有色矿山废弃物堆场土地复垦与生态修复电子教案.pptx

1、有色矿山废弃物堆场土地复垦与生态修复,主要内容,一、矿山废弃物堆场的生态影响二、尾矿库无土复垦与农作物种植技术三、酸性废石堆场边坡复垦技术四、强碱性赤泥堆场边坡复垦技术五、与发达国家矿区生态恢复的差距与对策,一、矿山废弃物堆场的生态影响金属是国民经济发展重要的基础原材 料近，年来，中国已成为有色金属生产、消 费均居世界第一的大国，产业整体实力 显著增强，在国际同业中的地位明显提 高。中国有色金属工业协会统计显示，种有色金属产量连续13年居世界第 一。,矿石特点,我国资源本身就具有中低品位资源多、复杂共生矿多、矿床规模小的特点。随 着矿产资源的开拓强度越来越高，我国 能利用的矿产资源呈现出品位越

2、来越 低、位置越来越边远、埋藏越来越深的 大趋势，并且相当一部分资源储备都在 青藏高原的生态环境脆弱区。,矿区SPOT卫星影像图,露天采矿场,德兴铜矿采矿场是我国最大的露天采矿场，铜厂采区面积达 5.52平方公里，采区设计境界上口尺寸为2300米2400米，最高台阶标高为+506米，最低为-220米，年采剥总量吨。6600万,地形坡度：陡坡一般6070、岩质坡表层物质：表面为岩石，未风化；无表土覆盖；土壤肥力：有机质、N、P、K、土壤微生物极低 潜在污染物：在雨水淋溶作用下有的产生污染物（性酸岩）。,尾矿库,我国各类金属 矿尾矿的堆存总 量约60-80亿吨，且每年以3 亿吨的数量增,加。北京矿

3、冶研究总院Beijing General Research Institute of Mining&Metallurgy,德兴铜矿4号尾矿库是亚洲最大的尾矿库,总设计库容为8.35亿立方米,太原钢铁尖山铁矿尾矿库,尾地形坡度:坡度一般1:2-1:4、沙质土坡 矿表层物质:表面为尾砂，颗粒细、未风化；库土壤肥力:有机质、N、P、K、土壤微生物极低;潜在污染物：在雨水淋溶作用下有的产生污染 物（酸、碱、重金属）;持水保水能力:极弱;抗风势水蚀能力弱;,废石堆场,有色金属矿山废 石年产生量 达1.06亿吨，平均1t有色金 属产品要排出 几百吨、上千 吨的废石，历 年堆存量已达 数十亿吨，占 地约50

4、0km2。一个生产矿山产生的排土场达6座,排 土 场,地形坡度：岩土的自然堆积角:35-40、表层物质：一般为土、砂、砾、石混合 物，未风化；颗粒大小极不均匀；土壤肥力：有机质、N、P、K、土壤微生 极物低潜在污染物：在雨水淋溶作用下有的产生 污染物（酸、重金属）。持水保水能力:极弱,每生产1t氧化铝要排出 0.9-1.3t赤泥。我国存 放的赤泥量已经达到 6000多万吨，占地100多 万hm2。,赤泥堆场,赤泥堆 场边坡,Red mud Stack,酸性水污染,塌,地形坡度：地形起伏不规整、盆地形、U形、V形；土岩的自然塌落角:45、垂直表层物质：一般为土，局部土砂岩混合物陷土壤肥力：有机质

5、、N、P、K、土壤微生物较低地潜在污染物：在雨水淋溶作用下有的产生污染物（酸、重金属）。持水保水能力:视塌陷地情况。,山西襄汾新塔矿业公司“98”特别重大尾矿库溃坝事尾故矿。库溃坝泄容量为268万立方米，过泥面积302公 顷，死270多人。,BGRIMM,针对有色金属矿山开发中产生的废弃物堆场环境与生态问题,开 发了有色金属矿山尾矿库无土复垦技术和有土农业种植技术；酸性废 石堆场和赤泥堆场两类污染型堆场的复垦技术。建设了三类废弃物堆 场的生态修复和重建技术示范场.,冬瓜山铜矿水木冲尾矿库边坡无土复垦工程,德兴铜矿酸性废石堆场修复工程,平果铝土矿赤泥堆场生态修复工程,BGRIMM,2尾矿库无土复

6、垦与农作物种植技术,我国不少矿山尾矿库建在山区，土源缺少，特别是南 方不少矿山已无土可取，不少矿山需要购置耕地解决 尾矿库覆土土源问题。因此，针对国内矿山生产中遇到 的实际问题，开发无土复垦技术，是亟待解决的新型课 题。为根本解决这一问题，重点研究开发基质改善、防治 污染的综合治理技术，包括建立人工复合基质，改善 尾矿种植基质，使之不用覆盖土壤，实现重建植被、植 被正常生长的尾矿库无覆盖土壤的复垦系列技术，解决 土源和降低复垦费用。,尾矿库生态恢复技术,构建、改良基质体系恢复和重建技术集成砂生植被固砂体系构建砂生植被恢复 与重建技术砂生植被恢复的保障技术群落生物多样性技术研究砂生植物抗贫瘠技术

7、集成Review ecological restoration measure for tailings dam,BGRIMM,实验室研究,尾矿基质调研 植被重建研究基质改良与优化配置,BGRIMM,中试研究,植被重建研究基质改良与优化配置,植被品种筛选与配置结果表明：香根草、三叶草、苜蓿、沙打旺适宜性强；高羊茅发芽率极高，抗 热性表现不佳，可作为前期先锋植物品种种植。植配合试验中，品种香根草+三 叶草狗牙根适生性极强，抗旱能力好的优势，覆盖度高，达到90以上，是 最佳的植物配置模式。,铜尾矿废弃地无土复垦应用研究,BGRIMM,筛选出了耐旱、抗贫瘠、根系发达的植被品种,紫花苜蓿,香根草,狗牙

8、根,高羊茅,沙打旺,高羊茅不同生长期的植株根系发育（自左至右依次为2、3、4个生长季根系）,红三叶、杂三叶根系,3季生长植株及根系,VR生长期4个月根系发育,发达的白三叶根系,沙打旺根系长达2m,针对尾矿库及边坡特征筛选出有强大根系的护坡固砂植物,铜尾矿废弃地无土复垦应用研究,样地选择铜陵有色金属集团股份有限公司狮子山铜矿的杨山冲尾矿库。基质改良基质熟化和增肥试验；（2）菌剂试验；（3）保水剂试验备注：不施加肥料施加一种本试验设计的微 量元素组分的复合肥料（BB）III同时施加BB和人工有机粒 肥（OG）两元肥料研究结果表明，试验筛选出最佳熟化增肥条件是BB和OG肥同时施用；品种直接接种微生物

9、菌剂可促生长；TC保水剂有保水效果，但需综合各因素考虑采 用。,尾矿库复垦后昆 虫等动物回迁调查结果,植被促使地表尾砂 转化成土壤的变化,BGRIMM,YSC尾矿库植被恢复前后,YSC尾矿库无土复垦,BGRIMM,WGL尾矿库复垦,WGL尾矿库植被恢复前后,水木冲尾矿库边坡无土复垦,边坡小区试验,试验现场施工,Astragalus adsurgen Pull,BGRIMM,尾矿库边坡无土复垦,尾矿库无土复垦实施效益分析,铜尾矿废弃地无土复垦应用研究,毛家湾尾矿库农业种植研究,绿肥 改良 不良 生长 基质 尾砂,尾矿库复 垦前地 表,尾砂、土壤物理化学性状分析,结果与分析,尾砂具有沙质土壤结构，

10、持水力较差缺乏粘土和有机质，阳离子代换量低缺乏有效氮和磷，营养力低尾砂颗粒凝聚力差，对作物苗期生长不利尾砂含有200500mg/kg的铜和50150mg/kg的钴，这些是食物 链中重金属的潜在来源，其它重金属含量都较低。,结果与分析,铜尾砂中重金属元素赋存形态,尾矿库中尾砂的重金属赋存 形态以有机物结合态和残渣态 为主。Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As、Hg、Mn的有机物结 合态和残渣态含量分别占到各 元素全量的86.38%、83.13%、74.60%、59.52%、55.35%、64.44%、62.50%、69.00%，且有机物结合态的 比重较大，原因极有可能是由 于在选矿过程中加入了有机

11、药 剂，另外排放入库的废水中含 有大量的有机物质，,结果与分析,铜尾砂中重金属元素赋存形态对于可交换态，Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As、Hg、Mn分 别占到各元素全量的7.79%、1.04%、5.29%、12.5%、10.23%、10.2%、10%和10.21%，可见新鲜尾砂对环 境的危害不明显。,在分析尾砂和土壤性状的基础上，确定 了中条山毛家湾尾矿库初期小区试验的主要内容包括：覆土厚度试验，作物品种筛选试 验，施肥水平试验，重金属.影响分析，绿肥试验，防风沙缓冲带试验等。在毛家湾尾矿库研究设计了四种土壤覆盖方法：,小区田间试验,复垦实验区花生、玉米等作物长势,各 处 理 条 件 下 作

12、 物 产 量 图(k g/亩),结1果与分析,不同覆土方式对农作物产量影响,A2区和A3区的作物产量明显高于A1区和A4区。且A2区的花生、高粱分别达到 3309kghm-2和8083.5kghm-2，高于当地的平均产量，玉米为4269kghm-2，与 当地亩产量持平。大豆由于在结荚期遇到大旱，产量受到严重影响，基本无收 成。不同覆盖方法小区的平均产量方差分析结果表明，花生小区的平均产量与A1的差异显著性达到=0.05水平，A2与A4达到=0.01水平。A2与A1、A4的差 异显著性达到=0.01水平，A3与A1、A4达到=0.05水平。各处理方法之间玉米 产量无差异显著性。,毛家湾尾矿库的尾

13、沙、土壤中的重金 属浓度(mg/Kg),产品中重金属分析,高粱AsCdCoCuCrNiPbZn0.020.2550.80.70.20.020.3250.70.20.20.020.2150.60.20.2,T1 0.218T2 0.217T3 0.217,T4 0.2 16食品中污 染物限量,（GB2762-2005）,0.2,重金属分析结论,毛家湾尾矿库作物产品中的重金属浓度 与原有种子的含量相当或略高，远远低 于尾沙土壤中的含量，并且符合食品卫 生标准。由于尾沙中的碳酸盐含量高，大大降低了重金属在土壤水中的溶解 度，使作物对重金属的吸收量明显降 低。,BGRIMM,3酸性废石堆场边坡复垦技术

14、,针对有色金属矿山废弃物中残存相当高的硫 化物，氧化产生强烈的酸性水，并挟带大量的 重金属离子，开发酸性废弃物堆场生态恢复技 术。通过覆盖不同隔离层、施加改良剂、等技 术集成，大大提高植被成活率和生态修复效 果。建立典型有色金属酸性矿山废弃地生态恢 复示范场，为进一步推广提供科学依据。,典型示范工程,查明酸性堆场污染控制的最佳时机,富家坞废石场废石动 态NAG试验结果（第一步）,富家坞废石场废石 态NAG动试验结果（第二步）,类芦,白喜草,胡枝子,盐肤木,波斯菊,筛选出耐酸性强、适生的植被品种；,马棘,坡面隔离层设计,德兴铜矿水龙山废石场边坡生态修复（等高线法）,施工坡面分区图,坡面施工处理图

15、,隔离层设置,防止酸性废石堆场污染的控制技术,1）隔离层设置,堆场污染的改良剂推荐了尾矿膏体、稻壳、石灰、蛭石等作为种植基层的 改良剂；坡面设置生态棒为防止陡坡基层下滑，确保植被层厚度并均匀分布，坡 面设计生态棒；,修复工程技术 和施工工艺,BGRIMM,水龙山酸性排土场 生态修复示范工程,水龙山酸性排土场生态修复前后,BGRIMM,酸性排土场平台覆土改良生态修复示范工程,酸性废石堆场生态恢复技术,通过技术攻关，从全过程控制的角度出发，开发的酸性废石 堆场生态恢复技术达到国内领先水平，研究成果获得了部级 科技进步二等奖，并获得国家专利2项，其中发明专利1项。实践表明，该技术成果具有广阔的推广前

16、景。该技术的最大特点首先是通过酸性固废堆场防止产酸研究，提出从源头上阻隔、抑制堆场酸性发生的根本技术，在此 基础上，进行酸性固废堆场生态修复研究，形成了金属矿山 酸性废水处理及源头控制技术。其次筛选出适合酸性固废堆 场生态修复的植物品种及配置模式，解决目前酸性固废堆场 植被恢复的一大关键问题。,BGRIMM,4 强碱性赤泥堆场边坡复垦技术,针对赤泥堆场中含有高浓度的碱、盐和坝体 的安全稳定性问题，开发强碱性赤泥堆场生态 修复技术。优化废弃物堆场边坡稳定性分析及 工程技术，掌握赤泥基质改良及其植被工艺，用生物措施控制赤泥堆场水土流失，使泥砂流 失量减少80%以上。建立典型赤泥堆场生态恢复 示范场，为推广强碱性堆场的生态恢复技术提 供科学依据。,BGRIMM,山东赤泥堆场边坡,堆场边坡表面风化,坡面返碱,广西平果铝厂赤泥堆场,赤泥堆场生态修复,赤泥是铝土矿经各种物理和化学处理，制取氧化物后所剩余的红色 粉泥状高含水量的强碱性固体废料。随着铝工业的不断发展，赤泥 产生量不断增加，赤泥堆场边坡植被恢复的难点在于：赤泥最大的特点是碱性大，堆场的赤泥pH平均在11.2。另外赤泥 堆场经过风化后，造