權(quán)利要求

1.礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，其特征在于包括以下步驟： ①將氧化鈣配置成質(zhì)量濃度10％的石灰乳，用高壓注漿泵壓從原浸礦劑注液井注入至稀土采礦區(qū)； ②將氣體抽提裝置接入原浸礦劑注液井口并密封，進(jìn)行真空抽提，抽提后利用酸性吸收塔吸收氨氣； ③取回氣體抽提裝置后，將5％鋁鹽溶液用高壓注漿泵壓從原浸礦劑注液井注入至稀土采礦區(qū)，與石灰乳反應(yīng)混合后養(yǎng)護(hù)3～5天； ④養(yǎng)護(hù)后，用高壓注漿泵將水泥漿從原注液井壓入至稀土采礦區(qū)，再養(yǎng)護(hù)3～5天。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，其特征在于：步驟②中吸收塔吸收氨氣后，真空度控制在0.1MPa。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，其特征在于：所述的石灰乳用量宜控制在距原注液井井底約2米處。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，其特征在于：所述的抽提裝置和所述酸性吸收塔之間還設(shè)置有氣體監(jiān)測(cè)裝置；所述氣體監(jiān)測(cè)裝置包括壓力計(jì)、流量計(jì)、傳感器中的一種或多種。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，其特征在于：所述的鋁鹽為鋁酸鈉、聚合氯化鋁、氯化鋁、硝酸鋁、偏鋁酸鈉、硅酸鋁的一種或幾種。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，其特征在于：所述的酸性吸收塔采用的溶液為稀硫酸。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，其特征在于：以鈣計(jì)的石灰用量與以鋁計(jì)的鋁鹽用量質(zhì)量比例為10:1～1:1。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，其特征在于：所述的水泥漿的水灰比為1:1～1:5。 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，其特征在于：水泥漿用量為石灰乳與鋁鹽總投加量的比例控制在0.5:1～2.5:1范圍內(nèi)。 10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，其特征在于：水泥漿用量為石灰乳與鋁鹽總投加量的比例控制為1:1。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及礦山生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位穩(wěn)定化/固化的礦山生態(tài)修復(fù)方法。

背景技術(shù)

稀土元素在工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是不可再生的重要資源，素有“工業(yè)維生素”之稱。近年來(lái)，隨著中國(guó)科技和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，稀土被用來(lái)制作高端材料其需求量日益增加，稀土的廣泛應(yīng)用伴隨著稀土礦的過(guò)度開(kāi)采，產(chǎn)生了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，威脅人類身體健康。

離子型稀土礦的開(kāi)采工藝經(jīng)歷了池浸工藝、堆浸工藝和原地浸礦工藝3個(gè)發(fā)展階段，各階段都會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，主要表現(xiàn)為礦區(qū)植被大面積破壞、水土流失嚴(yán)重、發(fā)生山體滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害、土壤鹽堿化、地表水和地下水污染等。CN1033521C中介紹了一種原地浸礦工藝，其流程為：礦體爆破松動(dòng)→配制浸出劑→注液井注液→稀土原地浸出→集液溝收集稀土富液。

雖然原地浸礦工藝被認(rèn)為是目前最環(huán)保的一種離子型稀土開(kāi)采模式，不必采動(dòng)礦體，僅需要在礦區(qū)表面挖一些注液井，因而大大減輕了礦區(qū)地形、地貌的破壞和水土的流失。但是原地浸礦工藝引起的環(huán)境問(wèn)題還是比較嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在：

(1)礦區(qū)可能發(fā)生山體滑坡和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。直接注入礦體的浸取液會(huì)使山坡發(fā)生裂縫，加之稀土礦體賦存于滲透性較好的風(fēng)化殼中，當(dāng)注液井布局不合理或遇到長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的降雨時(shí)，就可能引起山體滑坡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)進(jìn)一步發(fā)展為泥石流災(zāi)害。

(2)對(duì)礦區(qū)植被仍有較大破壞。原地浸礦工藝需破壞礦區(qū)山體地面約1/3的植被用以配備足夠數(shù)量的注液井和集液溝渠，同時(shí)浸礦劑溶液長(zhǎng)時(shí)間地浸泡山體，會(huì)通過(guò)側(cè)滲和毛細(xì)管作用損壞地表植被。又因?yàn)檫^(guò)量的酸性浸礦劑滯留，造成土壤酸性增強(qiáng)，且土壤膠體表面附著的氫離子和鋁離子被置換，也促進(jìn)土壤酸化；二是過(guò)量的氨氮也會(huì)與土壤膠體結(jié)合，替換氫離子和鋁離子，增加土壤酸化程度，進(jìn)一步對(duì)植被造成破壞。

(3)污染礦區(qū)土壤和水體。浸礦劑大多為氯化鈉、硫酸銨、碳酸氫銨等，會(huì)導(dǎo)致土壤中氨氮和硫酸鹽含量超標(biāo)。氯化鈉殘留易導(dǎo)致土壤板結(jié)和鹽堿化；草酸和氨氮的超標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，并造成土壤重金屬活性提升；硫酸銨或碳酸氫銨殘留會(huì)導(dǎo)致土壤中氨氮過(guò)量，改變土壤重金屬的有效性，氨氮也容易遷移進(jìn)入附近水環(huán)境中。殘留于山體中的浸礦劑會(huì)通過(guò)淋濾作用和滲透作用污染礦區(qū)及周邊環(huán)境的土壤、地表水和地下水，而當(dāng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，礦體內(nèi)殘留的浸礦劑外流會(huì)加重危害。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，稀土尾水的硫酸根的濃度可達(dá)到1720mg/l，遠(yuǎn)高于江西省地方標(biāo)準(zhǔn)離子型稀土礦山開(kāi)采水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(DB361016-2018)規(guī)定的800mg/l。

(4)重金屬污染。離子型稀土礦浸出液中含有多種重金屬離子。而且由于開(kāi)采工藝更新迭代很慢，稀土資源回收率一直不高，導(dǎo)致土壤中殘留過(guò)量的重金屬和稀土元素。過(guò)量的氨氮與稀土元素進(jìn)行陽(yáng)離子交換吸附，會(huì)使稀土礦中的伴生重金屬活化，還容易使重金屬產(chǎn)生再生污染。研究表明全國(guó)土壤稀土元素平均總量為177mg·kg-1，僅是贛南離子型稀土礦區(qū)污染農(nóng)田土壤中稀土元素總量的1/7，而贛南稀土礦區(qū)未浸礦表土土壤重金屬鉛含量遠(yuǎn)高于贛州市背景值，達(dá)到3～7倍。

鑒于此，有必要探索出一種原位穩(wěn)定化/固化的礦山生態(tài)修復(fù)方法解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。本發(fā)明提供了一原位穩(wěn)定化/固化的礦山生態(tài)修復(fù)方法及工藝，形成一套礦山生態(tài)修復(fù)的新模式，旨在改善原地浸礦浸礦劑殘留、重金屬污染問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種應(yīng)用廣泛、成本較低、穩(wěn)定化固化效果好的礦山生態(tài)修復(fù)的工藝和方法。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種礦山生態(tài)修復(fù)的原位穩(wěn)定化固化方法，包括以下步驟：

①將氧化鈣配置成質(zhì)量濃度10％的石灰乳，用高壓注漿泵壓從原浸礦劑注液井注入至稀土采礦區(qū)；

②將氣體抽提裝置接入原浸礦劑注液井口并密封，進(jìn)行真空抽提，抽提后利用酸性吸收塔吸收氨氣；

③取回氣體抽提裝置后，將5％鋁鹽溶液用高壓注漿泵壓從原浸礦劑注液井注入至稀土采礦區(qū)，與石灰乳反應(yīng)混合后養(yǎng)護(hù)3～5天；

④養(yǎng)護(hù)后，用高壓注漿泵將水泥漿從原注液井壓入至稀土采礦區(qū)，再養(yǎng)護(hù)3～5天。

進(jìn)一步地，吸收塔吸收氨氣后，真空度控制在-0.1MPa；

進(jìn)一步地，石灰乳用量宜控制在距原注液井井底約2米處。

進(jìn)一步地，抽提裝置和所述酸性吸收塔之間還設(shè)置有氣體監(jiān)測(cè)裝置。優(yōu)選地，所述氣體監(jiān)測(cè)裝置包括壓力計(jì)、流量計(jì)、傳感器中的一種或多種。

進(jìn)一步地，鋁鹽為鋁酸鈉、聚合氯化鋁、氯化鋁、硝酸鋁、偏鋁酸鈉、硅酸鋁的一種或幾種，優(yōu)選地，偏鋁酸鈉或聚合氯化鋁。

進(jìn)一步地，所述酸性吸收塔采用的溶液為稀硫酸，優(yōu)選地，硫酸的濃度為20％。

進(jìn)一步地，石灰(以鈣計(jì))用量與鋁鹽(以鋁計(jì))用量質(zhì)量比例為10:1～1:1，優(yōu)選地，4:1～6:1；

進(jìn)一步地，水泥漿的水灰比為1:1～1:5，優(yōu)選地，1:2～1:3。

進(jìn)一步地，水泥漿用量為石灰乳與鋁鹽總投加量的比例控制在0.5:1～2.5:1范圍內(nèi)。

進(jìn)一步地，水泥漿用量為石灰乳與鋁鹽總投加量的比例控制為1:1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于：

1.本發(fā)明的原位穩(wěn)定化/固化方法，不受污染場(chǎng)地限制，適應(yīng)性強(qiáng)。

2.本發(fā)明在礦山生態(tài)修復(fù)未有相關(guān)研究與應(yīng)用，通過(guò)在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，形成了一種邊生產(chǎn)邊治理的新模式。

3.本發(fā)明利用鈣礬石工藝固定浸礦劑中的硫酸根，將硫酸根進(jìn)行穩(wěn)定化處理，又利用水泥漿的包覆作用對(duì)穩(wěn)定化的鈣礬石進(jìn)行固化，進(jìn)一步降低硫酸根的浸出濃度，減少雨水的淋溶遷移作用。同時(shí)由于稀土伴生重金屬主要為鉛，在投加石灰乳的過(guò)程中，在高pH的環(huán)境下生成的氫氧化鉛不溶于水，有效降低了鉛的遷移，經(jīng)水泥固化后，鉛的溶出率進(jìn)一步下降。

4.本發(fā)明的修復(fù)方法工程量小，成本低，不破壞周邊環(huán)境，無(wú)二次污染。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為原位穩(wěn)定化固化流程示意圖；

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，以進(jìn)一步闡述本發(fā)明，顯然，所描述的具體實(shí)施方式僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施方式，而不是全部的樣式。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例樣品取自于江西龍南足洞稀土礦區(qū)，原注液井中的顆粒物3～5mm，，按照GB5086.1-1997《固體廢物-浸出毒性浸出方法翻轉(zhuǎn)法》對(duì)樣品進(jìn)行粉碎并制得浸出液，測(cè)得顆粒中硫酸根含量為1313mg/L，鉛離子含量為3.2mg/l，其他均低于江西省地方標(biāo)準(zhǔn)離子型稀土礦山開(kāi)采水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(DB36 1016-2018)。

本實(shí)施例的礦山生態(tài)修復(fù)的穩(wěn)定化固化方法包括以下步驟：

將氧化鈣配置成質(zhì)量濃度10％的石灰乳，用高壓注漿泵壓從原浸礦劑注液井注入至稀土采礦區(qū)2000kg；

將氣體抽提裝置接入原浸礦劑注液井口并密封，進(jìn)行真空抽提，用裝有20％硫酸稀溶液的吸收塔吸收氨氣，真空度控制在-0.1MPa；

取回氣體抽提裝置后，將700kg的5％偏鋁酸鈉溶液用高壓注漿泵壓從原浸礦劑注液井注入至稀土采礦區(qū)，與石灰乳反應(yīng)混合后養(yǎng)護(hù)3～5天；

養(yǎng)護(hù)后，用高壓注漿泵將300kg的水泥漿(水灰比為1:2)從原注液井壓入至稀土采礦區(qū)，再養(yǎng)護(hù)3～5天。

隨機(jī)取一塊步驟④的穩(wěn)定化固化體作為檢測(cè)樣品，按照GB5086.1-1997《固體廢物-浸出毒性浸出方法翻轉(zhuǎn)法》對(duì)上述樣品進(jìn)行粉碎并制得浸出液，測(cè)得穩(wěn)定化固化體中硫酸根含量為89.6mg/L，鉛離子含量為0.35mg/l，符合江西省地方標(biāo)準(zhǔn)離子型稀土礦山開(kāi)采水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(DB36 1016-2018)。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例樣品取自于江西龍南足洞稀土礦區(qū)，原注液井中的顆粒物3～5mm，，按照GB5086.1-1997《固體廢物-浸出毒性浸出方法翻轉(zhuǎn)法》對(duì)樣品進(jìn)行粉碎并制得浸出液，測(cè)得顆粒中硫酸根含量為1201mg/L，鉛離子含量為1.7mg/l，其他均低于江西省地方標(biāo)準(zhǔn)離子型稀土礦山開(kāi)采水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(DB36 1016-2018)。

本實(shí)施例的礦山生態(tài)修復(fù)的穩(wěn)定化固化方法包括以下步驟：

將氧化鈣配置成質(zhì)量濃度10％的石灰乳，用高壓注漿泵壓從原浸礦劑注液井注入至稀土采礦區(qū)2000kg；

將氣體抽提裝置接入原浸礦劑注液井口并密封，進(jìn)行真空抽提，用裝有20％硫酸稀溶液的吸收塔吸收氨氣，真空度控制在-0.1MPa；

取回氣體抽提裝置后，將400kg的5％聚合氯化鋁溶液用高壓注漿泵壓從原浸礦劑注液井注入至稀土采礦區(qū)，與石灰乳反應(yīng)混合后養(yǎng)護(hù)3～5天；

養(yǎng)護(hù)后，用高壓注漿泵將300kg的水泥漿(水灰比為1:3)從原注液井壓入至稀土采礦區(qū)，再養(yǎng)護(hù)3～5天。

隨機(jī)取一塊步驟④的穩(wěn)定化固化體作為檢測(cè)樣品，按照GB5086.1-1997《固體廢物-浸出毒性浸出方法翻轉(zhuǎn)法》對(duì)上述樣品進(jìn)行粉碎并制得浸出液，測(cè)得穩(wěn)定化固化體中硫酸根含量為236mg/L，鉛離子含量為0.62mg/l，符合江西省地方標(biāo)準(zhǔn)離子型稀土礦山開(kāi)采水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(DB36 1016-2018)。

以上描述了本發(fā)明的主要技術(shù)特征和基本原理及相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性具體實(shí)施方式的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的構(gòu)思或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將上述具體實(shí)施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照各實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

原位穩(wěn)定化/固化的礦山生態(tài)修復(fù)方法.pdf