專利名稱：一種尾砂生物預制品及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種處理尾砂變廢為寶的方法，具體地說涉及到微生物學在建筑材料領域的應用，用微生物方法利用尾砂做成預制品。
背景技術：
尾礦是采礦企業(yè)在一定技術經(jīng)濟條件下排出的“廢棄物”，但同時又是潛在的二次資源，把尾礦堆存在專門修筑的尾礦庫內(nèi)，這是多數(shù)選礦廠目前最廣泛采用的尾礦處理方法。隨著時間不短積累，其體積不斷地增大，尾砂庫的穩(wěn)定性受到很大的影響，需要對尾砂庫進行維護，甚至要重建尾砂庫來消除安全隱患，這需要很高的成本來進行安全維護，否則一旦發(fā)生垮壩事故，其危害十分巨大，一旦流入河流會造成嚴重的誰污染，會破壞土壤環(huán)境，造成環(huán)境污染，甚至會危及人們的生命安全，這會引起巨大而又無法彌補的損失。因此，隨著富礦隨時間的減少，貧礦開采則會產(chǎn)生更多的堆積尾砂，如何充分利用這部分資源，降低其帶來的危害是必須解決的問題。根據(jù)自然界微生物沉積成巖的原理，利用微生物這種 環(huán)保綠色的方法可以對堆積尾砂進行處理和利用，解決其帶來的問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明針對上述存在的問題，提供了一種尾砂生物預制板或預制塊及其制備方法。利用微生物誘導生成具有膠結特性的方解石，在其作用下可以將松散尾砂顆粒膠結成為一個整體。技術方案一種尾砂生物預制品的制備方法，將尾砂置于預制板或預制塊的模具中，然后將嗜堿微生物菌液和膠結混合溶液由下往上分別交替注入模具中，連續(xù)注入直至模具中的尾砂在嗜堿微生物的作用下膠結固化，24h后無滲出，拆模即得尾砂生物預制板或預制塊；
所述的嗜堿微生物菌液是通過將巴氏芽孢桿菌接種到酪蛋白胨、大豆蛋白胨培養(yǎng)基中培養(yǎng)得到；所述的膠結混合溶液為脲素溶液和氯化鈣溶液按照體積比1:1的比例混合，所述的脲素溶液和氯化鈣溶液的濃度為廣3 mol L—1。所述的培養(yǎng)基中酪蛋白胨12 18g/L、大豆蛋白胨5 10g/L。所述的嗜堿微生物菌液和膠結混合溶液由下往上分別交替注入模具中時，是先注入嗜堿微生物菌液，流速為r6ml/min，注滿后室溫下靜置至嗜堿微生物菌液完全滲出后，再注入膠結混合溶液，流速為l(T20ml/min，同樣，注滿后室溫下靜置至膠結混合溶液完全滲出，為一個循環(huán)。所述的尾砂生物預制板或預制塊的制備方法得到的預制板或預制塊，為尾砂通過嗜堿微生物膠結而成。利用微生物誘導形成的方解石進行膠結砂顆粒的機理是嗜堿性微生物在生長繁殖過程中產(chǎn)生的脲酶，不斷分解混合溶液中的尿素形成CO廣，并釋放到微生物細胞表面，同時混合溶液中存在的Ca2+，吸附到帶有負電荷的微生物細胞表面，以微生物細胞表面作為成核位點，從而形成具有膠結性質(zhì)的碳酸鈣。由微生物誘導形成的碳酸鈣在松散顆粒之間充當橋梁作用，從而把松散顆粒膠結成為整體。整個反應如式(I) 式(3)所示。(NH2) 2C0+2H20=C0 廣+2NH:(I)
Ca2++Cell=Cell-Ca2+(2)
Cell-Ca2.+ CO32-= Cell-CaCO3(3)
有益效果
I.本發(fā)明充分利用自然界微生物資源，利用生物礦化作用形成的具有膠結性質(zhì)的碳酸鈣，將松散尾砂顆粒膠結成為具有優(yōu)良力學性能的整體。2.該方法使用的固結膠凝材料，環(huán)境清潔，成本低廉，屬于真正意義上的環(huán)境友好 型膠凝材料。3.同時，由于所得碳酸鈣是在微生物有機質(zhì)調(diào)控下生成，比一般化學法制得的碳酸鈣具有更優(yōu)良性能，從而可獲得優(yōu)良性能的微生物基材料，使得預制板或預制塊具有良好力學強度，對堆積尾砂可以起到固結作用，也可以做成預制品加以利用。


圖I為本發(fā)明利用嗜堿微生物誘導形成的碳酸鈣固結而成的砂柱能譜分析圖。圖2為利用嗜堿微生物誘導形成的碳酸鈣固結而成的砂柱掃描電鏡圖像(50 u m)。圖3為利用嗜堿微生物誘導形成的碳酸鈣固結而成的砂柱掃描電鏡圖像
(10 u m)o圖4為利用嗜堿微生物誘導形成的碳酸鈣固結而成的砂柱XRD掃描圖像。
具體實施例方式本發(fā)明所用的巴氏芽抱桿菌Sporosarcina pasteurii來源于German Collectionof Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ),代碼為 33。因為需要進行液體的注入，試模才用了注射器(30ml、50ml,60ml、100ml注射器的一種)，或者是￠ 150X 150mm的特制塑料試模均可，也可以使用其他形狀的成型模具。一種利用微生物誘導形成的碳酸鈣進行尾砂預制的方法，按照如下方法制備
(1)制備嗜堿微生物菌液將菌種巴氏芽孢桿菌Sporosarcinapasteurii接種到牛肉膏、蛋白胨培養(yǎng)基中，每升培養(yǎng)基含有酪蛋白胨12 18g/L、大豆蛋白胨5 10g/L，并控制pH為6 8，于3(T37°C下培養(yǎng)16 24h，取出即可得菌液；
(2)配制膠結混合溶液將濃度為3mol L—1的尿素溶液和濃度為3mol L—1的CaCl2等體積混合后，得膠結混合溶液；
(3)直接取用礦場堆積尾砂，進行壓實處理，減少其堆積空隙，然后裝入預制板或是預制塊模具中；
(4)將第一步制備的嗜堿微生物菌液和第二步配制的膠結混合溶液按體積比為I:1的比例通過蠕動泵分別注入第三步配制好的砂中，控制菌液流速為r6ml/min，混合溶液流速為l(T20ml/min，連續(xù)注入直至模具中的尾砂在嗜堿微生物的作用下膠結固化，大約需要7 10天，即可成功膠結尾砂顆粒。
上述步驟(4)中所述菌液和混合溶液分別注入砂粒的方法是首先用蠕動泵連接裝有砂顆粒的試模底部，然后以r6ml/min的速率從下往上注入菌液，注滿后在2(T30°C下靜直I 3h,待囷液完全滲出后,再以10 20ml/min的速率由下往上注入混合溶液,注丨兩后在相同溫度下靜置f3h，待混合溶液完全滲出后，再按上述注入菌液的方式注入菌液，交替循環(huán)，直至所注入溶液在24h后無滲出，即成功固結尾砂顆粒。
實施例I
(1)稱取5g大豆蛋白、15g酪蛋白和IOOOml蒸懼水配制培養(yǎng)基,調(diào)節(jié)pH為7.0,滅菌烘干后，將巴氏芽孢桿菌接種至配制好的培養(yǎng)基中，在30°C下進行振蕩培養(yǎng)，振蕩頻率為170r/min，培養(yǎng) 24h ；(2)配置尿素溶液濃度為2mol L_\ CaCl2溶液濃度為2mol L—1的混合溶液；
(3)將未經(jīng)處理的尾砂，分3次裝入60ml的一次性注射器中，在每次裝入過程中敲打注射器外部，以使裝入的砂緊密堆積，通過測試可得砂柱的空隙率約為48. 5% ；
(4)用蠕動泵連接注射器底部，以5ml/min的速率注入菌液，注滿后靜置2h，待菌液完全滲出后，再以15ml/min的速率注入混合溶液，注滿后靜置2h，待混合溶液完全滲出后，再按上述注入菌液的方式注入菌液,交替循環(huán)，15天后成功膠結砂。通過電子抗壓測試其強度達到5. 5MPa，在掃描電子顯微鏡下觀察利用微生物膠結形成的砂柱表面形貌及能譜分析，結果(見圖1、2、3)說明砂柱中除了已知存在的Si、0、Ca、Cl元素外，還新出現(xiàn)了 C元素，通過圖4的XRD掃描照片可以看出其砂柱沉積的沉淀為方解石型碳酸鈣，通過CT照片發(fā)現(xiàn)進過一段時間的膠結后，砂柱的孔隙率降低至28. 7%。實施例2
(1)稱取7g大豆蛋白、18g酪蛋白和IOOOml蒸懼水配制培養(yǎng)基,調(diào)節(jié)pH為8.0,滅菌烘干后，將巴氏芽孢桿菌接種至配制好的培養(yǎng)基中，在30°C下進行振蕩培養(yǎng)，振蕩頻率為170r/min，培養(yǎng) 20h ；
(2)配置尿素溶液濃度為2mol L_\ CaCl2溶液濃度為I. 5mol L—1的混合溶液；
(3)將未經(jīng)處理的尾砂，壓實裝入尺寸為240*115*53mm自制模具中，以使裝入的砂緊密堆積，通過測試可得砂柱的空隙率約為48. 5% ；
(4)用蠕動泵連接注射器底部，以10ml/min的速率注入菌液，注滿后靜置lh，待菌液完全滲出后，再以15ml/min的速率注入混合溶液，注滿后靜置3h，待混合溶液完全滲出后，再按上述注入菌液的方式注入菌液,交替循環(huán),7天后成功膠結砂。
權利要求
1.一種尾砂生物預制塊的制備方法，其特征在于，將尾砂置于預制板或預制塊的模具中，然后將嗜堿微生物菌液和膠結混合溶液由下往上分別交替注入模具中，連續(xù)注入直至模具中的尾砂在嗜堿微生物的作用下膠結固化，24h后無滲出，拆模即得尾砂生物預制板或預制塊； 所述的嗜堿微生物菌液和膠結混合溶液的體積比為1:1 ;所述的嗜堿微生物菌液是通過將巴氏芽孢桿菌接種到酪蛋白胨、大豆蛋白胨培養(yǎng)基中培養(yǎng)得到；所述的膠結混合溶液為脲素溶液和氯化鈣溶液按照體積比1:1的比例混合，所述的脲素溶液和氯化鈣溶液的濃度為 I 3 mo I L—1。
2.如權利要求I所述的尾砂生物預制板或預制塊的制備方法，其特征在于，所述的培養(yǎng)基中酪蛋白胨12 18g/L、大豆蛋白胨5 10g/L。
3.如權利要求I所述的尾砂生物預制板或預制塊的制備方法，其特征在于，所述的嗜堿微生物菌液和膠結混合溶液由下往上分別交替注入模具中時，是先注入嗜堿微生物菌液，流速為r6ml/min，注滿后室溫下靜置至嗜堿微生物菌液完全滲出后，再注入膠結混合溶液，流速為l(T20ml/min，同樣，注滿后室溫下靜置至膠結混合溶液完全滲出，為一個循環(huán)。
4.權利要求3任一所述的尾砂生物預制板或預制塊的制備方法得到的預制板或預制塊，其特征在于，為尾砂通過嗜堿微生物膠結而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對礦場堆積尾砂進行固結處理的新方法，特別是一種尾砂生物預制品及其制備方法屬于微生物學領域和建筑材料領域的交叉科學技術，其特征在于其膠結機理為微生物誘導產(chǎn)生碳酸鈣進行固結處理，相對于尾砂的其他利用方法，其為環(huán)境無污染綠色環(huán)保方法，而且其微生物礦化形成的碳酸鈣具有化學制備所不具備的膠結性質(zhì)。其中原料包括鐵礦場尾砂、巴氏芽孢桿菌Sporosarcinapasteurii、酪蛋白、大豆蛋白和無水氯化鈣，按照一定的膠結工藝膠結成型，可以進行預制磚膠結，也可以對尾砂礦壩進行加固處理。本發(fā)明的最大特點是環(huán)境友好、無污染、廢棄尾砂再利用、跨學科的新方法等。
文檔編號C04B28/00GK102718445SQ20121020817
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權日2012年6月25日
發(fā)明者李龍志, 榮輝, 錢春香 申請人:東南大學