1.本发明属于矿山生态环境恢复治理技术领域，具体地说，涉及一种钒钛磁铁尾矿原位改良基质及无覆土生态闭库方法。
背景技术：2.钒钛磁铁矿是以含铁为主，伴生钒、钛等多种金属元素的共(伴)生矿。我国钒钛磁铁矿主要分布于四川攀西、河北承德、陕西汉中、湖北郧阳、山东临沂、辽宁朝阳等地区，其中四川攀西地区是我国钒钛磁铁矿的主要成矿带，攀西地区的钒钛磁铁矿中含有的钛资源储量约占全国储量的90％。钒被称为“现代工业的味精”，钛被称为“战略金属”，钒钛是国家重要的基础产业原料，是国防军工和现代化建设必不可少的重要资源，战略地位十分特殊。由于现有选矿技术水平的限制，矿石中的钒钛资源难以百分百选出利用，鉴于钒钛磁铁矿资源的稀缺性，随着选矿技术的进步，原本作为固体废弃物的尾矿，逐渐具有回收利用的价值，部分钒钛资源不得不含在尾矿中被排入尾矿库中暂时堆存。
3.尾矿库是用以储存尾矿的场所，钒钛磁铁尾矿化学成分复杂，含盐量高、土壤结构差、营养物质含量低，植物很难在尾矿上自然生长。尾矿库退役闭库后，若不进行人工干预，大量裸露堆积的尾矿，在干旱和大风的季节尾矿粉尘弥漫，雨季造成尾矿颗粒的冲刷流失，严重污染和破坏生态环境。现有的尾矿库闭库生态恢复技术多为覆土法，即在尾矿库表面先覆盖一层别的地方搬运来的天然土壤，再在天然土壤上种植植物，实现闭库后的生态恢复。
4.传统的覆土法进行尾矿库闭库生态恢复，要挖取宝贵的天然土壤，破坏自然地表的天然环境，存在以“新伤疤补旧伤疤”的问题。本发明以尾矿库中大量堆存的尾矿本身为主要原料，不消耗天然土壤，对尾矿库浅表层的尾矿性质进行原位改良，制成一种钒钛磁铁尾矿原位改良的生态修复基质，用于钒钛磁铁尾矿库无覆土生态闭库，在修复尾矿库生态环境的同时，实现“以废治废”，助力矿山绿色发展和生态文明建设。
5.有鉴于此特提出本发明。
技术实现要素：6.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种钒钛磁铁尾矿原位改良基质及无覆土生态闭库方法。为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
7.一种钒钛磁铁尾矿原位改良基质，包括以下成分的质量比：钒钛磁铁尾矿100份、有机生物菌肥15～25份、团粒促进剂0.2～0.4份、抗旱保水剂0.06～0.10份、ph稳定剂0.4～0.8 份。
8.进一步地，所述有机生物菌肥包括按质量20:1:1混合的植物纤维、牛粪、羊粪，还包括微生物菌种。
9.进一步地，所述团粒促进剂为聚丙烯酰胺，所述抗旱保水剂为高分子吸水性树脂，
ph稳定剂为中性复合肥。
10.进一步地，所述钒钛磁铁尾矿呈粉土、粉砂状，其ph值为5.5～8.0，钒元素含量为0.2～ 0.5g/kg，钛元素含量为3.0～5.0g/kg，铁元素含量为10％～25％，全盐含量为0.1～4.5g/kg，天然含水率5～30％，孔隙比0.40～1.20，湿密度1.6～2.5g/cm3。
11.所述的钒钛磁铁尾矿改良基质的无覆土生态闭库方法，包括如下步骤：
12.步骤1，制作有机生物菌肥，将植物茎叶晒干后粉碎，并与牛粪、羊粪按照20:1:1加水混合搅拌，使其浸湿发酵，沤制腐熟后加入微生物菌种，形成微生物菌肥；
13.步骤2，测算原位改良尾矿的质量，计算出原位改良矿的密度ρ，得到需要进行生态修复的尾矿库面积s、原位改良深度h以及其范围内尾矿的密度ρ，根据公式m＝h
×s×
ρ，计算出需改良的尾矿总质量m；
14.步骤3，钒钛磁铁尾矿原位改良，按质量比钒钛磁铁尾矿100份，称取有机生物菌肥15～ 25份、团粒促进剂0.2～0.4份、抗旱保水剂0.06～0.10份、ph稳定剂0.4～0.8份，取好后均匀铺设在需要进行生态修复的尾矿库表面，对深度为h的尾矿库浅表层翻耕使钒钛磁铁尾矿与各改良材料在原位混合均匀，形成生态修复基质；
15.步骤4，生态修复绿化施工及养护，将植物种子撒播到原位改良基质上，对表层基质翻耕，然后浇水养护使植物正常生长。
16.进一步地，所述步骤1中植物茎叶包括草本植物、禾本科植物，粉碎为长2～15mm、宽 1～5mm的蓬松状植物纤维，所述发酵的温度为50～70℃，发酵时间为10～15天，所述菌种为枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌。
17.进一步地，所述微生物菌肥中有机质含量≥95％、有效活菌数≥0.2亿个/克、ph值为5.5～ 8.5。
18.进一步地，所述翻耕均采用小型农用耕机，所述步骤3中翻耕次数为2～3遍，所述步骤 4中对表层20cm厚的基质翻耕1～2遍。
19.进一步地，所述步骤4中，植物品种为牛筋草、高羊茅、鬼针草、波斯菊、青葙、田菁、沙冬青按不同比例的混合物。
20.进一步地，所述计算原位改良矿密度的方法为：在需要进行生态修复的尾矿库表面，按约50m的间距，开挖面积约为1.0m2试坑，试坑深度与尾矿原位改良深度相同；边挖边将坑内的试样装入盛土容器内，称取试样的质量m，精确到0.1kg；试坑挖好后，将大于试坑容积的塑料膜铺于试坑内，用量筒向试坑内注水，直至坑内水面与坑顶齐平后停止注水，记录试坑内注入水的总体积v，精确到0.1m3；根据公式ρ＝m
÷
v，求得原位改良尾矿的密度ρ，精确至0.1kg/m3。
21.采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
22.本发明以钒钛磁铁尾矿自身为主要原料，就地取材对钒钛磁铁尾矿性质进行原位改良，形成尾矿库无覆土生态闭库用的基质，不消耗天然土壤，保护了宝贵的土地资源，实现“以废治废”。本发明提供的钒钛磁铁尾矿原位改良及无覆土生态闭库方法，施工时不需要大型机械设备，施工方法简便，工期短、造价低，能有效降低尾矿库生态修复的成本，减少尾矿固体废弃物堆存的污染，改善矿区及其周边的生态环境。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
24.本发明一种钒钛磁铁尾矿原位改良基质及无覆土生态闭库方法，钒钛磁铁尾矿原位改良基质包括以下成分的质量比：钒钛磁铁尾矿100份、有机生物菌肥15～25份、团粒促进剂 0.2～0.4份、抗旱保水剂0.06～0.10份、ph稳定剂0.4～0.8份。采用有机生物菌肥、团粒促进剂、抗旱保水剂、ph稳定剂对钒钛磁铁尾矿的物理、化学、土壤生物学性质进行原位改良，形成一种可供植物生长的基质。其中钒钛磁铁尾矿的特征为可用粉土、粉砂的钒钛铁尾矿库内固体固体沉积物，ph值为5.5～8.0，钒元素含量约0.2～0.5g/kg，钛元素钛含量约3.0～5.0 g/kg，铁元素含量约10％～25％，全盐含量约0.5～4.5g/kg，天然含水率5～30％，孔隙比0.40～ 1.20，湿密度1.6～2.5g/cm3。
25.有机生物菌肥包括按质量20:1:1混合的植物纤维、牛粪、羊粪，还包括微生物菌种。植物纤维、牛粪、羊粪混合发酵腐熟后，再加入能改善钒钛磁铁尾矿性质的微生物菌种，形成细粉状的有机混合物。其中，植物纤维为草本或禾本科植物，经粉碎后形成长约2～15mm的碎屑状有机质。加入的微生物菌种为枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌等。发酵腐熟后的有机生物菌肥有机质含量≥95％，有效活菌数≥0.2亿个/克。通过有机微生物菌肥功能菌株的作用，改善钒钛磁铁尾矿的土壤生物学性质。
26.团粒促进剂为聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺是一种高分子聚合物，外观呈白色粉末颗粒，聚丙烯酰胺作为团粒促进剂能通过物理化学作用将钒钛磁铁尾矿中的固体颗粒粘结在一起，形成类似天然土壤所具有的团粒结构，使改良后的基质具有适宜的孔隙度，能够调节基质中的水、肥、气、热等因素，利于植物根系良好生长。
27.抗旱保水剂为高分子吸水性树脂，外观呈白色颗粒状，是一种含有强亲水性基团并具有一定交联度的功能性高分子材料，主要化学成分是低交联型聚丙烯酸钠88％、水8％～10％、交联剂0.5％～1.0％。抗旱保水剂能大量吸收水分而溶胀，保持住水分不外流，无毒无害，反复吸水、释水，它还能吸收肥料并缓慢释放，使基质保肥、保墒。
28.ph稳定剂为中性复合肥，外观呈白色粉末状颗粒，1.00～4.75mm颗粒含量≥90％，氮磷钾总养分≥40％。本发明利用中性复合化肥作为ph稳定剂，在调节基质酸碱度保持平衡的同时，还增加了基质中的氮、磷、钾等营养元素含量。
29.钒钛磁铁尾矿改良基质的无覆土生态闭库方法，包括如下步骤：
30.步骤1，制作有机生物菌肥，将草本或禾本科植物茎叶，晒干后粉碎成长约2～15mm，宽约1～5mm的蓬松状植物纤维，将植物纤维、牛粪、羊粪按质量20:1:1混合，加入适量水搅拌，使植物纤维、牛粪、羊粪湿透，在50～70℃下经10～15天的发酵沤制腐熟，再加入枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌等菌种，形成有机质含量≥95％、有效活菌数≥0.2亿个/克、ph 值5.5～8.5的微生物菌肥待用。
31.步骤2，测算原位改良尾矿的质量，计算原位改良矿的密度，根据需要进行生态修复的尾矿库面积s、原位改良深度h范围内尾矿的密度ρ，根据公式m＝h
×s×
ρ计算出需改良的尾矿总质量m；在计算原位改良矿密度时，提供一种计算方法：在需要进行生态修复的尾矿库表面，按约50m的间距，开挖面积约为1.0m2试坑，试坑深度与尾矿原位改良深度相同；边挖边将坑内的试样装入盛土容器内，称取试样的质量m，精确到0.1kg；试坑挖好后，将大
于试坑容积的塑料膜铺于试坑内，用量筒向试坑内注水，直至坑内水面与坑顶齐平后停止注水，记录试坑内注入水的总体积v，精确到0.1m3；根据公式ρ＝m
÷
v，求得原位改良尾矿的密度ρ，精确至0.1kg/m3。
32.步骤3，钒钛磁铁尾矿原位改良，在常温下，按质量比：钒钛磁铁尾矿100份、有机生物菌肥15～25份、团粒促进剂0.2～0.4份、抗旱保水剂0.06～0.10份、ph稳定剂0.4～0.8 份，称取对应重量的有机生物菌肥、团粒促进剂、抗旱保水剂、ph稳定剂，取好后均匀的铺设在需要进行生态修复的尾矿库表面，采用小型农用耕机，对尾矿库浅表层深度h厚的尾矿翻耕2～3遍，使钒钛磁铁尾矿与各改良材料在原位充分混合均匀，形成生态修复基质。
33.步骤4，生态修复绿化施工及养护，将植物种子撒播到钒钛磁铁尾矿原位改良的生态修复基质上，再用小型农用耕机，对表层20cm厚的基质翻耕1～2遍，然后浇水养护使植物正常生长。在实际应用中，所述植物品种为牛筋草、高羊茅、鬼针草、波斯菊、青葙、田箐、沙冬青按不同比例的混合物，种植后形成种类丰富及结构合理的草灌混合型植物群落。
34.实施例一
35.本实施例所述的一种钒钛磁铁尾矿原位改良基质及无覆土生态闭库方法，取攀西地区某钒钛磁铁尾矿库中的尾矿，其主要化学成分如表1所示，颗粒组成如表2，加入表3所示配比的材料，对尾矿的物理、化学、土壤学性质进行改良，混合均匀后制成三种生态修复基质，成品的生态修复基质理化参数如表4所示。经过对钒钛磁铁尾矿改良后制成的生态修复基质，具有植物生长所需的土壤孔隙度、酸碱度以及营养元素。
36.表1改良前钒钛磁铁尾矿的主要化学成分
[0037][0038]
表2改良前钒钛磁铁尾矿的颗粒组成表
[0039][0040]
表3钒钛磁铁尾矿各改良成分配比表
[0041][0042][0043]
表4钒钛磁铁尾矿改良基质的理化性质测试数据
[0044][0045]
钒钛磁铁尾矿的粉粒、砂粒含量高，缺少植物生长所需的团粒结构及氮磷钾等营养元素，重金属含量高，其有机质含量甚微，在钒钛磁铁尾矿中加入有机生物菌肥，提高基质的有机质含量，微生物菌肥中的微生物能促进植物纤维大分子聚合物(c6h
10
o5)n进一步分解成腐殖质和有机酸，增强基质的团粒结构，调节基质的酸碱度，植物纤维受微生物作用的分解过程为：通过功能菌株的固氮、解磷、解钾作用，促进植物对基质中氮磷钾的转化吸收，改善基质的理化性质和土壤结构，使植物能在钒钛磁铁尾矿改良形成的生态修复基质上良好生长。
[0046]
实施例二
[0047]
本实施例所述的一种钒钛磁铁尾矿原位改良基质及无覆土生态闭库方法，取攀枝花市境内某钒钛磁铁尾矿库中的尾矿，按表3的材料成分配比制成生态修复基质，将配制好的基质放入花盆内，种植高羊茅、鬼针草、波斯菊三种植物；为了作对比，取攀枝花某处办公场地绿化带内的天然土壤，也播种相同品种的种子。播种后，浇水养护使植物发芽，观测植物的生长状况，盆栽种植试验结果见表5。经过半年的种植，钒钛磁铁尾矿改良后的生态修复基质上植物长势稳定良好，与天然土壤上的植物长势情况基本相当。
[0048]
表5钒钛磁铁尾矿改良基质上植物平均生长高度
[0049]
编号高羊茅鬼针草波斯菊1#生态修复基质26cm34cm28cm2#生态修复基质37cm42cm39cm3#生态修复基质43cm48cm44cm天然土壤32cm47cm38cm
[0050]
实施例三
[0051]
本实施例所述的一种钒钛磁铁尾矿原位改良基质及无覆土生态闭库方法，在中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司攀枝花分院的办公区内，选择一块场地，用砖砌筑深 h＝0.5m、面积s＝10m
×
5m的试验圃，将攀钢马家田尾矿库中表层的钒钛磁铁尾矿倒入试验圃内，模拟马家田尾矿库的钒钛磁铁尾矿沉积滩，将钒钛磁铁尾矿原位改良后制成生态修复基质，在基质上撒播种子进行种植试验，模拟尾矿库闭库后无覆土生态恢复。
[0052]
步骤1，制作有机生物菌肥。将攀枝花当地的苞谷秆晒干后粉碎成长约2～15mm，宽约 1～5mm的植物纤维，将植物纤维、牛粪、羊粪按质量20:1:1混合，加入适量水搅拌湿透，在50～70℃下经10～15天的发酵沤制腐熟，加入枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌菌种，形成有机质含量≥95％、有效活菌数≥0.2亿个/克、ph值5.5～8.5的微生物菌肥待用。
[0053]
步骤2，测算原位改良尾矿的质量。在试验圃尾矿中间位置开挖深0.5m、长1m、宽1m 的试坑，将坑内的试样装入盛土容器内，称取试样的质量m为1074.5kg；试坑挖好后，将大于
试坑容积的塑料膜铺于试坑内，用量筒向试坑内注水，直至坑内水面与坑顶齐平后停止注水，记录试坑内注入水的总体积v为0.5m3；根据公式ρ＝m
÷
v，计算出需要改良尾矿的密度ρ为2149.0kg/m3。根据公式m＝h
×s×
ρ计算出需改良的尾矿总质量m＝53725kg。
[0054]
步骤3，尾矿原位改良制成生态修复基质。在常温下，称取有机生物菌肥8060kg、团粒剂(聚丙烯酰胺)108kg、抗旱保水剂(高分子吸水性树脂)33kg、ph稳定剂(中性复合化肥)215kg，均匀的铺设在试验圃尾矿表面，采用手持式小型农用耕机，对表层深度0.5m厚的尾矿翻耕2～3遍，使钒钛磁铁尾矿与各改良材料在原位充分混合均匀，形成生态修复基质。
[0055]
步骤4，无覆土生态修复施工及养护。将牛筋草、高羊茅、鬼针草、波斯菊、青葙、田箐、沙冬青的种子混合后，按20～30g/m2的用量，均匀撒播到钒钛磁铁尾矿原位改良的生态修复基质表面。采用手持式小型农用耕机，对表层20cm厚的基质翻耕1～2遍，然后浇水养护使植物正常生长。经一年的种植，草灌性植物群落长势良好，植被覆盖率达98％以上。
[0056]
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。