摘 要

我国金、铜资源丰富，是我国重要的战略矿产。但在金铜矿开发利用过程中，产生了大量的固体矿床，约占矿山废弃物总量的4/5。金、铜尾矿往往堆积在矿坝中，占用大量土地资源，对周围环境造成很大压力。但金、铜尾矿也是一种潜在资源，与其他类型的尾矿相比有明显的不同，特别是重金属污染对地下水造成了严重的危害。在矿产资源日益紧张的形势下，研究金铜矿尾矿中有用元素的综合利用，对于建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。

目前，尾矿的主要利用方向是回填复垦，金属尾矿大多采用客土法进行复垦，但土壤结构受到破坏，对环境造成两次危害。无土复垦一方面可以节约宝贵的土壤资源，另一方面可以减少尾矿的大量利用。本研究以大冶市某金铜干堆尾矿为研究对象。以黑麦草作为指标植物进行改良剂筛选研究，通过土壤质量指数综合评价(SQI)，确定无土尾矿改良剂最佳复配比例，并对方案进行经济技术分析。

关键词：尾矿综合利用；无土复垦；基质改良

Abstract

The gold and copper resources in China are relatively abundant, which is an important strategic mineral in China. However, during the development and utilization of gold and copper mines, a huge amount of solid deposits were discharged, accounting for about 4/5 of the total mine waste emissions. Gold and copper tailings are often piled up in DAMS, occupying a lot of land resources and causing great pressure to the surrounding environment. However, gold and copper tailings are also potential resources, which are obviously different from other types of tailings. Under the situation of increasing shortage of mineral resources, it is of great significance to study the comprehensive utilization of useful elements in gold and copper tailings to build a resource-saving and environment-friendly society.

At present, the main utilization direction of tailings is backfilling and reclamation. Most of the metal tailings are reclaimed by the method of guest soil, but the soil structure is damaged, causing two times of damage to the environment. On the one hand, it can save precious soil resources, on the other hand, it can reduce the large-scale utilization of tailings. In this study, the tailings of a gold copper dry pile in Daye City is taken as the research object. Ryegrass was used as the index plant to select the improver, and through the comprehensive evaluation of soil quality index (SQI), the best compound proportion of the improver was determined, and the economic and technical analysis of the scheme was carried out.

Keywords:Comprehensive utilization of tailings; Soilless reclamation; Matrix modification

目录

第1章 绪论 1

1.1 设计背景与意义 1

1.2 矿山复垦现状 1

1.2.1 尾矿基质改良机理及研究进展 2

1.2.2 尾矿复垦方式选择 3

1.2.3 尾矿复垦特点 3

1.3 研究内容 3

1.4 技术路线 4

第2章 金铜尾矿理化特性分析 5

2.1尾矿粒度分析 5

2.2尾矿容重分析 5

2.3尾矿含水率分析 6

2.4尾矿孔隙度分析 7

2.5尾矿化学组成分析 8

2.6尾矿肥力指标 8

第3章 无土复垦基质改良剂筛选 9

3.1改良剂应用类型 9

3.1.1有机改良剂 9

3.1.2无机改良剂 10

3.2正交试验设计 10

3.2.1基质改良实验 10

3.3正交试验不同配比对基质性质的影响 11

3.3.1对基质物理性质的影响 11

3.3.1对基质肥力的影响 12

3.4基质改良效果的综合评价 14

第4章 无土复垦效益分析 16

4.1 经济效益 16

4.1.1 基质改良成本 16

4.1.2 其他土地复垦方案成本 16

4.2 生态环境效益 17

第5章 结论 18

第1章 绪论

设计背景与意义

矿石资源是我国生产生活的重要基石，我国经济发展大约85%的原材料都是它供给的。但是仍然有70%以上的物质在开发矿产的过程中成为尾矿、废石等矿业废物。这些尾矿和废石大量堆积，不仅占用土地，消耗资源，而且破坏周边生态环境，造成安全隐患^[1]。

目前，矿山复垦是尾矿综合利用的重要途径，但作为土壤基质的尾矿复垦是制约其发展的主要因素。同时，尾矿中常含有伴生重金属组分，在回填和复垦过程中有淋溶和迁移的危险，对周围生态环境构成威胁。另一方面，为了保持再生植被的长期健康生长，需要在尾矿库表面覆盖客土，在基质中提供必要的肥力成分，不仅成本较高，同时也破坏了周围的土壤资源，对环境造成二次污染。

本研究采用无土复垦技术，使尾矿达到适合植被生长、松散透水的物理土壤结构的营养含量条件，筛选出适宜的重金属钝化改性剂，取得了一定的经济效益，对垦区的社会和环境效益。例如，选用高效、低成本的基质改良剂，可直接与尾矿混合，无需外来土，节省宝贵的土地资源成本。同时，在生态恢复过程中种植的草、灌、乔木也能带来直接或间接的经济产出。无土复垦可以调节矿区与农田的土地平衡，减少重金属污染，恢复植被覆盖。由此可见，尾矿无土再生技术的研究对于尾矿的处理和处置具有广阔的应用前景。充分利用尾矿的物理结构特征和化学成分，减少尾矿量并将其作为资源加以利用，不仅可以缓解矿山企业的发展压力和土地资源的短缺，还可以减少对周边生态环境的威胁，对绿色矿山和可持续发展矿山的建设具有重要的现实意义。

矿山复垦现状

尾矿复垦是尾矿挖掘工作结束后，关闭其使用，在尾矿上覆盖土壤基质，栽种植物，使其渐渐恢复生态的一种方法。这是为了保护周围的农作物和生态多样性等。因为尾矿处在地表得原因，所以为了消除安全和环境危害，需要对其表面进行适当的复垦措施，杜绝第二次对周围生态的污染。在尾矿综合利用技术中，矿山复垦的优势主要体现在以下几点：一是复垦生态管理可有效改善矿区周边土壤和耕地质量，钝化尾矿库潜在重金属污染，提高矿区植被质量和覆盖率，防治水土流失、矿尘等地质灾害；二是缓解矿山与农用地之间的土地平衡，降低选矿厂周边居民的疾病发病率；三是植被生态恢复过程中的草、灌、乔木植被将通过销售农林产品带来直接经济效益，提高耕地产值。

目前，我国尾矿复垦技术主要采用客土复垦，利用周围的采矿土壤资源覆盖尾矿库表面，种植和培育复垦植被，使其恢复生态。客土对土地资源的二次破坏增加了复垦的运输和材料成本，而其它非客土复垦技术通过改良尾矿基质，达到适合植物长期生长的土壤条件。客土复垦的主要问题是利用覆土尾矿的经济投资大，土壤资源宝贵，不能保证土层厚度，不利于树木的长期生长。无土复垦的优点是可以直接改善尾矿的物理结构和肥力，而不需添加外来土壤，满足生态恢复中动植物生长的环境条件，节约土壤资源。

因为各地气候不同，导致尾矿特性不一，要想采取适宜的复垦措施，需要从尾矿基质和植被筛选两方面入手。

尾矿基质改良机理及研究进展

要想把尾矿中的重金属固定，并让筛选的植株能够在改良过的土壤基质上长成植被，修复好生态环境，一方面需要想办法富集和固定土壤基质中有害的重金属元素，不让其流失并危害周围环境；另一方面需要改良尾矿基质的理化性质，让它适宜植物的持续生长。这样才能将尾矿变为生物多样性的载体。

改善尾矿基质主要分为两种方式：改良物理性质与化学性质。改良土壤基质的物理性质主要是从尾矿的容重、孔隙率与持水能力等方面入手，可以采用一些大容量改良剂。例如，于海波等人^[2]以室内盆栽试验，研究了秸秆和山皮土对尾矿基质性质的影响。根据双因素方差分析结果，试验组添加3%秸秆，比对照组容重降低12.6%，田间持水量为原尾矿的1.29倍，幼苗发芽率和株高也比对照组有显著提高。如果能选择适当的尾矿改良剂，可以改善植被的生长基质，提供给植被的生存因素，如水分微量元素等，还能促进植物呼吸作用与光合作用，以此达到提高土地经过复垦后的生产力水平的目的。

而改良化学性质，可以钝化尾矿中的重金属，提高基质肥力。通过调整尾矿中有机质的含量，添加植物生长所需的无机元素，提高基质肥力，在金属尾矿中加入一种或多种改性剂组合，为植物的健康可持续生长提供养分。同时，降低其在尾矿中的迁移和生物利用度，改变尾矿中重金属的赋存形态，固化尾矿中的有毒物质，为生态恢复重建创造条件。化学改进剂主要分为无机改进剂和有机改进剂。其中，无机改良剂主要包括石灰、碳酸钙、粉煤灰等碱性物质、羟基磷灰石等磷酸盐、磷矿粉、磷酸氢钙、沸石、膨润土等矿物质；有机改良剂包括农家肥、绿肥、泥炭等有机肥^[3-4]。

杨小璐等^[5]采用底泥改性尾矿，并通过添加硫酸钙、泥炭、磷矿粉、粉煤灰等对基质进行改性，结果表明：添加2%磷矿粉可促进尾矿中无机元素的吸收，10%泥炭和20%粉煤灰可提高速效磷的利用率，并可富集尾矿中的铜、中柱等重金属。

1.2.2 尾矿复垦方式选择

矿区土地复垦的方式选择受到很多外界因素影响，比如区域的经济、自然条件等，同时也是土地复垦规划的中心。一般来说，它应该基于位置适合农和农，适合林业和林业，适合渔业和渔业，建议建立资源化利用目标，使其达到最大限度，社会效益、经济效益和环境效益是原则。影响尾矿库土地复垦的主要因素是当地的气候和土地地形、土质、水文地质条件、尾砂理化特性和需求条件等五个因素，包括需求条件主要是指当地土地利用总体规划或城市规划市政建设规划、市场需求和土地使用者的意愿希望，尾矿库复垦方法的选择应立足于深点这些因素的分析和调查。

1.2.3 尾矿复垦特点

尾矿库不同于垃圾场，尾矿库是一堆堆起来的一系列经过处理的矿物岩石的物理和化学性质以及从垃圾堆中产生的废物石头有很大的不同；同时不同类型的矿山，也不同分选方法产生的尾矿物性和化学性质也不同同样，比如有些尾矿库位于山区滑坡地段，土壤的搬运需要耗费大量人力，非常不利于开垦；有些尾矿的使用价值让它可以直接再次回收;另外，尾矿库还会因干涸形成大面积的河床，在起风的天气容易引起扬尘，污染当地的农场或其他生态环境。基于这些特点的尾矿库点，一般尾矿库改造前后有过渡或转换性，最初阶段主要是为了保护景观环境的目的，据后期尾矿库的最终回收目标是工业回收、永久开垦(这种情况要考虑一段时间，过一段时间后，尾矿也需要开采)。

研究内容

本文以金、铜尾矿为基质，研究了非客土复垦技术。通过植物生长指标和土壤理化改良效果，确定基质改良剂的种类和最佳施用比例。

（1）尾矿基质特性研究

研究尾矿的物理土壤结构、化学成分、基质肥力指数和环境影响，评价尾矿复垦的环境影响和可行性。