[发明专利]一种适用于北方矿区生态修复的材料及其制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种适用于北方矿区生态修复的材料及其制备方法，属于基固废综合利用及矿区生态修复的材料制备技术领域，所述修复材料，包括煤基固废、胶凝材料、发泡剂和水。该生态修复材料主要以煤矸石等常见的煤基固废为原料，就地取材，原材料数量巨大，成本较低，且制备成的生态修复材料主要用于矿区的生态修复，不种植农作物或其他可能进入食物链的植物，只种植观赏性或者有益于改善矿区生态的耐环境且易成活的植物，以此实现矿区的修复和生态植被的恢复。该生态修复材料结构疏松多孔，具有一定的保水性、抗流失性和环境安全性，对多种植物具有非常好的适用性，并且能够抵抗环境因素的影响，特别是北方地区经常发生的冻融现象。

技术领域

本发明属于基固废综合利用及矿区生态修复的材料制备技术领域，具体涉及一种适用于北方矿区生态修复的材料及其制备方法。

背景技术

我国北方地区气候特点主要以寒冷干燥为主，气温在-20℃至40℃范围内发生季节性变化，由于气候特点所致，经常性的发生冻融现象。冻融是因为冬季气温低，导致土壤表层温度和部分深层土壤温度在0℃左右循环性变化，土壤内部水分以“液态-固态-液态”的形式发生相态变化并发生位置迁移，改变了土壤原有的结构组成和微生物活性，影响地表的热力学性质和水文特征，对土壤氮素、碳素的释放及生物地球循环过程造成一定影响，继而影响到土壤的肥力和植物的生长发育。据统计，目前我国存在冻融现象的地区面积多达七百多万平方千米，包括季节性冻融和多年冻融，后者主要集中在东北部地区和高海拔地区，即常年处于冻融作用的影响下。矿区的生态修复目前主要集中在本身结构的改善、重塑、矿区土壤肥力恢复以及相应的土壤砷、镉、铬、铅、锌等重金属元素的处理方面，其主要关注点在于水的保有量、流失率，植物的生长情况以及重金属的析出问题，即矿区环境安全性。

冻融作用会破坏生态修复材料的结构，导致其性能发生一定的退化，且由于本身原料来源于煤基固废、水泥等固废，所以其受冻融作用的影响会发生一定的重金属析出问题。材料结构的改变直接影响着矿区生态修复结果的好坏，包括矿区土壤的保水性能、抗流失性能、土壤容重、土壤强度以及土壤的透气性能。

煤矸石等煤基固废是煤炭开采过程中及工业生成中常见的固体废弃物，产量巨大，占地面积广，处理难度大，随意的堆积排放对堆放地的环境造成非常大的影响。研究发现，煤矸石等煤基固废的元素组成与土壤类似，是一种天然的富含硅、铝、铁、硫、钙等元素，且含有少量钾、有机质以及对植物生长有益的微量元素的潜在性土壤替代品或者补充品，可将煤矸石与土壤结构改善、土壤生态修复等结合起来，起到固废的资源化处置与生态修复的协同化处理作用。

利用煤基固废制备生态修复材料近年来成为研究的重点，而将这种材料与实际环境相结合的研究与专利报道较少，国内专利“一种固废基多孔材料、制备及用于煤矸石山生态修复的材料”（公开号：CN112897972B）公开了以煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、水泥等为原料，加入某种菌根菌固体菌剂，制备固废基多孔材料，用于煤矸石山的生态修复。并未发现利用煤基固废制备用于矿区生态修复且具有一定环境适应能力的材料的专利文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用煤矸石等煤基固废制备具备疏松多孔结构、拥有优良保水性能、抗流失性能以及一定的抗冻融能力的可以用于北方矿区生态修复的材料，以解决矿区生态问题及实际修复中所遇到的冻融现象。

本发明采用如下技术方案：

一种适用于北方矿区生态修复的材料，包括煤基固废、胶凝材料、发泡剂和水，其中，煤基固废和胶凝材料的质量百分数为：煤基固废70-75%、胶凝材料25-30%；发泡剂占煤基固废的质量百分数为0.062-0.075%；水占煤基固废的质量百分数为60-75%。

进一步地，所述煤基固废煤矸石、尾矿中的任意一种或两种。

进一步地，所述胶凝材料包括水泥、硅酸钠、生石灰中的任意一种或由水泥、粉煤灰、高炉矿渣和硅灰组成的多组分胶凝材料。