一种金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复的方法
技术领域
本发明涉及矿山废弃地生态修复技术领域，涉及金属矿山排土场
（废石场）、堆浸场等特殊立地条件的生态修复，具体涉及一种金属
硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复的方法。
背景技术
金属矿山以硫化物赋存于矿物中的比例很大，尤其是铜、铅、锌
等金属矿床，约相当于各类矿物种类总量的75%。我国金属矿贫矿多、
富矿少，多金属矿多、单一矿种少，金属品位极低、矿物采剥比大，
产生大量的固体废弃物。有色金属硫化物矿山每采山1吨矿石平均约
产生1.25吨废石，近几年有色金属矿山大约需要排放废石1.3～1.4亿
吨/a；每选1吨矿石平均约产出0.92吨尾砂，尾矿每年将增加约1.1亿
吨，尾矿综合利用率不足10%。金属矿山积存的尾砂、废石己数十亿
吨，占用了大量的农田土地，而矿山的污染范围一般为其占地面积的
10倍。固体废物是环境污染的重要来源，其离子溶出是固体废物堆放
中雨水淋滤等作用下的普遍现象和最主要的化学变化之一，也是固体
废物污染环境的重要前提条件。
金属硫化矿固废堆场表层多为碎石、渣土，结构松散，稳定性差，
更重要的是在露天堆置条件下，这类矿山废弃物中残存含量相当高的
硫化物，易被空气中的氧所氧化，遇降雨和水，形成强烈的酸性水，
并挟带大量的重金属离子。有的金属硫化矿固废堆场数十年仍呈强烈
酸性，地表寸草不生，建立植被困难，有的甚至污染并影响到矿区周
围的地表水、地下水以及土壤，造成了恶劣的环境影响。
现有硫化矿固废堆的隔离方法有：
CN201010286979.5（公开号为CN101974911A）提供一种酸性废
石场边坡生态修复方法，其包括如下步骤：整理坡面、铺设复合隔离
层、铺设生态棒、铺设塑料双向土工格栅、喷播基材层、种子层。其
中土壤改良层由石灰、植壤土、粘合剂组成，基材层由基质、植壤土
和珍珠岩组成，种子层包括基质、植壤土、保水层、粘合剂、有机复
合肥和植物种子。但是该方法在修复边坡时，效果不甚理想。
因此，本发明在现有技术上进行了改进，得到了本发明。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种对无植生条
件的金属硫化矿固废堆场进行污染防治与植被恢复的方法。
本发明提供一种金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复的方
法，该方法包括以下步骤：该方法包括以下步骤：堆场边坡稳定化
处理、铺设双向土工格栅、修建堆场坡面截水沟、喷射酸性改良层、
铺设柔性隔离层、铺设生态棒、铺设双向土工格栅、喷射基材层、
喷射种子层和铺设保护层。
上述方法中：
所述酸性改良层由壤土、石灰和粘合剂组成，其中壤土与石灰
按照体积比为（15～20）:1，粘合剂以单位面积来确定用量，具体用
量为10～15g/m2；铺设厚度为2-5cm，优选为2-3cm。
所述柔性隔离层为钠基膨润土防水毯，优选规格为4500g/m2，
可以市售购买。
所述生态棒由高分子聚丙烯材料制成，生态棒铺设的纵向间距
优选为1.5～2.0m，采用锚杆方式固定；生态棒可以市售购买。
所述基材层由绿化基质、壤土、保水剂和粘合剂组成，其中绿
化基质与壤土按照体积比为（2～3）:（7～8），粘合剂和保水剂均以
单位面积来确定用量，粘合剂10～15g/m2、保水剂15～20g/m2；基材
层的厚度为10-15cm，优选为10-12cm。
所述种子层由绿化基质、壤土、保水剂、粘合剂和植物种子组
成，其中绿化基质与壤土按照体积比为（3～4）：（6～7），其他组
分均以单位面积来确定用量，具体为粘合剂8～10g/m2、保水剂
12～15g/m2、植物种子20～25g/m2；种子层厚度为2-5cm，优选为
3-4cm。
所述保护层是由水稻秸秆为原料经过简易的草帘机编织组成的
草帘，厚度优选为0.5-1.5cm。
上述各层中：
所述壤土指土壤颗粒组成中黏粒、粉粒、砂粒含量适中的土壤
质地介于黏土和砂土之间。
所述绿化基质为牛粪、发酵菌种剂和作物秸秆中的一种或多种
发酵而成。可从市场直接购买。
所述保水剂为一种人工合成的具有超强吸水保水和释放能力的
高分子聚合物，称SAP，主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚
体，可从市场直接购买。
所述粘合剂是由高分子聚丙烯酰胺（PAM）聚合而成的一种水
溶性有机类土壤调理剂，属于人工合成的高分子长链聚合物，可从
市场直接购买。所述植物种子采用乡土适生乔灌木为主、草本植物
为辅，乔灌木种子占总重量80-90%，草本植物种子占总重量10-20%。
具体的，本发明提供的金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢
复的方法，包括以下步骤：
（1）堆场边坡稳定化处理：清除坡面浮石、消除坡面落石隐患；
对堆场局部进行削坡减载，按照不大于自然安息角的坡度降低坡度；
（2）边坡铺设双向土工格栅：在步骤（1）所述堆场坡面铺设
塑料双向土工格栅，使塑料双向土工格栅覆盖整个坡面；
（3）修建堆场坡面截水沟：在步骤（2）所述堆场坡面外缘修
建截水沟；
（4）酸性改良层的喷射：在步骤（3）后喷射酸性改良层，形
成堆场酸性改良覆盖层；
（5）铺设柔性隔离层：在步骤（4）形成酸性改良层的堆场上
铺设柔性隔离材料，形成堆场的柔性隔离层，并采用锚杆方式固定
在坡面上；
（6）铺设生态棒：在步骤（5）形成柔性隔离层的堆场坡面上
铺设生态棒，并采用锚杆方式固定；
（7）铺设双向土工格栅：步骤（6）后铺设双向土工格栅，并
采用锚杆方式固定；
（8）基材层的喷射：步骤（7）后喷射基材层，使喷播基材覆
盖整个生态棒和双向土工格栅的外表面；
（9）种子层的喷射：步骤（8）后进行种子层的喷射，使种子
层覆盖整个基材层；
（10）铺设保护层：步骤（9）后铺设保护层，使保护层覆盖整
个种子层，并采用锚杆方式固定。
其中，步骤（2）和（7）中，所述土工格栅优选为SS20型双向
土工格栅，其由不可降解塑料材料制成，如聚丙烯类纤维、聚酰胺
或锦纶等；土工格栅的网孔尺寸优选为4cm×4cm。
还可以在步骤8）后增加（9）修建柔性坡面排水沟，具体操作
为：在步骤（8）后在利用生态棒在坡面上修建横、纵向排水沟，截
排水沟相互连通组成排水系统。其中横向间距为2-5m，纵向间距为
5-10m。
本发明中，所述保护层，主要由水稻秸秆制成，覆盖在种子层
之上，起到保水、保墒、保温、防止降雨冲刷等作用，为植物发芽
创造良好的环境。其他具有上述功能的覆盖材料也可以采用，效果
以本申请采用的为优。
本发明提供的方法具有以下优点：
1、本发明提供的金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复方法，
通过构建酸性改良层中和H+，结合柔性隔离层和植被恢复阻止H2O、
O2与固废的接触，可以有效阻止固废中硫化矿物氧化，从而防止废水
酸化及重金属离子的浸出。本方法不仅能够有效的减少金属硫化矿固
废堆场许多污染物的环境污染问题，而且能够增加绿植面积，营造良
好的生态环境。
2、本发明提供的方法中：步骤（2）边坡铺设双向土工格栅可以
保证堆场边坡的稳定性并通过锚杆将其固定在坡面上，其中本发明提
供的土工格栅具有很好的柔韧性和抗拉强度，在工程技术中起到加筋
作用；
步骤（3）修建堆场坡面截水沟：是为了实现雨水的清污分流；
所述酸性改良层包括壤土、石灰和粘合剂，土壤改良层通过石灰
中和作用在初期起到了很好的改良酸性废石的问题，在一定程度上为
植物的后期生长提供良好的土壤环境；
步骤（5）中，所述柔性隔离层为钠基膨润土防水毯，通过铺设
钠基膨润土防水毯，有效阻止未来由土壤毛管作用将底层H+上移至表
土引起土壤酸性问题；
步骤（6）和（9）中，所述生态棒由高分子聚丙烯材料制成，耐
腐蚀性强，能有效保证基材长期稳定和合理的厚度；
所述土壤保水剂。它具有电离性基团羧基结构的高吸水性有机分
子，对水有强烈的缔合作用；同时可使土壤形成团粒多孔结构、松软
透气，既保证植物需求，又可增加粘土的通透性和沙土的持水力。
通过有效的污染防治措施，减少和降低了酸性废水的产生及毒重
金属的释出，使环境污染降低到最小值，同时进行生态修复、营造生
态景观，保证了边坡的结构和稳定性，防止了水土流失，以及造成的
对环境的污染。
附图说明
图1是金属硫化矿固废堆场污染防治与植被恢复方法的截面示意
图，其中：
1-金属硫化矿固废堆场坡体；2-双向土工格栅；3-酸性改良层；
4-钠基膨润土防水毯；5-锚杆；6-生态棒；7-基材层；8-种子层；9-
保护层。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
所述保水剂主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体，型号为
法国爱森MP3500KM；
所述粘合剂是一种由高分子聚丙烯酰胺（PAM）聚合而成的一
种水溶性有机类土壤调理剂，属于人工合成的高分子长链聚合物，
型号为法国爱森的A30。
所述绿化基质购自产品购自江苏绿之源生态建设有限公司。
所述柔性隔离层为钠基膨润土防水毯，规格为4500g/m2，购自
德州东方土工材料股份有限公司。
实施例1
江西省德兴市，江西铜业股份有限公司德兴铜矿水龙山废石堆场
A试验区，坡面松散程度较高，且废石含有硫化矿物，没有土层；废
石pH值为3.0左右，酸度高，严重制约了植物的正常生长。
依次进行以下步骤：
1）制备酸性改良层：将壤土、石灰和粘合剂进行均匀混合，其
中，壤土与石灰按照体积比为15:1的比例进行混合，粘合剂以待喷播
的单位面积计算，具体用量为粘合剂10g/m2。
2）制备基材层：将绿化基质、壤土、保水剂和粘合剂进行均匀
混合，其中，绿化基质与壤土按照体积比为2:8的比例进行混合，保
水剂和粘合剂以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂10g/m2、
保水剂15g/m2。
3）制备种子层：将绿化基质、壤土、保水剂、粘合剂和植物种
子进行均匀混合，其中，绿化基质与壤土按照体积比为3:7的比例进
行混合，保水剂、粘合剂和植物种子以待喷播的单位面积计算，具体
用量为粘合剂8g/m2、保水剂12g/m2、植物种子20g/m2。
4）种子选择：植物种子采用乡土适生乔灌木为主、草本植物为
辅，如马棘、百喜草、高羊茅、盐肤木、胡枝子、银合欢、紫穗槐、
刺槐、波斯菊组合，乔灌木种子占80%、草本植物种子占20%。
再进行如下操作：
1）堆场边坡稳定化处理：清除坡面浮石、消除坡面落石隐患；
对堆场局部进行削坡减载。
2）边坡铺设双向土工格栅：在步骤1）所述堆场坡面铺设双向土
工格栅，铺设间距为2.0m，并通过锚杆将固定在坡面上。
3）修建堆场坡面截水沟：在步骤2）所述堆场坡面外缘修建截水
沟，实现雨水的清污分流。
4）酸性改良层的喷射：在步骤3）后喷射上述酸性改良层，形成
堆场酸性改良覆盖层。
5）铺设柔性隔离层：在步骤4）后铺设柔性隔离材料，并采用锚
杆方式固定在坡面上。
6）生态棒的铺设：将生态棒呈等高线铺设在柔性隔离层上，生
态棒铺设的纵向间距为1.5m，采用锚杆方式固定。
7）铺设双向土工格栅：步骤（6）后铺设双向土工格栅，并采用
锚杆方式固定；
8）基材层的喷射：利用干喷机将上述基材层喷射到整个坡体、
生态棒和双向土工格栅的外表面，基材层的喷射厚度为10cm。
9）种子层的喷射：待基层材基本凝固后，利用干喷机将上述种
子层喷射到基材层上，种子层的喷射厚度为3cm。
10）铺设保护层：通过铺设保护层全面覆盖种子层的外表面。
实施1年后，堆场植被盖度达到90%以上，灌木生长高度达到
1.0m，植被整体生长状况良好，灌木植物分布均匀。2年后，堆场植
被生长旺盛，植被覆盖度达到95%以上，灌木植被生长旺盛，平均高
度达到1.5m左右，坡面呈现出以木本植物为主的乔灌草防护结构。
实施例2
江西省德兴市，江西铜业股份有限公司德兴铜矿水龙山废石堆场
A试验区，坡面松散程度较高，且废石含有硫化矿物，没有土层；废
石pH值为3.0左右，酸度高，严重制约了植物的正常生长。依次进行
以下步骤（结合图1所示的边坡结构示意图）：
1）制备酸性改良层：将壤土、石灰和粘合剂进行均匀混合，其
中，壤土与石灰按照体积比为20:1的比例进行混合，粘合剂以待喷播
的单位面积计算，具体用量为粘合剂15g/m2。
2）制备基材层：将绿化基质、壤土、保水剂和粘合剂进行均匀
混合，其中，绿化基质与壤土按照体积比为3:7的比例进行混合，保
水剂和粘合剂以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂15g/m2、
保水剂20g/m2。
3）制备种子层：将绿化基质、壤土、保水剂、粘合剂和植物种
子进行均匀混合，其中，绿化基质与壤土按照体积比为4:6的比例进
行混合，保水剂、粘合剂和植物种子以待喷播的单位面积计算，具体
用量为粘合剂10g/m2、保水剂15g/m2、植物种子25g/m2。
4）种子选择：植物种子采用乡土适生乔灌木为主、草本植物为
辅，如马棘、百喜草、高羊茅、盐肤木、胡枝子、银合欢、紫穗槐、
刺槐、波斯菊组合，乔灌木占90%，草本植物占10%。
再进行如下操作：
1）堆场边坡稳定化处理：清除坡面浮石、消除坡面落石隐患；
对堆场局部进行削坡减载。
2）边坡铺设双向土工格栅：在步骤1）所述堆场坡面铺设双向土
工格栅，并通过锚杆将固定在坡面上。
3）修建堆场坡面截水沟：在步骤2）所述堆场坡面外缘修建截水
沟，实现雨水的清污分流。
4）酸性改良层的喷射：在步骤3）后喷射上述酸性改良层，形成
堆场酸性改良覆盖层。
5）铺设柔性隔离层：在步骤4）后铺设柔性隔离材料，并采用锚
杆方式固定在坡面上。
6）生态棒的铺设：将生态棒呈等高线铺设在柔性隔离层上，生
态棒铺设的纵向间距为2.0m，采用锚杆方式固定。
7）铺设双向土工格栅：步骤6）后铺设双向土工格栅，并采用锚
杆方式固定；
8）基材层的喷射：利用干喷机将上述基材层喷射到整个坡体、
生态棒和双向土工格栅的外表面，基材层的喷射厚度为12cm。
9）修建柔性坡面排水沟：在步骤8）后在利用生态棒在坡面上修
建横、纵向排水沟，横向为3m，纵向5m，截排水沟相互连通组成排
水系统。
10）种子层的喷射：待基层材基本凝固后，利用干喷机将上述种
子层喷射到基材层上，种子层的喷射厚度为4cm。
11）铺设保护层：通过铺设保护层全面覆盖种子层的外表面。
实施2年后，堆场植被盖度达到95％以上，灌木生长高度达到
1.5m左右，植被整体生长状况良好，各类灌木分布均匀，坡面呈现出
以木本植物为主的乔灌草立体防护结构。灌木植物根系已正常穿透柔
性隔离层，且生长良好，未对植被根系生长造成影响，调查发现已有
周边乡土树种落种并生长的幼苗，整体植被恢复效果显著。
对比例：（采用ZL201010286979.5的实施例1的方法）
对一个2000m2的酸性废石场边坡进行生态修复，依次进行以下
步骤：
（1）制作土壤改良层：将石灰、植壤土以及粘合剂进行均匀混
合，其中，石灰和植壤土的用量按照按体积比为1:10，粘合剂用量
依据待喷播的单位面积计算，具体用量为10g/m2。
（2）制作基材层：将基质、植壤土、珍珠岩、保水剂、粘合剂
以及有机复合肥进行均匀混合，其中，基质、植壤土、珍珠岩的用
量按照体积比为2:7:1，保水剂、粘合剂以及有机复合肥用量依据待
喷播的单位面积计算，具体用量为粘合剂10g/m2、保水剂15g/m2以
及有机复合肥20g/m2。
（3）制作种子层：将基质、植壤土、保水剂、粘合剂、有机复
合肥、植物种子进行均匀混合，其中，基质和植壤土的用量按照体
积比为3:7，其他组分均以待喷播的单位面积计算，具体用量为粘合
剂8g/m2、保水剂15g/m2、有机复合肥用量10g/m2，植物种子15g/m2。
再进行如下操作：
1）坡面整理：将坡体1表面上的浮石清除，适度平整坡面；
2）复合隔离层的铺设：首先将塑料双向土工格栅2铺设在坡体
1的坡面上，然后用锚杆5将塑料双向土工格栅2固定在坡体1的坡
面上；然后将土壤改良层3用喷播机喷射到塑料双向土工格栅2的
表面上，土壤改良层3的喷射厚度为2cm，强度为0.3MPa；最后铺
设聚乙烯排水板4，并通过锚杆5将聚乙烯排水板4固定在坡体1
的坡面上。
5）、生态棒的铺设：将生态棒6呈等高线铺设在聚乙烯排水板4
上，纵向间距为1.5m，通过锚杆5进行固定；
6）、塑料双向土工格栅二次铺设：将塑料双向土工格栅2进行
二次铺设，使塑料双向土工格栅2覆盖整个坡面，通过锚杆5将塑
料双向土工格栅2固定；
7）、基材层的喷播：利用干喷机将基材层7喷射到整个坡面1
和生态棒6的外表面，基材层7的喷射厚度为15cm，强度为0.5MPa；
◇种子层的喷播：利用干喷机将种子层8喷射到整个基材层7，
种子层8的喷射厚度为3cm，强度为0.2MPa；
喷播结束后，可采用草帘或无纺布覆盖在喷播完的坡体1的坡
面上，既可以保墒，也能防止暴风雨的冲刷，同时也便于植物出苗。
经过3年的案例分析表明，与ZL201010286979.5-酸性废石场边坡
生态修复方法（即对比例）相比，本发明通过柔性隔离层钠基膨润土
防水毯减少了H2O、O2与固废堆的接触面，有效阻止固废中硫化矿物
氧化，从源头上阻隔、抑制堆场酸性污染的产生。同时钠基膨润土防
水毯能起到储水袋的功能，为后期植被生长提供水分。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发
明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，
这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神
的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。