[发明专利]一种基于MICP技术的磷石膏-赤泥充填体的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于MICP技术的磷石膏‑赤泥充填体的制备方法，包括以下步骤：(1)将巴氏芽孢杆菌在液体培养基中进行培养，得到菌液，配置尿素溶液和氯化钙溶液，得到胶结液；(2)将磷石膏、赤泥按照预定比例进行混合，混匀浆化后，得到磷石膏‑赤泥充填料浆；(3)向磷石膏‑赤泥充填料浆中加入菌液，搅拌均匀后再加入尿素溶液，曝气处理，反应设定时间后，再加入氯化钙溶液，反应预定时间后，制作试块，养护后得到磷石膏‑赤泥充填体。本发明工艺简单，整个过程只加入一次细菌，一次胶结液，简化了工艺流程；同时，胶结液中尿素溶液和氯化钙溶液不是同时加入，先加入尿素反应2d后，再加入氯化钙反应3d，能最大释放细菌活性，增强胶结强度。

技术领域

本发明属于充填体制备技术领域，具体涉及一种基于MICP技术的磷石膏-赤泥充填体的制备方法。

背景技术

磷矿石在用于生产磷酸、磷肥等化工品时，会产生一种有害副产品为磷石膏。在矿石利用中每生产1t的P₂O₅会伴随4.4～5.5t的磷石膏产生。磷石膏中90％以上的成分是二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)，此外还含磷酸盐、氟化物、重金属、放射性核素及残留酸等杂质，且酸性较强，尤其是含有较高浓度的磷酸盐和氟化物，更造成了磷石膏很难被综合利用。磷石膏的处理问题及其产生的环境问题已成为制约磷肥工业发展的瓶颈。

赤泥是生产氧化铝过程中排出的一种有害废弃物。在生产过程中由于效率较低，每生产1吨氧化铝会产生1～2.5吨赤泥。目前我国年产赤泥约1亿吨，累积堆积量也已高达5亿吨。由于赤泥是在氢氧化钠在高温(106～240℃)、压力(1～6bar)消解铝土矿产生氧化铝过程中的废渣，所以赤泥中含有大量的强碱物质，造成pH值大于11。赤泥的高碱性、高盐性造成处理困难，大多都采用修建赤泥坝进行露天堆存；露天堆存不仅占用大量土地，耗费堆场建设和维护费用，同时也对周围土体、水体环境带来安全隐患。

由于赤泥和磷石膏均为非水硬性材料，没有胶结性能，所以仅用赤泥与磷石膏进行充填目前研究较少。传统的水泥胶结方法，水泥的高碱性且排放大量的CO₂(每生产一吨水泥约排放0.8吨CO₂)，会造成矿山环境的高碱性以及环境污染。根据甘蕾等研究表明，通过水泥等传统胶凝材料进行磷石膏充填的充填体都呈强碱性，影响着污染组分的溶出释放量。胶结充填需要积极寻求价格低廉、来源广泛、节能环保的充填材料作为水泥的替代品。

本发明通过利用MICP技术对磷石膏-赤泥充填体进行胶结，对充填体产生强度并进行矿山采空区的充填，以实现两种工业废弃物的资源化利用。MICP技术应用于矿山充填是一个全新的领域，巴氏芽孢杆菌在生长代谢过程中能持续产生一种高活性的脲酶，这种脲酶可以催化尿素的水解，生成氨和二氧化碳，通过细胞壁分散到溶液中，然后迅速水解生成NH₄⁺和HCO₃^-，微生物细胞以及细胞代谢产物外聚合物吸附溶液中存在的钙离子，最终在胞外Ca²⁺的作用下生成碳酸钙沉淀。因此可以利用微生物的胶结能力，可以把赤泥-磷石膏作为充填骨料，通过矿化作用产生足够的强度，并输送到矿山采空区。

发明内容

针对目前磷石膏、赤泥处理困难，直接堆存不仅占用大量土地，同时也对周围土体、水体环境带来安全隐患的问题，本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、对环境友好的基于MICP技术的磷石膏-赤泥充填体的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：一种基于MICP技术的磷石膏-赤泥充填体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将巴氏芽孢杆菌在液体培养基中进行培养，得到菌液，配置尿素溶液和氯化钙溶液，得到胶结液；

(2)将磷石膏、赤泥按照预定比例进行混合，混匀浆化后，得到磷石膏-赤泥充填料浆；