一种用于生态修复的矿渣土壤基质的制备方法及设备与流程

1.本发明涉及技术领域，尤其是涉及一种用于生态修复的矿渣土壤基质的制备方法及设备。


背景技术：

2.随着经济的发展，人民物质需求日益提高，为了开采更多资源而造成大量的矿山土地失去其生态功效，导致矿山片区的生态系统遭到严重破坏，如不加以修复治理，则容易诱发更多的生态环境问题和地质问题。
3.生态修复是指对通过人工措施干预，依靠生态系统的自我调节能力与自组织能力使其向生态系统稳定的方向进行，主要指致力于那些在自然突变和人类活动活动影响下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建工作。生态修复内容包括土壤基质性能恢复、微生物多样性恢复、植被多样性恢复和动物多样性恢复等方面。而土壤基质性能恢复则是其最关键的一步，也是打基础的一步，肥沃的土壤则可以孕育丰富的微生物和植物，为动物栖息提供基础的环境。目前国内多数废弃矿山存在“寸草不生”的现象，其根本原因就是矿区土地贫瘠化，植物失去了生长所需的土壤基层条件。
4.国内大多数的土壤基质采用粘土、黄泥、自来水厂污泥等作为主要成分，这些方法各有不足，如专利号为cn107446583b的技术方案，利用粘土做基质，但是会大大的消耗粘土资源。随着国家对粘土资源的日益重视，粘土资源的开采和使用将得到更加严格的限制，价格也会日益增高。以自来水厂污泥做基质如专利cn102515901a公开的技术方案，由于污泥主要含有铁铝化合物，污泥做的土壤基质的肥效低，微生物和植被的生长效果差，生态修复效果一般，且自来水厂污泥含有大量病原体等有害微生物，处理不当容易造成疾病传播和危害矿区其他生物。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对以上问题，提供一种用于生态修复的矿渣土壤基质的制备方法及设备，采用废弃矿渣作为基质主要成分，利用矿渣本身含有较丰富的钙、镁、铜等微量元素，同时利用发电厂废弃物粉煤灰，为土壤基质提供了一定的硅元素，提高基质肥性；通过加入磷酸等物质将矿渣中的微量金属离子转化为植物易吸收的无机盐，以及加入各类菌剂，用以降解有机质形成腐殖质，使土壤肥力提高，也可以防止有害微生物生长，通过给贫瘠矿区覆盖有肥效的土壤基质，再进行植被栽育，逐步恢复矿区的自然生态风貌。同时，本发明针对生产过程中发现的矿渣研磨与秸秆粉碎等关键环节的生产效率长期难以得到提高，自动化程度较低，且最终的产品质量存在不稳定的情况，如矿渣研磨得不够细腻也不够均匀，达不到最好的使用需求，秸秆粉碎长短不一，各工序存在返工现象较普遍等情况。为此专门提出配套设计的矿渣研磨机与秸秆粉碎机，以期有效解决制备过程中的多项问题。
6.为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于生态修复的矿渣土壤基质的制备方法，包括以下步骤：
7.a、矿渣研磨：将含磷矿渣粉碎、研磨至粉末状；
8.b、秸秆粉碎：将秸秆粉碎至杆状；
9.c、物料配比：以质量计，矿渣粉40-45份，粉煤灰20份，黄土20-15份，秸秆10-15份，充分搅拌，加入磷酸、硝酸和盐酸混合液5-7份，水20份，以喷淋的方式加水，同时进行搅拌，反应2h；
10.d、调节ph：加入磷酸氢二钠5份，搅拌5分钟，调节基质ph；
11.e、加入碳酸钙：加入碳酸钙5份，搅拌混匀5分钟；
12.f、发酵：加入枯草芽孢杆菌1-3份、放线菌2-3份、菌根真菌3-5份、泾阳链霉菌3-5份、木霉菌6-10份，混合加入到基质中，喷淋65℃的水10份，搅拌5分钟，保持基质温度在60℃下发酵12h；
13.g、发酵后处理：发酵完成后，将基质自然风干，用太阳光照射风干和消毒处理，得到干化的基质，收集备用。
14.进一步的，所述步骤a中将矿渣研磨至1-3mm直径的粉末状；步骤b中将秸秆粉碎至杆长为3-5cm的杆状；步骤c中磷酸、硝酸、盐酸体积比为6:3:1。
15.另外，本发明还公布了一种用于生态修复的矿渣土壤基质的制备设备，包括矿渣研磨机、秸秆粉碎机、搅拌筒、恒温发酵反应釜，其特征在于，所述矿渣研磨机包括第一箱体，第一箱体顶部开设有矿渣进料口，第一箱体侧壁底部开设有矿渣出料口，所述矿渣进料口下方设置有成对的破碎辊，破碎辊下方设置有倾斜的第一过滤板，第一过滤板后接水平设置的第二过滤板，第二过滤板上方活动设置有压料组件，第一过滤板与第二过滤板下方均设置有下料通道，下料通道下方设置有出料板，出料板上活动设置有碾粉组件，出料板与矿渣出料口相接；所述秸秆粉碎机包括第二箱体，第二箱体一侧上部开设有秸秆进料口而另一侧的下部开设有秸秆出料口，所述秸秆进料口处设置有倾斜的辅助下料板，辅助下料板上设置有切刀盘组件，辅助下料板后接活动设置的挡料板，挡料板后接可升降的支撑板，支撑板上方设置有可升降的切刀组件，支撑板一侧设置有活动的推料板，而支撑板另一侧为秸秆出料口。
16.进一步的，所述矿渣进料口两侧对称设置有斜板；所述下料通道包括第一下料通道与第二下料通道，所述第一过滤板上设置有第一滤网，第一滤网下方与所述第一下料通道相连通，所述第二过滤板上设置有第二滤网，第二滤网下方与所述第二下料通道连通，第一下料通道与第二下料通道均为朝向出料板上方倾斜设置且两者均由挡板组成。
17.进一步的，所述压料组件包括压板，压板一侧通过第三连接杆与第一直线电机的动子相连，压板另一侧通过第二连接杆与第二限位块相连，第二限位块滑动设置于第二限位柱上，第一直线电机与第二限位柱分别设置于第一箱体两侧壁上；所述压板上设置有破碎压辊，破碎压辊通过安装框进行安装，安装框通过弹簧与第三直线电机的动子相连，第三直线电机安装于第一箱体的顶壁；所述压板上设置有推板，推板固定连接于第一箱体的侧壁上，推板位于第二滤网一旁。
18.进一步的，所述碾粉组件包括碾辊，碾辊位于倾斜的出料板上方，出料板下方两侧分别设置有第二直线电机和第一限位块组件，所述碾辊的主轴两侧与第一连接杆上的轴承相连，第一连接杆下端通过弹簧分别与第二直线电机的动子和第一限位块组件的第一限位块相连。第一限位块滑动设置于第一限位柱上。
19.进一步的，所述辅助下料板上阵列开设有条形槽；所述切刀盘组件包括转轴，转轴上阵列设置有切刀盘，各切刀盘均与条形槽位置对应。
20.进一步的，所述切刀组件设置于可升降的安装板下方，切刀组件包括交错设置的横向切刀与竖向切刀，所述安装板顶部与气缸的活塞杆底端相连，且安装板与挡料板同步相对运动。
21.进一步的，所述挡料板位于辅助下料板与支撑板之间，且挡料板通过连接带与安装板相连，连接带顶部绕过转棍设置。
22.进一步的，所述支撑板底部与竖直设置的气缸的活塞杆相连，所述推料板与支撑板垂直设置，推料板一侧与水平设置的气缸的活塞杆相连且该气缸通过支撑柱进行支撑；所述秸秆出料口处设置有出料斜板进行辅助出料。
23.本发明的有益效果：
24.本发明开发一种用于生态修复的矿渣土壤基质制备方法，不仅为含磷废弃矿渣处理提供一种方法，解决了含磷废弃矿渣的处置问题，且使含磷废弃矿渣资源化，实现了含磷废弃矿渣的经济和环境价值；
25.将粉煤灰和黄土作为基质的土壤组成部分，粉煤灰是种很好的硅肥原材料，可以为基质提供硅元素；
26.将废弃秸秆和米糠作为土壤基质的有机质组成成分，秸秆和米糠被腐解后残渣还能为微生物细菌提供生存空间，同时降低了土壤基质的密度，使基质有一定的蓬松状态，有利于空气进入基质内部；
27.将枯草芽孢杆菌加入到土壤基质，该菌对于抑制多种重要植物病原菌具有很好的效果，且加入的其他微生物菌株可以进一步补充完善基质微生物防病害体系，同时微生物细菌产生的腐殖酸和降解酶可以进一步促进植物吸收基质中的营养物质；
28.本发明方法以碳酸钙防止矿渣重金属离子对植物和微生物的毒害作用，成本低，效率高。
29.同时，本发明针对制备生产过程中的多项实际问题提出针对性的解决方案：为了解决矿渣研磨不够细腻，最终的研磨产品存在粗细不匀，研磨过程中物料的转运时间较长等问题，通过设计两级过滤板，其中第一过滤板为斜板，第一过滤板上设置有第一滤网，可将经过破碎辊破碎完的物料进行第一次过滤，较细的物料通过第一下料通道落入出料板上；第二过滤板为水平布置，第二过滤板上设置有第二滤网，第二滤网比第一滤网更加细密，第二滤网上设置有可左右移动的压板，压板上设置有可左右移动的破碎压辊，破碎压辊将未能通过第一滤网而从第一过滤板滚落到压板上的物料进行进一步的压碎，压碎后的物料当压板移动时被压板上方的推板推落从第二滤网落入第二下料通道，也进入到出料板上。而倾斜的出料板上设置有碾辊进行碾粉操作，物料在逐渐累积与滑落的过程中被碾压至粉末状，最终从矿渣出料口进行出料并被收集。
30.为了解决制备过程中采用传统的铡刀进行秸秆粉碎的质量不高，且劳动量较大等问题，通过设置倾斜的辅助下料板，在辅助下料板上阵列开设多道条形槽，在辅助下料板上方设置转轴，转轴上阵列设置有盘状的切刀，各切刀与各道条形槽位置对应，当物料从辅助下料板进行下料的同时，通过盘状切刀组件进行初步的切割成段；由于辅助下料板底部设置有挡料板可对物料进行阻挡，以便将积累的物料通过切刀进行反复的切段；随后气缸带
动安装板下移，由于安装板与挡料板之间通过连接带相连，安装板下移会带动挡料板上升，积压的物料进入到支撑板上，而安装板带动切刀组件将物料进行进一步的切割，最后支撑板下移，推料板将支撑板上切细的物料推出进入到出料通道即可。
31.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
32.图1为本发明的整体流程示意图。
33.图2为本发明的矿渣研磨机的外观示意图。
34.图3为本发明的矿渣研磨机的内部结构示意图。
35.图4为本发明的第一限位块的位置示意图。
36.图5为本发明的第一过滤板部分的示意图。
37.图6为本发明的第二滤网的位置示意图。
38.图7为本发明的碾辊的安装示意图。
39.图8为本发明的秸秆粉碎机的外观示意图。
40.图9为本发明的秸秆粉碎机的内部结构示意图。
41.图10为本发明的挡料板的安装示意图。
42.图11为本发明的辅助下料板的结构示意图。
43.图12为本发明的切刀组件的结构示意图。
44.图中所述文字标注表示为：1、第一箱体；2、斜板；3、矿渣进料口；4、矿渣出料口；5、破碎辊；6、第一过滤板；7、第一滤网；8、挡板；9、第一下料通道；10、第二下料通道；11、破碎压辊；12、第一直线电机；13、出料板；14、压板；15、第二过滤板；16、碾辊；17、第一连接杆；18、弹簧；19、第二直线电机；20、第一限位块；21、第一限位柱；22、第二滤网；23、第二限位柱；24、第二连接杆；25、第二限位块；26、驱动电机；27、第三连接杆；28、第三直线电机；29、安装架；30、第二箱体；31、秸秆进料口；32、秸秆出料口；33、出料斜板；34、辅助下料板；35、条形槽；36、切刀盘；37、转轴；38、连接带；39、转棍；40、气缸；41、安装板；42、支撑板；43、支撑柱；44、挡料板；45、推料板；46、切刀组件；47、横向切刀；48、竖向切刀。
具体实施方式
45.以下通过实施例进一步对本发明做出阐释。
46.一种用于生态修复的矿渣土壤基质的制备方法，包括以下步骤：
47.a、矿渣研磨：将含磷矿渣粉碎、研磨至粉末状；
48.b、秸秆粉碎：将秸秆粉碎至杆状；
49.c、物料配比：以质量计，矿渣粉40-45份，粉煤灰20份，黄土20-15份，秸秆10-15份，充分搅拌，加入磷酸、硝酸和盐酸混合液5-7份，水20份，以喷淋的方式加水，同时进行搅拌，反应2h；
50.d、调节ph：加入磷酸氢二钠5份，搅拌5分钟，调节基质ph；
51.e、加入碳酸钙：加入碳酸钙5份，搅拌混匀5分钟；
52.f、发酵：加入枯草芽孢杆菌1-3份、放线菌2-3份、菌根真菌3-5份、泾阳链霉菌3-5份、木霉菌6-10份，混合加入到基质中，喷淋65℃的水10份，搅拌5分钟，保持基质温度在60
℃下发酵12h；
53.g、发酵后处理：发酵完成后，将基质自然风干，用太阳光照射风干和消毒处理，得到干化的基质，收集备用。
54.优选的，所述步骤a中将矿渣研磨至1-3mm直径的粉末状；步骤b中将秸秆粉碎至杆长为3-5cm的杆状；步骤c中磷酸、硝酸、盐酸体积比为6:3:1。
55.另外，本发明还公布了一种用于生态修复的矿渣土壤基质的制备设备，包括矿渣研磨机、秸秆粉碎机、搅拌筒、恒温发酵反应釜，其特征在于，所述矿渣研磨机包括第一箱体1，第一箱体1顶部开设有矿渣进料口3，第一箱体1侧壁底部开设有矿渣出料口4，所述矿渣进料口3下方设置有成对的破碎辊5，破碎辊5下方设置有倾斜的第一过滤板6，第一过滤板6后接水平设置的第二过滤板15，第二过滤板15上方活动设置有压料组件，第一过滤板6与第二过滤板15下方均设置有下料通道，下料通道下方设置有出料板13，出料板13上活动设置有碾粉组件，出料板13与矿渣出料口4相接；所述秸秆粉碎机包括第二箱体30，第二箱体30一侧上部开设有秸秆进料口31而另一侧的下部开设有秸秆出料口32，所述秸秆进料口31处设置有倾斜的辅助下料板34，辅助下料板34上设置有切刀盘组件，辅助下料板34后接活动设置的挡料板44，挡料板44后接可升降的支撑板42，支撑板42上方设置有可升降的切刀组件46，支撑板42一侧设置有活动的推料板45，而支撑板42另一侧为秸秆出料口32。
56.优选的，请参照图2、3、4所示，所述矿渣进料口3两侧对称设置有斜板2；所述下料通道包括第一下料通道9与第二下料通道10，所述第一过滤板6上设置有第一滤网7，第一滤网7下方与所述第一下料通道9相连通，所述第二过滤板15上设置有第二滤网22，第二滤网22下方与所述第二下料通道10连通，第一下料通道9与第二下料通道10均为朝向出料板13上方倾斜设置且两者均由挡板8组成。所述压料组件包括压板14，压板14一侧通过第三连接杆27与第一直线电机12的动子相连，压板14另一侧通过第二连接杆24与第二限位块25相连，第二限位块25滑动设置于第二限位柱23上，第一直线电机12与第二限位柱23分别设置于第一箱体1两侧壁上；所述压板14上设置有破碎压辊11，破碎压辊11通过安装框29进行安装，安装框29通过弹簧18与第三直线电机28的动子相连，第三直线电机28安装于第一箱体1的顶壁；所述压板14上设置有推板，推板固定连接于第一箱体1的侧壁上，推板位于第二滤网22一旁。第一滤网7能对物料进行初次筛选，细的物料落入到出料板13上，而较粗的物料从第一过滤板上滚落进入到压板14上，通过破碎压辊11进行反复压碎，压碎后的物料从第二滤网22落入到出料板13上，再通过碾粉组件进行碾压成粉。
57.优选的，请参照图3、4所示，所述碾粉组件包括碾辊16，碾辊16位于倾斜的出料板13上方，出料板13下方两侧分别设置有第二直线电机19和第一限位块组件，所述碾辊16的主轴两侧与第一连接杆17上的轴承相连，第一连接杆17下端通过弹簧18分别与第二直线电机19的动子和第一限位块组件的第一限位块20相连。第一限位块20滑动设置于第一限位柱21上。碾辊16被弹簧18往下拉的同时被第二直线电机19带动进行位移，对物料进行更加强力的碾压，物料在倾斜的出料板上逐渐累积与滑落的过程中被碾压至粉末状，最终从矿渣出料口4进行出料并被收集。
58.优选的，请参照图8、9、10、11所示，所述辅助下料板34上阵列开设有条形槽35；所述切刀盘组件包括转轴37，转轴37上阵列设置有切刀盘36，各切刀盘36均与条形槽35位置对应。所述切刀组件46设置于可升降的安装板41下方，切刀组件46包括交错设置的横向切
刀47与竖向切刀48，所述安装板41顶部与气缸40的活塞杆底端相连，且安装板41与挡料板44同步相对运动。所述挡料板44位于辅助下料板34与支撑板42之间，且挡料板44通过连接带38与安装板41相连，连接带38顶部绕过转棍39设置。所述支撑板42底部与竖直设置的气缸40的活塞杆相连，所述推料板45与支撑板42垂直设置，推料板45一侧与水平设置的气缸40的活塞杆相连且该气缸40通过支撑柱43进行支撑；所述秸秆出料口32处设置有出料斜板33进行辅助出料。
59.本发明制备过程中秸秆粉碎工艺自动化程度高，且通过多次切割能够保证物料切得更细，避免杆状物料长短不一差距过大。其中辅助下料板上开设的条形槽配合阵列设置的切刀可将物料进行初次切割，而倾斜的辅助下料板底部设置的挡料板可对物料进行阻挡，以便切刀进行反复的切割，随后再进入到支撑板上后通过安装板带动切刀组件进行二次切割粉碎，由于切刀组件通过横向切刀与竖向切刀组成格子状，能够将杆状物料切得更细更均匀，以便后续的使用。
60.本发明制备方法的机理：本发明采用含磷废弃矿渣为土壤基质的主要原料，通过破碎、研磨和过筛得到粉状矿渣原料，增大了基质的颗粒度；加入粉煤灰和黄土提高基质的土壤组成成分，同时也可以为基质提供硅肥，防止病虫灾害；通过加入秸秆和米糠，增加基质的有机质含量，为微生物生长和发酵提供了营养来源和生存附着场所，且秸秆和米糠具有一定的柔韧性，可以增加基质的蓬松度，有利于外界空气进入基质内部，保障基质内的微生物有一个良好的氧环境；在磷酸、硝酸和盐酸混合液作用下，矿渣中的金属离子溶出以无机盐的形式存在，且秸秆和米糠也得到一定的酸化处理，质地变柔，有利于下一步的微生物发酵，加酸反应完后，加入磷酸氢二钠，调节基质ph至6-7，加入碳酸钙降低基质的重金属毒害作用，最后按比例加入枯草芽孢杆菌、放线菌、菌根真菌、泾阳链霉菌、木霉菌，同时保证体系的温度在60℃左右，有利于高效发酵，发酵完成后，将基质风干和太阳照射消毒干化，最后完成矿渣土壤基质收集，备用。
61.综上所述，本发明的土壤基质主要采用的是含磷废弃矿渣，通过将矿渣磨粉、加酸搅拌混匀，使矿渣微量元素与酸反应以无机盐的形式存在，有利于植物吸收；以黄土和粉煤灰作为土壤成分，满足植物和微生物生长所需的土壤环境；通过加入秸秆和米糠做为土壤基质的有机质，可以有效减少秸秆焚烧等对环境造成污染，同时使得秸秆得到资源化利用；将枯草芽孢杆菌、放线菌、菌根真菌、泾阳链霉菌、木霉菌按比例配制，加入土壤基质中，可以增强土壤的有机质和速效氮含量，同时可以高效的抑制多种重要植物病原菌的效果，保障了植物根系的生长安全和防止了植物病害的发生；同时在土壤基质制作过程中，添加了少量碳酸钙，利用钙离子的拮抗作用，可以有效的降低矿渣中毒性重金属离子对土壤微生物和植物的毒害作用。
62.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
63.本文中对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本
发明的限制。