一種利用反浮選磷尾礦生產的植生基材及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用反浮選磷尾礦生產的植生基材，該植生基材用于巖質邊坡上，其包括活性磷尾礦、土壤和水，其中活性磷尾礦由反浮選磷尾礦煅燒制得，活性磷尾礦和土壤的質量比為1：3～3:1，水的質量為活性磷尾礦和土壤總量的20～25％，所述活性磷尾礦、土壤和水攪拌均勻后再陳腐，并噴射在巖質邊坡上得到植生基材。本發明通過煅燒改變了反浮選磷尾礦的物相組成，鎂、鈣生成了比磷灰石更難溶的水化硅酸鹽，從而使其中的P2O5能夠被植物直接吸收。將如此處理后的磷尾礦與土壤混合，就得到了植生基材。本發明可充分利用磷尾礦，特別是在礦山復墾和當地的農業生產中具有廣闊應用前景。
【專利說明】一種利用反淳選磷尾礦生產的植生基材及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于尾礦綜合利用【技術領域】，涉及一種利用反浮選磷尾礦生產的植生基材 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 磷礦是一種重要的化工礦物原料。為了滿足濕法磷酸對原料礦石的質量要求，目 前我國主要通過各種選礦技術如磷礦反浮選工藝獲得適合生產磷酸的磷精礦。反浮選磷礦 尾礦是采用反浮選工藝富集磷之后殘留的工業廢渣，其主要礦物組成為：白云石、以膠磷礦 形式存在的磷灰石和石英質礦物。通常每生產1噸磷精礦，產生〇. 44噸尾礦，每年產生約 700萬噸的磷尾礦。長期得不到有效處理的磷尾礦堆積如山，給環境造成了嚴重的污染，又 是資源的一種浪費，所以處理磷尾礦己是目前磷化工研究面臨的重要課題。
[0003] 目前我國對尾礦綜合利用研究主要集中在以下幾個方面：（1)提高礦產資源回 收率，特別是老尾礦的再選引起企業重視，凡具備條件的礦山企業都開始了尾礦的再選工 作；⑵利用尾礦制作建筑材料；（3)尾礦充填采空區，首先對尾礦進行固化，然后用固化的 尾礦充填采空區。但以上方法還不能很好地利用磷尾礦中殘留的磷礦物資源。專利號為 201210085910. 5的中國專利文獻提供了一種回收高鎂質磷尾礦中磷的方法，此種方法通過 將高鎂質磷尾礦進行煅燒，加水制成消化液，然后通入二氧化碳反應，在PH值為6. 5?8停 止反應，然后回收碳化液底部的沉淀物，該沉淀物即為富磷物，以此達到回收磷的目的。但 以上方法只能將磷尾礦中的磷分離出來，鈣、鎂、硅等礦物在消化廢液中沒有有效利用，并 且會造成二次污染，而且此方法需要消耗大量水資源。
[0004] 植生基材技術是應用于邊坡生態防護工程中的一種新型技術，是由我國廣大學者 和工程人員在吸取國外研究成果和工程經驗的基礎上，針對我國巖質邊坡地區開發出來的 一種適應性較強的邊坡植被恢復技術。該技術將膠結材料、植生基材、添加劑與植物種子均 勻混合噴射到邊坡坡面，形成植物生長的基層，發揮其對邊坡防護與綠化的功能。
[0005] 傳統的植生基材為植生型多孔混凝土表面上的一薄層栽培介質和孔隙內的填充 材料，一般由草炭土、普通土壤按比例拌和而成，營養成分與施播的種子置于此介質中，成 為利于植物種子萌芽生長的初始環境，孔隙內蓄容的水分和養料，利于苗根須通過并扎根 至混凝土底下適于植物生長的邊坡土壤中，然而鋪設多孔混凝土的成本高，施工困難。而且 植生基材中加入水泥會使基材自身的堿度上升，不利于大部分植物的生長。研究開發新型 植生基材是非常有意義的課題。
[0006] 因為磷尾礦是一種瘠性尾礦，被雨水沖刷后易流失，而且其中磷元素很難在自然 條件下分解出來被植物所吸收，因此至今未見利用磷尾礦制備植生基材的相關研究報道。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種利用反 浮選磷尾礦生產的植生基材及其制備方法，該方法不僅能夠實現反浮選磷尾礦的廢物利 用，而且充分其中所含的植物生長所必需的磷元素，制備出利于大部分植物生長的植生基 材。
[0008] 本發明植生基材的技術方案是：
[0009] 該植生基材用于巖質邊坡上，其包括活性磷尾礦、土壤和水，其中活性磷尾礦由反 浮選磷尾礦煅燒制得，活性磷尾礦與土壤的質量比為1 :3?3:1，水的質量為活性磷尾礦和 土壤總量的20?25%，所述活性磷尾礦、土壤和水攪拌均勻后再陳腐，并噴射在巖質邊坡 上得到植生基材。
[0010] 優選的是，所述土壤為園林種植土和腐殖土的混合物，其中園林土與腐殖土的質 量比為4:1。本發明對于土壤的選擇并無嚴苛的限制，但優選為保水性能好，肥性高的土壤， 在實際生產中土壤可以就地取材。
[0011] 優選的是，所述土壤的粒度范圍為1?3_。這樣的土壤不會板結，更易與活性選 磷尾礦混合。
[0012] 為了提高植生基材中活性磷尾礦中磷的活性以及植生基材前期的抗沖刷強度，上 述植生基材中所述活性磷尾礦優選在800?1200°C煅燒加工后的反浮選磷尾礦，煅燒后 將其篩分，取粒徑>50目部分作為活性磷尾礦使用。在800?1200攝氏度下進行煅燒都 可以讓反浮選磷尾礦轉化為活性磷尾礦，煅燒時間一般不低于1小時，若煅燒溫度很高，達 1KKTC以上，煅燒時間可以適當減少，但不能低于0. 5小時。
[0013] 進一步地，所述植生基材還包括硅灰或硅藻土或兩者按任意配比的混合物，硅灰 或硅藻土或兩者按任意配比的混合物的添加質量 < 活性磷尾礦質量的15%。硅灰可增加活 性磷尾礦的活性。
[0014] 進一步地，所述植生基材還包括活化劑，活化劑為無水硫酸鈉、鋁酸鈉、水玻璃中 的一種或多種按任意配比的混合物，活化劑的添加質量<硅灰質量的5%。活化劑可促進活 性磷尾礦中氧化鈣與二氧化硅的反應，并降低植生基材的pH值。
[0015] 進一步地，所述植生基材還包括磷石膏和磷渣，所述磷石膏的添加質量<所述植 生基材中活性磷尾礦和土壤質量的12. 5%，所述磷渣的添加質量<所述植生基材中活性磷 尾礦和土壤質量的12. 5%。優選的是，所述磷石膏的添加質量<所述植生基材中活性磷 尾礦和土壤質量的10%，所述磷渣的添加質量 < 所述植生基材中活性磷尾礦和土壤質量的 10%。
[0016] 進一步地，所述植生基材還包括珍珠巖，所述珍珠巖的添加質量<所述植生基材 中活性磷尾礦和土壤質量的6. 25%，優選的是5%。
[0017] 按上述方案，所述活性磷尾礦的制備為：將反浮選磷尾礦在800?1200°C下煅燒， 篩分，得到粒徑>50目活性磷尾礦。
[0018] 本發明植生基材的制備方法包括以下步驟：
[0019] (1)將所述反浮選磷尾礦在800?1200°C下煅燒，粉碎后過篩，所得顆粒即為活性 磷尾礦；
[0020] (2)按活性磷尾礦與土壤的質量比為1 :3?3:1，水的質量為活性磷尾礦和土壤總 量的20?25%，選取活性磷尾礦、土壤和水；將步驟（1)所得活性磷尾礦和土壤混合攪拌 均勻，然后加入稱量好的水，濕混攪拌均勻后得到混合物料，再將所得混合物料陳腐；
[0021] (3)將陳腐處理后的混合物料直接噴射在巖質邊坡上，保持相對濕度> 50%的條 件養護7?14天，即得到利用反浮選磷尾礦生產的植生基材。
[0022] 優選的是，步驟（1)所述活性磷尾礦粒徑大于等于50目。在800?1200攝氏度 下進行煅燒都可以讓反浮選磷尾礦轉化為活性磷尾礦，煅燒時間一般不低于1小時，若煅 燒溫度很高，例如ll〇〇°C以上，煅燒時間可以適當減少，但不能低于0. 5小時。
[0023] 進一步地，步驟（2)所述混合物料中還包括硅灰或硅藻土或兩者按任意配比的混 合物，娃灰或娃藻土或兩者按任意配比的混合物的添加質量 < 活性磷尾礦質量的15 %。
[0024] 進一步地，步驟（2)所述混合物料中還包括活化劑，活化劑為無水硫酸鈉、鋁酸 鈉、水玻璃中的一種或多種按任意配比的混合物，活化劑的添加質量<硅灰質量的5 %。
[0025] 進一步地，步驟（2)所述混合物料中還包括磷石膏和磷渣，所述磷石膏的添加質 量<所述植生基材中活性磷尾礦和土壤質量的12. 5%，所述磷渣的添加質量<所述植生基 材中活性磷尾礦和土壤質量的12.5%。優選的是，所述磷石膏的添加質量<所述植生基材 中活性磷尾礦和土壤質量的10%，所述磷渣的添加質量 < 所述植生基材中活性磷尾礦和土 壤質量的10%。
[0026] 進一步地，步驟（2)所述混合物料中還包括珍珠巖，所述珍珠巖的添加質量<所 述植生基材中活性磷尾礦和土壤質量的6. 25%，優選的是5%。
[0027] 優選的是，將步驟（3)陳腐好的物料直接噴射在巖質邊坡上，在自然條件下，相對 濕度彡80%的條件下養護7?8天，即得到了利用浮選磷尾礦制備的植生基材。
[0028] 在步驟（3)養護好的植生基材上再鋪一層混有種子的物料即可進行植物的種植。
[0029] 進一步地，步驟（2)所述混合物料中還包括肥料，肥料的添加質量<所述植生基 材中活性磷尾礦和土壤質量的1%。
[0030] 所述的反浮選磷礦尾礦是采用反浮選工藝富集磷之后殘留的工業廢渣。
[0031] 本發明的有益效果在于：
[0032] 1、本發明所述植生基材以反浮選磷尾礦、土壤為主要原料，可以大量消耗磷尾礦， 減輕了環境壓力，并且制備的植生基材具有成本低、肥力足的優點；
[0033] 2、本發明所述植生基材施工時可直接噴射在巖質邊坡表面，通過內部物質間的反 應（煅燒后磷尾礦中的白云石分解成氧化鎂和氧化鈣，與硅灰或硅藻土中二氧化硅反應生 成硅酸鹽化合物，隨著氧化鎂和氧化鈣的反應，植生基材的堿度會逐漸降低，強度也會提 高）就可提供高強度，給植生基材提供一定的抗沖刷能力，不需要鋪設多孔植被混凝土，施 工程序簡單，節約大量成本；
[0034] 3、本發明所述植生基材施工后隨著植生基材內反應進行，基材內部堿度會逐漸降 低，同時種植植物之后植物根系分泌出的腐殖酸會使氟磷酸鈣分解成可供植物吸收的磷元 素，有利于植物生長，使得植生基材發揮更好的效果；
[0035] 4、反浮選磷尾礦中含有一定量的P205，但因尾礦主要成分是白云石，會優先與植 物根系分泌的酸反應，因而尾礦中的P2〇5實際上對植物沒有肥效或肥效很低。通過本發明 提出的煅燒一蒸養工藝，改變了尾礦的物相組成，鎂、鈣生成了比磷灰石更難溶的水化硅酸 鹽，從而使其中的P 2〇5能夠被植物直接吸收。將如此處理后的磷尾礦與土壤混合，就得到了 植生基材。這一發明可充分利用磷尾礦，特別是在礦山復墾和當地的農業生產中具有廣闊 應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發明實施例6?35利用磷尾礦制備植生基材的工藝流程圖；
[0037] 圖2為實施例1?5反浮選磷尾礦煅燒后的產物的XRD衍射圖；
[0038] 圖3為實施例20所制備的植生基材的X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0039] 為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明作進 一步詳細描述。
[0040] 本發明實施例所用磷尾礦取自云南磷化集團晉寧磷礦小麥地尾礦壩，磷渣取自云 南磷化集團晉寧黃磷廠生產黃磷所產生的磷渣，所用磷石膏取自云南磷化集團晉寧磷礦， 此處僅對磷尾礦、磷渣和磷石膏的來源進行說明，不構成對本發明限制，其它地區的此類磷 礦廢料也可以實現本發明。
[0041] 以下實施例中，所用活化劑無水硫酸鈉純度為分析純，市購，所用水為自來水。
[0042] 以下實施例1?10中，磷尾礦（反浮選磷尾礦）經900°C煅燒，篩分后取粒度彡50 目的顆粒，得到活性磷尾礦。
[0043] 實施例1?5
[0044] 將反浮選磷尾礦在900°C煅燒，煅燒產物的XRD衍射圖見圖2,反浮選磷尾礦中主 要成分為白云石、以及以膠磷礦形式存在的磷灰石和石英質礦物，高溫煅燒后，白云石分解 成氧化鈣、氧化鎂，同時也提高了石英質礦物的活性。煅燒后得到的活性磷尾礦與土壤干混 均勻后，再與水進行濕混（配比見表1)，經過陳腐，最后噴射到巖質邊坡制成植生基材。
[0045] 為了描述簡便，在以下描述中對于磷尾礦無特殊說明情況下均指反浮選磷尾礦， 活性磷尾礦指煅燒后的反浮選磷尾礦，以下描述中百分數都為質量百分比。
[0046] 表 1
[0047]
【權利要求】
1. 一種利用反浮選磷尾礦生產的植生基材，該植生基材用于巖質邊坡上，其特征在于 包括活性磷尾礦、土壤和水，其中活性磷尾礦由反浮選磷尾礦煅燒后制得；活性磷尾礦與土 壤的質量比為1 :3?3:1,水的質量為活性磷尾礦和土壤總量的20?25%,所述活性磷尾 礦、土壤攪拌均勻后再加入水進行攪拌，均勻后陳腐，并噴射在巖質邊坡上得到植生基材。
2. 根據權利要求1所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材，其特征在于所述土壤為 園林土和腐殖土的混合物，其中園林土與腐殖土的質量比為4:1。
3. 根據權利要求1或2所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材，其特征在于所述土 壤的粒度范圍為1?3mm。
4. 根據權利要求1所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材，其特征在于所述植生基 材還包括硅灰或硅藻土或兩者按任意配比的混合物，硅灰或硅藻土或兩者按任意配比的混 合物的添加質量< 活性磷尾礦質量的15%。
5. 根據權利要求1所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材，其特征在于所述植生基 材還包括活化劑，活化劑為無水硫酸鈉、鋁酸鈉、水玻璃中的一種或多種按任意配比的混合 物，活化劑的添加質量<娃灰質量的5%。
6. 根據權利要求1或4或5所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材，其特征在于所 述植生基材還包括磷石膏和磷渣，所述磷石膏的添加質量 < 所述植生基材中活性磷尾礦和 土壤質量的10%，所述磷渣的添加質量 < 所述植生基材中活性磷尾礦和土壤質量的10%。
7. 根據權利要求1或4或5或6所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材，其特征在 于所述植生基材還包括珍珠巖，所述珍珠巖的添加質量 < 所述植生基材中活性磷尾礦和土 壤質量的5%。
8. 根據權利要求1所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材，其特征在于，活性磷尾 礦的制備為：將反浮選磷尾礦在800?1200°C下煅燒，篩分，得到粒徑> 50目的活性磷尾 礦。
9. 一種利用反浮選磷尾礦生產的植生基材的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 將所述反浮選磷尾礦在800?1200°C下煅燒，煅燒后所得顆粒即為活性磷尾礦； (2) 按活性磷尾礦與土壤的質量比為1 :3?3:1，水的質量為活性磷尾礦和土壤總量的 20?25%，選取活性磷尾礦、土壤和水；將步驟（1)所得活性磷尾礦和土壤混合攪拌均勻， 然后加入稱量好的水，濕混攪拌均勻后得到混合物料，再將所得混合物料陳腐； (3) 將陳腐處理后的混合物料直接噴射在巖質邊坡上，保持相對濕度> 50%的條件養 護7?14天，即得到利用反浮選磷尾礦生產的植生基材。
10. 根據權利要求9所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材的制備方法，其特征在 于：步驟（1)所述活性磷尾礦粒徑> 50目。
11. 根據權利要求9所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材的制備方法，其特征在 于：步驟（2)所述混合物料中還包括硅灰或硅藻土或兩者按任意配比的混合物，硅灰或硅 藻土或兩者按任意配比的混合物的添加質量< 活性磷尾礦質量的15%。
12. 根據權利要求9或11所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材的制備方法，其特 征在于：步驟（2)所述混合物料中還包括活化劑，活化劑為無水硫酸鈉、鋁酸鈉、水玻璃中 的一種或多種按任意配比的混合物，活化劑的添加質量<硅灰質量的5%。
13. 根據權利要求9所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材的制備方法，其特征在 于：步驟（2)所述混合物料中還包括磷石膏和磷渣，所述磷石膏的添加質量<所述植生基 材中活性磷尾礦和土壤質量的10%，所述磷渣的添加質量 <所述植生基材中活性磷尾礦和 土壤質量的10%。
14. 根據權利要求9所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材的制備方法，其特征在 于：步驟（2)所述混合物料中還包括珍珠巖，所述珍珠巖的添加質量<所述植生基材中活 性磷尾礦和土壤質量的5%。
15. 根據權利要求9所述的利用反浮選磷尾礦生產的植生基材的制備方法，其特征在 于：步驟（2)所述混合物料中還包括肥料，肥料的添加質量<所述植生基材中活性磷尾礦 和土壤質量的1%。
【文檔編號】C05G3/00GK104109050SQ201410288830
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】曹宏, 薛俊, 吳庭, 羅麗, 李先福, 賴小瑩, 張暉, 何賓賓 申請人:武漢工程大學, 云南磷化集團有限公司