[发明专利]一种利用微生物矿化处理铜渣制备建材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用微生物矿化处理铜渣制备建材的方法，属于环境材料科学领域。

背景技术

铜渣主要是在铜精矿造锍熔炼过程产生的，目前世界上主要的炼铜工艺是造锍熔炼技术。该工艺是在1150～1250℃的高温氧化气氛条件下，使铜精矿中的铜尽可能富集到铜锍中，铜精矿中伴生的铁氧化物和脉石富集到炉渣中。因此，铜渣中往往含有高品位的铁，这些铁主要以氧化亚铁的形式存在，含量在25％～30％，铁含量过高使得铜渣往往被用来回收铁等金属；但长期以来，仅仅靠回收铁等金属使得铜渣资源化的程度仍然欠缺，大量的铜渣在渣场堆放，既是一种资源浪费，也势必会对居民生活环境造成许多危害，诸如占用土地，污染空气和水源等。综合分析铜渣，发现其矿物相主要为玻璃态，可以通过一定的碱激发使其中的活性物质激活，但也因为活性不够，通过外掺其他渣粉的方式来进行建材制品的制备，最后通过微生物在特定条件下的矿化作用来提升制品的力学性能。

本工艺采用的是从自然界中提取出某种微生物，给予其充分适宜的生存、繁殖和活化的条件，通过给予足量钙源和提升CO₂的浓度，其分泌的碳酸酐酶特征性地加快碳化反应过程，使制品更快获得力学性能。

该技术是一项利用固废铜渣，并且具有固碳特性的先进技术，是综合利用铜渣等固废的有效方法，不仅为铜渣在建材领域利用提供了一种新的途径，该技术也可在一定程度上吸收并储存温室气体，并且具有处理时间短、工艺简单、环境友好等特点，具备了良好的经济与社会效益。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种利用微生物矿化处理铜渣制备建材的方法，该方法具有工艺简单、效果显著、能源消耗低、环境友好等优点，为铜渣在建材领域内使用提供了技术支持方法，有效的解决铜渣利用率不足的问题。

技术方案：本发明提供了一种微生物矿化处理铜渣制备建材的方法，该方法包括以下步骤：

1)将铜渣、钢渣和石灰混合搅拌均匀得到复合胶凝材料，其中钢渣用于减少泌水，石灰用于提供钙源；

2)将复合胶凝材料倒入搅拌锅中，之后加入微生物菌粉的水溶液继续搅拌至均匀，随后加入砂并搅拌均匀成浆体，之后将浆体倒入模具中振捣成型，得到试件；

3)将步骤2)得到的试件置于相对湿度为60％±3％、温度为20±2℃的环境中养护脱模得到试样，将试样置于相对湿度为95％以上、温度为20±2℃的标准室中养护，之后再将试样放入压力釜中，经碳养护后得到所述利用微生物矿化处理铜渣制备得建材。

其中：

所述的铜渣和钢渣的总质量与石灰的质量比为7:3，其中铜渣与钢渣的质量比为1:1～5:1；所述微生物菌粉是指能产碳酸酐酶的微生物菌粉，其掺量为复合胶凝材料质量的1％～2％；所述微生物菌粉的水溶液中水与复合胶凝材料的质量比为0.4～0.6，复合胶凝材料与砂的质量比为1:2～1:3。

所述的微生物菌粉为胶质芽孢杆菌。

步骤3)所述的养护脱模是指在相对湿度为60％±3％、温度为20±2℃的环境中养护1～2d后脱模，得到试样；所述的在标准室中养护的时长为2～3d。

步骤3)所述的碳养护是指在CO₂体积分数为15％～50％、环境温度为22℃～25℃、相对湿度40％～80％的条件下养护1～3d，或者在相对湿度70％±3％、CO₂压力为0.1～0.3MPa的条件下养护4～6h。

所述试件的尺寸为160mm×40mm×40mm。

所述建材制备过程中，加入产碳酸酐酶的微生物菌粉后，通过微生物分泌的碳酸酐酶，能特定地提升制备建材过程中固碳反应的速率，微生物本身的矿化作用能显著提升该建材的力学性能；另一方面，相关研究表明微生物矿化能固结废渣中游离态的重金属。

所述在一定CO₂压力下养护过程中，碳酸酶杆菌能够吸收、转化CO₂为碳酸根，与复合胶凝材料体系中的Ca²⁺生成CaCO₃，填充该建材的孔隙，优化孔隙结构，使建材的力学性能得到明显提升。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明以冶炼废渣铜渣、钢渣等固废为主要原料制备新型建材制品，变废为宝，有效的实现了对固体废弃物的有效利用，减少土地占用和环境污染问题，为铜渣的使用提供了新的思路，增加了铜冶产业链的下游产业，具有很好的经济、生态和环境效益，效果显著。