深，直径在40cm的；
[0086] S5-4.土壤覆盖：待顶层覆土基质凝固后，覆盖上20cm厚的土壤，种植植物。
[0087] 本实施例中选种速生意杨，采用育苗移栽，种植
密度为2400株/公顷，间隔2m×2m，在意杨中间撒种狗尾根和紫花苜蓿；育苗移栽前，每公顷施加
有机肥2000kg，磷肥750kg，硫酸锌15kg，
硼砂30kg；在种植一个月、两个月时，分别追加一次
肥料，木本种植后在种植坑上加覆20cm的土壤。
[0088] 对比例1
[0089] 将暴露面平整，施用20cm厚的土壤，土壤来源与实施例1相同，后续在土壤上的
施肥、种植与实施例1相同。
[0090] 对比例2
[0091] 将暴露面平整，施用40cm厚的土壤，土壤来源与实施例1相同，后续在土壤上的施肥、种植与实施例1相同。
[0092] 对比例3
[0093] 将暴露面平整，施用60cm厚的土壤，土壤来源与实施例1相同，后续在土壤上的施肥、种植与实施例1相同。
[0094] 在种植半年、一年、两年时检测根系密度、木本成活率和新增土壤侵蚀量[0095] 绿化比率、草本密度采用网格
采样法，在施用地面里随机采样100个1m×1m的正方形方格，用植物根系采样器取40cm深的土层，每个方格至少采五个样，记录样品中植物根的质量，除以样品总重，得到根系密度。
[0096] 而木本成活率则统计实验区内所有树木数量，除以移栽数量得到木本成活率。
[0097] 对于水土流失按照简易坡面测量法，在实施区域中根据实际土壤厚度均匀垂直布置若干个直径0.6cm，长度为20-60cm的长钢钎，钢钎顶面与土壤齐平，定期检测钢钎顶面和土壤之间的距离，按照如下公式计算：
[0098]
[0099] 其中，A—总土壤侵蚀量m3，Z—侵蚀厚度mm，S—水平投影面积㎡，θ—斜坡坡度[0100] 而相邻两次检测的差值即为新增土壤侵蚀量m3。
[0101] 检测结果如表1所示：
[0102] 表1防治效果表
[0103]
[0104] 表中，实施例1在检测根系密度时，第一次检测时因为覆土基体尚还具有一定强度难以取样，因此取样时仅取20cm左右的覆土层，其余部分取一定覆土基体后测算密度折算成同体积覆土基体的质量加在样本质量中。
[0105] 从表1中可以看出，实施例1仅使用20cm覆土层就达到了60cm覆土层的效果，覆土基质崩解后也能起到
支撑木本植物生长成活，同时也不影响草本植物根系的发展，而且覆土基质可以构造成一定的形状，托起上侧的覆土基质，极大的减少了早期水土流失，后期覆土基质会自然崩解，不影响环境的恢复。而对比例1、2和3说明了不加以处理的岩层暴露面是很难直接用以植物的生长，直接覆土的方式应当至少覆土60cm，而且少于40cm的覆土木本植物几乎很难直接生长。
[0106] 显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
