[发明专利]一种重金属矿山边坡喷播材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种重金属矿山边坡喷播材料，按质量百分比计，包括以下组分：金属稳定化剂10～15％、种植土71～80％、保水剂0.5～2％、生物炭3～5％、植物纤维1～2％、绿化添加剂3～5％；其中，所述金属稳定化剂由S95级矿粉、水泥熟料、脱硫灰和水玻璃组成。本发明提供的重金属矿山边坡喷播材料，具备强大的胶结性能，保证覆盖层结构的长期稳定性。此外，该喷播材料还能够为植物长期的生长提供充足的物理结构和营养组分，并避免重金属污染对植被生长造成的不利影响，使边坡植被恢复效果得到长期维持。本发明提供的重金属矿山边坡喷播材料的制备工艺简单、成本低、易于大规模生产及应用，与传统的重金属矿山边坡治理方法相比，能显著降低治理成本，并取得更好的防护效果。

技术领域

本发明属于环境重金属污染防护技术领域，具体涉及一种重金属矿山边坡喷播材料及其制备方法与应用。

背景技术

大规模高强度的矿产资源开发活动为国家能源安全、经济发展做出贡献的同时，也带来了严重的环境问题。重金属矿山在开采过程中，经常要开挖大量边坡，而破坏原有的植被覆盖层，导致出现大量的次生裸地，产生严重的水土流失现象，加剧了生态系统的退化，这种现象在我国北方的黄土、南方的花岗岩风化类红土等生态环境脆弱区尤为明显。另外，地质环境的扰动和长期风雨侵蚀，矿区还往往存在重金属污染扩散的风险。因此，与传统铁路、公路、水电等工程建设过程形成的边坡相比，在治理过程中除了要考虑常规的边坡地质灾害治理的基础上，还要兼顾重金属污染风险的防控。

在过去，矿山边坡修复大多仅采用植被移植复绿的简单方法，如采用撒草种、铺草皮、穴播、沟播、空心六棱砖植草、片石骨架植草、栽植树木等。然而，由于矿山边坡缺乏植被生长所需的土壤结构(一定的水分、养分、有机质等组成的团粒结构)，上述方法均无法为边坡提供长期良好的绿化效果。

近年来，随着喷播技术在我国的逐渐推广与发展，该技术已广泛应用于我国不同地区的铁路、公路及堤坝等工程的边坡防护。然而，喷播技术应用于重金属矿山边坡治理时，却无法避免重金属污染带来的不利影响，喷播层易脱落、植被长期生长状况差的不足等问题仍难以解决，从而限制了喷播技术在治理重金属矿山边坡治理中的推广与应用。

基于此，如何开发一种新的重金属矿山边坡喷播材料以解决现有的喷播材料应用于重金属矿山边坡治理过程中存在的粘结度差、覆盖层易脱落、后期维护成本高，以及边坡土壤重金属含量高导致的植被存活率低等问题，是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种与金属矿山边坡粘结度高、覆盖效果好，并能够提高边坡防护植物发芽率和存活率的重金属矿山边坡喷播材料。

本发明的目的之二，在于提供一种上述重金属矿山边坡喷播材料的制备方法。

本发明的目的之三，在于提供一种上述重金属矿山边坡喷播材料在重金属矿山边坡治理中的应用。

本发明实现目的之一采用的技术方案是：提供一种重金属矿山边坡喷播材料，按质量百分比计，所述重金属矿山边坡喷播材料包括以下组分：金属稳定化剂10～15％；种植土71～80％；保水剂0.5～2％；生物炭3～5％；植物纤维1～2％；绿化添加剂3～5％。其中，金属稳定化剂由S95级矿粉、水泥熟料、脱硫灰和水玻璃组成。

在上述组成成分中：

金属稳定化剂，基于同相-类同相机理，用于提升喷播材料的胶结性能，以提高有效喷播层的结构稳定性。特别是针对重金属污染，通过具有-Si-O-Al-O-Si结构的长链铝硅酸盐，形成结构致密的铝硅酸盐三维结构聚合物。该聚合物强度高，依靠离子交换、特定位点吸附等特性，发挥固化金属污染因子的作用。一般而言，随着金属稳定化剂含量的提高，喷播材料的抗剪切强度也不断提升。然而，当金属稳定化剂含量高于15％时，虽然喷播层的耐性和强度会进一步提升，但是会对植物生长造成一定的影响(导致植物发芽率和存活率降低)，通过喷播材料的成本也随着金属化稳定剂含量的增多而显著增加。因此，综合考虑将金属稳定化剂的控制在喷播材料总重量的10～15％为最佳。