本發(fā)明涉及一種利用微生物礦化作用制備不銹鋼渣碳化制品的方法，屬于環(huán)境材料科學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：冶煉廢渣是指金屬制造行業(yè)冶金過程中伴隨金屬礦物冶煉而產(chǎn)生的各種固體廢棄物，近幾年來，隨著中國冶金行業(yè)快速發(fā)展，金屬產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一，其伴隨產(chǎn)生的冶煉廢渣等固體廢棄物逐年增長累積，如果不采取緊急措施對這些固體廢棄物進(jìn)行綜合利用，不僅僅是浪費(fèi)資源，也勢必會(huì)對居民生活環(huán)境造成許多危害，諸如占用土地，污染空氣和水源等。不銹鋼渣是生產(chǎn)不銹鋼過程中排出的固體廢棄物，包括初煉電弧爐(eaf)渣和精煉氬氧脫碳爐(aod)渣，一般每生產(chǎn)3t不銹鋼就會(huì)產(chǎn)生1t廢渣。長期以來，對不銹鋼渣的認(rèn)知較少，使其在渣場堆放，既是一種資源浪費(fèi)，又勢必造成環(huán)境污染，因此，不銹鋼渣的資源化十分迫切。綜合分析不銹鋼渣，其具有大量的水硬性礦物c2s等，與水泥組分相近，且其毒性浸出實(shí)驗(yàn)也表明，其在模擬地下水環(huán)境下，依據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法－水平振蕩法》(hj577-2010)所得毒性低于國家對于危險(xiǎn)廢棄的規(guī)定限制。但由于使用naoh等強(qiáng)堿激發(fā)可能會(huì)導(dǎo)致重金屬更加傾向于游離態(tài)，所以利用碳化的方法將不銹鋼渣制備成建材制品無疑是最為合適的選擇。但是，普通碳化的速度極慢，采用高溫高壓碳化雖然能取得良好效果，但是對制備條件有一定要求，且浪費(fèi)資源。近十年來，微生物礦化技術(shù)越來越受到重視，受到自然界中某些微生物能從自然界中固定co2并礦化成礦物的過程啟發(fā)，從自然界中提取出某種微生物，給予其充分適宜的生存、繁殖和活化的條件，通過給予足量鈣源和提升co2的濃度，其分泌的碳酸酐酶特征性地加快碳化反應(yīng)過程，使制品更快獲得力學(xué)性能，并且顯著提升其抗水性能和其他耐久性。該技術(shù)是一項(xiàng)利用固廢不銹鋼渣、固碳和節(jié)約能源的先進(jìn)技術(shù)，是綜合利用不銹鋼渣等固廢的有效方法，不僅為不銹鋼渣在建材領(lǐng)域利用提供了一種新的途徑，該技術(shù)也可在一定程度上緩解由co2引起的溫室效應(yīng)等問題，并且具有處理時(shí)間短，并且具有工藝簡單，環(huán)境友好等特點(diǎn)，具備了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種利用微生物礦化作用制備不銹鋼渣碳化制品的方法，此方法具有工藝簡單、效果顯著、能源消耗低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，為不銹鋼渣在建材領(lǐng)域內(nèi)使用提供了技術(shù)支持，有效的解決不銹鋼渣利用率不足的問題。技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種利用微生物礦化作用制備不銹鋼渣碳化制品的方法，該方法包括以下步驟：1)將不銹鋼渣和石灰混合攪拌均勻得到復(fù)合膠凝材料；2)在復(fù)合膠凝材料倒入攪拌鍋中，之后加入微生物菌粉的水溶液繼續(xù)攪拌至均勻，隨后加入砂并攪拌均勻成漿體，之后將漿體倒入模具中振搗成型，得到試件；3)將步驟2)得到的試件脫模后得到試樣，之后將試樣置于相對濕度為95％以上、溫度為20±2℃的條件下養(yǎng)護(hù)2～3d，再將試樣放入壓力釜中，在相對濕度為70％±3％，co2壓力為0.1～0.3mpa下養(yǎng)護(hù)4～6小時(shí)，得到不銹鋼渣碳化制品。其中：所述的不銹鋼渣與石灰的質(zhì)量比為6:4～7:3，所述微生物菌粉是指能產(chǎn)碳酸酐酶的微生物菌粉，其摻量為復(fù)合膠凝材料質(zhì)量的1％～2％，所述微生物菌粉的水溶液中水的質(zhì)量與復(fù)合膠凝材料的質(zhì)量比為0.4～0.5，復(fù)合膠凝材料與砂的質(zhì)量比為1:2～1:3。所述的微生物菌粉為膠質(zhì)芽孢桿菌。所述的將步驟2)得到的試件脫模后得到試樣是指將試件置于相對濕度為60％±3％、溫度為20±2℃的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)1～2d后脫模得到試樣。所述試件的長×寬×高為160mm×40mm×40mm。所述不銹鋼渣碳化制品制備過程中，加入產(chǎn)碳酸酐酶的微生物菌粉后，通過微生物分泌的碳酸酐酶，能特定地提升該制品制備過程中固碳反應(yīng)的速率，微生物本身的礦化作用能顯著提升該制品的力學(xué)性能，且其礦化產(chǎn)物能很好地填充該制品的孔隙，使得不銹鋼渣碳化制品的抗?jié)B透性能也得到提升；同時(shí)微生物礦化作用還可以加速該制品制備過程中的碳化過程，特別是在較高壓力作用下微生物礦化作用對于制品的強(qiáng)度提升最為明顯。所述的不銹鋼渣碳化制品的強(qiáng)度為15～16.7mpa。有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明以冶煉廢渣不銹鋼渣為主要原料制備新型建材制品，將廢棄的不銹鋼渣變廢為寶，有效的實(shí)現(xiàn)了對固體廢棄物的有效利用，減少土地占用和環(huán)境污染問題，為不銹鋼渣的使用提供了新的思路，增加了不銹鋼產(chǎn)業(yè)鏈的下游產(chǎn)業(yè)，具有很好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和環(huán)境效益；2、本發(fā)明中采用的微生物礦化作用加速碳化技術(shù)，碳酸酐酶菌分泌的碳酸酐酶能特定加速制品制備過程中co2的吸收并向碳酸根轉(zhuǎn)化的過程，與復(fù)合膠凝材料中的ca2+等離子反應(yīng)生成caco3，填充制品的孔隙，優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)，密實(shí)結(jié)構(gòu)，提升制品強(qiáng)度。3、本發(fā)明采用的微生物礦化方法，具有工藝簡單、效果顯著、能源消耗低、環(huán)境友好的特點(diǎn)；一方面不需要苛刻的碳化條件，節(jié)能環(huán)保；另一方面，能顯著加速碳化反應(yīng)過程，縮短產(chǎn)品周期，產(chǎn)生更為良好的經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)，形成的礦物化學(xué)特性穩(wěn)定、沒有激活不銹鋼渣中的重金屬離子，耐久性強(qiáng)，制備過程增加了對二氧化碳的有效捕獲，減緩溫室效應(yīng)。附圖說明圖1為不銹鋼渣礦物成分分析；圖2為實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)；圖3為微生物礦化加速碳化制品與普通碳化制品力學(xué)性能對比圖，圖中sc表示標(biāo)準(zhǔn)碳化、h表示小時(shí)、d表示天、m對應(yīng)于mpa；圖4為微生物礦化作用下制品的礦物成分分析；圖5為微生物礦化作用下制品的孔隙結(jié)構(gòu)變化。具體實(shí)施方式本發(fā)明所采用的微生物菌種膠質(zhì)芽孢桿菌來源于中國工業(yè)微生物菌種保藏中心，該菌種在平臺(tái)編號(hào)為20666。在對不銹鋼渣進(jìn)行礦物分析和毒性浸出測試，礦物成分分析選用x射線衍射分析(xrd)，不銹鋼渣粉毒性檢測根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法－水平振蕩法》(hj577-2010)中水平振蕩浸出方法進(jìn)行檢測，利用icp(電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀)進(jìn)行離子成分含量分析，結(jié)果如附圖1和表1所示，可見不銹鋼渣雖然具有一定水硬活性，但活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要外加鈣源；此外毒性浸出表明，在雨水沖刷和地下水環(huán)境下，毒性危害較少。表1不銹鋼渣粉浸出液中重金屬含量本發(fā)明涉及一種利用微生物礦化作用制備不銹鋼渣碳化制品的方法，方法步驟如下：1)將不銹鋼渣和石灰混合攪拌均勻得到復(fù)合膠凝材料；2)在復(fù)合膠凝材料倒入攪拌鍋中，之后加入微生物菌粉的水溶液繼續(xù)攪拌至均勻，隨后加入砂并攪拌均勻成漿體，之后將漿體倒入模具中振搗成型，得到試件；3)將步驟2)得到的試件脫模后得到試樣，之后將試樣置于相對濕度為95％以上、溫度為20±2℃的條件下養(yǎng)護(hù)3～4天，再將試樣放入壓力釜中，在相對濕度為70％±3％，co2壓力為0.1～0.3mpa下養(yǎng)護(hù)4～6h，得到不銹鋼渣碳化制品。在co2壓力養(yǎng)護(hù)條件下，碳酸酶桿菌能夠吸收、轉(zhuǎn)化co2為碳酸根，與復(fù)合膠凝材料體系中的ca2+成caco3，填充制品的孔隙，優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)，在不同碳化條件下加菌制備的制品與不加菌制備的制品的力學(xué)性能對比如附圖3所示，如圖加菌碳化制品較不加菌制品的力學(xué)性能有明顯提升，這種提升效果在0.3mpa加壓礦化條件下表現(xiàn)的最為明顯。為定性和定量表征礦化產(chǎn)物，通過xrd衍射圖譜分析，通過微生物礦化作用加速碳化后制品的主要產(chǎn)物是碳酸鈣。對微生物礦化不銹鋼渣鋼碳化制品的孔結(jié)構(gòu)分析表明在微生物礦化作用下，制品內(nèi)部的密實(shí)程度明顯提高，對于材料的強(qiáng)度與耐久性有明顯的提升。同時(shí)，并沒有激活重金屬，此方法具有成本低、工藝流程簡單、效果顯著、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例1：(1)將不銹鋼渣和石灰按表2的比例混合成復(fù)合膠凝材料，固定膠砂質(zhì)量比為1:3，水膠質(zhì)量比為0.5，微生物菌粉摻量為復(fù)合膠凝材料質(zhì)量的1.5％；(2)將450g復(fù)合膠凝材料倒入攪拌鍋中攪拌均勻后，將菌粉加入225g水中攪拌均勻之后，導(dǎo)入攪拌鍋中并攪拌均勻。隨后加入砂并持續(xù)攪拌均勻，將漿體倒入模具中振搗成型。表2.微生物礦化不銹鋼渣碳化制品原材料配比/g不銹鋼渣石灰砂水菌粉31513513502256.75(3)成型后，將試件置于相對濕度57％，溫度18℃的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，1d后脫模得到試樣，將試樣置于相對濕度95％以上，溫度18℃的標(biāo)準(zhǔn)室中養(yǎng)護(hù)3天，隨后放入壓力釜中，在濕度67％，co2壓力為0.3mpa條件下養(yǎng)護(hù)6h，得到不銹鋼渣碳化制品，其抗壓強(qiáng)度能到達(dá)15mpa。實(shí)施例2：(1)將不銹鋼渣和石灰按表3的比例混合成復(fù)合膠凝材料，固定膠砂質(zhì)量比為1:2，水膠質(zhì)量比為0.5，微生物菌粉摻量為復(fù)合膠凝材料質(zhì)量的1％；(2)將675g復(fù)合膠凝材料倒入攪拌鍋中攪拌均勻后，將菌粉加入337.5g水中攪拌均勻之后，導(dǎo)入攪拌鍋中并攪拌均勻。隨后加入砂并持續(xù)攪拌均勻，將漿體倒入模具中振搗成型。表3.微生物礦化不銹鋼渣碳化制品原材料配比/g不銹鋼渣石灰砂水菌粉472.5202.51350337.56.75(3)成型后，將試件置于相對濕度為60％，溫度為20℃的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，1d后脫模得到試樣，將試樣置于相對濕度96％以上，溫度20℃的標(biāo)準(zhǔn)室中養(yǎng)護(hù)2天，隨后放入壓力釜中，在濕度70％、co2壓力為0.1mpa條件下養(yǎng)護(hù)4h，得到不銹鋼渣碳化制品，其抗壓強(qiáng)度能到達(dá)16.7mpa。實(shí)施例3：(1)將不銹鋼渣和石灰按表4的比例混合成復(fù)合膠凝材料，固定膠砂質(zhì)量比為1:2，水膠質(zhì)量比為0.4，微生物菌粉摻量為復(fù)合膠凝材料質(zhì)量的1％；(2)將675g復(fù)合膠凝材料倒入攪拌鍋中攪拌均勻后，將菌粉加入270g水中攪拌均勻之后，導(dǎo)入攪拌鍋中并攪拌均勻。隨后加入砂并持續(xù)攪拌均勻，將漿體倒入模具中振搗成型。表4.微生物礦化不銹鋼渣碳化制品原材料配比/g不銹鋼渣石灰砂水菌粉472.5202.513502706.75(3)成型后，將試件置于相對濕度63％、溫度22℃的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，2d后脫模得到試樣，將試樣置于相對濕度98％、溫度22℃的標(biāo)準(zhǔn)室中養(yǎng)護(hù)2.5天，隨后放入壓力釜中，在濕度73％、co2壓力為0.2mpa條件下養(yǎng)護(hù)5h，得到不銹鋼渣碳化制品，其抗壓強(qiáng)度能到達(dá)15.2mpa。實(shí)施例4：(1)將不銹鋼渣和石灰按表5的比例混合成復(fù)合膠凝材料，固定膠砂質(zhì)量比為1:2，水膠質(zhì)量比為0.4，微生物菌粉摻量為復(fù)合膠凝材料質(zhì)量的2％；(2)將675g復(fù)合膠凝材料倒入攪拌鍋中攪拌均勻后，將菌粉加入270g水中攪拌均勻之后，導(dǎo)入攪拌鍋中并攪拌均勻，隨后加入砂并持續(xù)攪拌均勻，將漿體倒入模具中振搗成型。表5.微生物礦化不銹鋼渣碳化制品原材料配比/g不銹鋼渣石灰砂水菌粉450225135027013.5(3)成型后，將試件置于相對濕度62％、溫度21℃的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，1.5d后脫模得到試樣，將試樣置于相對濕度99％、溫度21℃的標(biāo)準(zhǔn)室中養(yǎng)護(hù)3天，隨后放入壓力釜中，在濕度72％、co2壓力為0.2mpa條件下養(yǎng)護(hù)6h，得到不銹鋼渣碳化制品，其抗壓強(qiáng)度能到達(dá)16.2mpa。當(dāng)前第1頁12