基于复合微生物技术制备赤泥建材制品的方法与流程

1.本发明涉及一种基于复合微生物技术制备赤泥建材制品的方法，属于赤泥建材制品领域。


背景技术：

2.赤泥是氧化铝生产过程中产生的高碱性固体废弃物，因矿石品位、生产方法和技术水平的不同，每生产lt氧化铝大约要排放1.0～1.8t的赤泥。目前，我国已成为世界上最大的氧化铝生产国和赤泥产生国，赤泥年排放量超过5000万t，综合利用率仅4％，累计堆存赤泥超过3.5亿t，全球累计堆存赤泥超过30亿t。巨量赤泥的堆放不仅占用大量土地，而且赤泥中的碱和可溶性重金属离子会向地下渗透，造成地下水体和周边土壤的污染；裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬，污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。随着赤泥堆积量的日益增加与人们对环境保护意识的不断提高，安全高效利用赤泥资源已迫在眉睫。
3.自然界中某些微生物通过新陈代谢，能够与环境中的介质之间发生酶化，某些微生物的酶化过程可应用于建材制品的制备过程，实现源于自然高于自然的目的。自然界中的矿化微生物的代谢过程可将溶解态离子加速矿化形成稳定的矿化产物，某些微生物可加速矿物溶解速率。受这些现象的启发，人们提出了使用微生物技术制备建材制品的方法，即利用微生物新陈代谢过程中发生的酶化作用加速赤泥含钙矿物的反应速率同时固化赤泥中重金属离子。根据现有研究表明，利用复合微生物技术，同时提高co2浓度，能够明显加速赤泥反应速率，提高制品强度、降低孔隙率，与此同时降低可溶性重金属离子含量。
4.长期以来，赤泥的高效安全利用是一个世界性的难题，利用复合微生物技术能有效的处理赤泥废弃物，减少赤泥堆积对环境造成的污染，同时具有制备工艺简单、能耗低、环境友好等优点。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于复合微生物技术制备赤泥建材制品的方法,解决赤泥的污染问题。
6.所述的基于复合微生物技术制备赤泥建材制品的方法，包括以下步骤：
7.1)将赤泥和钢渣按质量比1:1～3:1混合，得到复合胶凝材料；
8.2)将胶质芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、醋酸芽孢杆菌按质量比1：1：1～3:1：1混合，得到复合微生物；
9.3)将复合胶凝材料、水、砂和复合微生物充分混合，搅拌均匀得到浆体，之后将浆体倒入模具中振捣成型，得到试件；
10.4)将试件养护脱模得到试样，试样依次经标准养护、碳化养护后得到所述的赤泥建材制品。
11.其中，步骤3)所述的复合胶凝材料与砂的质量比为1:3～1:2。
12.步骤3)所述的水与复合胶凝材料的质量比为0.45～0.6。
13.优选的，步骤3)所述的复合微生物加入量为复合胶凝材料质量的3％～9％。
14.进一步地讲，步骤4)所述的试件养护脱模是指将试件置于相对湿度60％
±
3％、温度20
±
2℃的环境中养护24～48h脱模。
15.步骤4)所述的标准养护是指将试样置于相对湿度95％以上、温度20
±
2℃的环境中养护1～5天。
16.步骤4)所述的碳化养护是指将经标准养护后的试样放入相对湿度70％
±
3％、二氧化碳压力为0.1～0.6mpa的条件下碳化养护3～10h。
17.所用赤泥为煅烧法赤泥，砂为标准砂。
18.将复合微生物菌粉加入以赤泥为主的复合胶凝体系中，微生物酶化作用可显著加速赤泥建材制品的碳化反应速率并有效固化游离重金属离子，矿化反应产物填充孔隙后，建材制品材料的碳化深度增加，强度和耐久性得到明显提高，可溶性重金属离子显著减少。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.1、本发明以赤泥为主要原料制备赤泥建材制品，将废弃的赤泥变废为宝，实现了固体废弃物的有效利用，减少环境污染问题和土地占用问题，延长了铝的产业链，具有很好的经济效益和生态效益。
21.2、本发明中采用复合微生物技术，复合微生物的协同作用提高了微生物在赤泥高碱性环境中的活性，加速赤泥与钢渣中各矿物的溶解速率，提高赤泥制品内部二氧化碳的水合反应速率，于此同时，赤泥中的铝元素可以与钢渣中的硅酸盐矿物形成水化碳铝酸盐，大量矿化产物的快速生成密实了制品的孔隙结构、提高强度，重金属离子得到有效钝化。
22.3、本发明采用的复合微生物方法，具有高效、制备工艺简单，能耗低、环境友好等特点，形成的赤泥建材制品性质稳定、耐久性强。
附图说明
23.图1为复合微生物处理后与未添加微生物赤泥制品强度对比图。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明做进一步解释。
25.实施例1
26.所述的基于复合微生物技术制备赤泥建材制品的方法，包括以下步骤：
27.1)按照表1中比例将赤泥和钢渣混合，得到复合胶凝材料；
28.2)将胶质芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、醋酸芽孢杆菌按质量比1：1：1～2:1：1混合，得到复合微生物；
29.3)按照表1中比例加入复合胶凝材料、水、砂和复合微生物充分混合，搅拌均匀得到浆体，之后将浆体倒入模具中振捣成型，得到试件；
30.4)将试件置于相对湿度60％、温度20℃的环境中养护30h脱模得到试样，将试样置于相对湿度98％、温度20℃的环境中标准养护3天，放入相对湿度70％％、二氧化碳压力为0.5mpa的条件下碳化养护8h后得到所述的赤泥建材制品。
31.表1复合微生物加速矿化赤泥胶凝材料配合比(/g)
32.组别赤泥钢渣砂水复合微生物菌粉实施例1315135135022518.0实施例21351358101628.1实施例3405135108024348.6实施例4358135123327224.6空白组31513513502250
33.实施例2
34.所述的基于复合微生物技术制备赤泥建材制品的方法，包括以下步骤：
35.1)按照表1中比例将赤泥和钢渣混合，得到复合胶凝材料；
36.2)将胶质芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、醋酸芽孢杆菌按质量比1：1：1混合，得到复合微生物；
37.3)按照表1中比例加入复合胶凝材料、水、砂和复合微生物充分混合，搅拌均匀得到浆体，之后将浆体倒入模具中振捣成型，得到试件；
38.4)将试件置于相对湿度63％、温度22℃的环境中养护48h脱模得到试样，将试样置于相对湿度99％、温度22℃的环境中标准养护5天，放入相对湿度67％、二氧化碳压力为0.6mpa的条件下碳化养护10h后得到所述的赤泥建材制品。
39.实施例3
40.所述的基于复合微生物技术制备赤泥建材制品的方法，包括以下步骤：
41.1)按照表1中比例将赤泥和钢渣混合，得到复合胶凝材料；
42.2)将胶质芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、醋酸芽孢杆菌按质量比2:1：1混合，得到复合微生物；
43.3)按照表1中比例加入复合胶凝材料、水、砂和复合微生物充分混合，搅拌均匀得到浆体，之后将浆体倒入模具中振捣成型，得到试件；
44.4)将试件置于相对湿度61％、温度18℃的环境中养护30h脱模得到试样，将试样置于相对湿度96％、温度21℃的环境中标准养护4天，放入相对湿度72％、二氧化碳压力为0.4mpa的条件下碳化养护5h后得到所述的赤泥建材制品。
45.实施例4
46.所述的基于复合微生物技术制备赤泥建材制品的方法，包括以下步骤：
47.1)按照表1中比例将赤泥和钢渣混合，得到复合胶凝材料；
48.2)将胶质芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、醋酸芽孢杆菌按质量比3:1：1混合，得到复合微生物；
49.3)按照表1中比例加入复合胶凝材料、水、砂和复合微生物充分混合，搅拌均匀得到浆体，之后将浆体倒入模具中振捣成型，得到试件；
50.4)将试件置于相对湿度57％、温度20℃的环境中养护24h脱模得到试样，将试样置于相对湿度97％、温度18℃的环境中标准养护1天，放入相对湿度73％、二氧化碳压力为0.1mpa的条件下碳化养护3h后得到所述的赤泥建材制品。
51.空白组
52.所述的基于复合微生物技术制备赤泥建材制品的方法，包括以下步骤：
53.1)按照表1中比例将赤泥和钢渣混合，得到复合胶凝材料；
54.3)按照表1中比例加入复合胶凝材料、水、砂充分混合，搅拌均匀得到浆体，之后将浆体倒入模具中振捣成型，得到试件；
55.4)将试件置于相对湿度60％％、温度20℃的环境中养护30h脱模得到试样，将试样置于相对湿度98％、温度20℃的环境中标准养护3天，放入相对湿度70％％、二氧化碳压力为0.5mpa的条件下碳化养护8h后得到所述的赤泥建材制品。
56.表2复合微生物处理后赤泥制品重金属离子固化率。
[0057][0058]
复合微生物技术对单一碳化法对比可以看出，复合微生物技术可大幅提升各类重金属离子的固化率，将重金属离子固溶于矿化产物中，并以稳定矿物形式长期存在，随着胶质芽孢杆菌添加量的提高，重金属离子的固化效率随之提升。