[发明专利]一种利用微生物矿化作用制备不锈钢渣碳化制品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用微生物矿化作用制备不锈钢渣碳化制品的方法，属于环境材料科学领域。

背景技术

冶炼废渣是指金属制造行业冶金过程中伴随金属矿物冶炼而产生的各种固体废弃物，近几年来，随着中国冶金行业快速发展，金属产量稳居世界第一，其伴随产生的冶炼废渣等固体废弃物逐年增长累积，如果不采取紧急措施对这些固体废弃物进行综合利用，不仅仅是浪费资源，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。不锈钢渣是生产不锈钢过程中排出的固体废弃物，包括初炼电弧炉(EAF)渣和精炼氩氧脱碳炉(AOD)渣，一般每生产3t不锈钢就会产生1t废渣。长期以来，对不锈钢渣的认知较少，使其在渣场堆放，既是一种资源浪费，又势必造成环境污染，因此，不锈钢渣的资源化十分迫切。综合分析不锈钢渣，其具有大量的水硬性矿物C₂S等，与水泥组分相近，且其毒性浸出实验也表明，其在模拟地下水环境下，依据《固体废物浸出毒性浸出方法－水平振荡法》(HJ577-2010)所得毒性低于国家对于危险废弃的规定限制。但由于使用NaOH等强碱激发可能会导致重金属更加倾向于游离态，所以利用碳化的方法将不锈钢渣制备成建材制品无疑是最为合适的选择。但是，普通碳化的速度极慢，采用高温高压碳化虽然能取得良好效果，但是对制备条件有一定要求，且浪费资源。

近十年来，微生物矿化技术越来越受到重视，受到自然界中某些微生物能从自然界中固定CO₂并矿化成矿物的过程启发，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，并且显著提升其抗水性能和其他耐久性。

该技术是一项利用固废不锈钢渣、固碳和节约能源的先进技术，是综合利用不锈钢渣等固废的有效方法，不仅为不锈钢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缓解由CO₂引起的温室效应等问题，并且具有处理时间短，并且具有工艺简单，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作用制备不锈钢渣碳化制品的方法，此方法具有工艺简单、效果显著、能源消耗低、环境友好等优点，为不锈钢渣在建材领域内使用提供了技术支持，有效的解决不锈钢渣利用率不足的问题。

技术方案：本发明提供了一种利用微生物矿化作用制备不锈钢渣碳化制品的方法，该方法包括以下步骤：

1)将不锈钢渣和石灰混合搅拌均匀得到复合胶凝材料；

2)在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)得到的试件脱模后得到试样，之后将试样置于相对湿度为95％以上、温度为20±2℃的条件下养护2～3d，再将试样放入压力釜中，在相对湿度为70％±3％，CO₂压力为0.1～0.3MPa下养护4～6小时，得到不锈钢渣碳化制品。

其中：

所述的不锈钢渣与石灰的质量比为6:4～7:3，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的质量与复合胶凝材料的质量比为0.4～0.5，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。

所述的将步骤2)得到的试件脱模后得到试样是指将试件置于相对湿度为60％±3％、温度为20±2℃的环境中养护1～2d后脱模得到试样。

所述试件的长×宽×高为160mm×40mm×40mm。

所述不锈钢渣碳化制品制备过程中，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，能特定地提升该制品制备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制品的力学性能，且其矿化产物能很好地填充该制品的孔隙，使得不锈钢渣碳化制品的抗渗透性能也得到提升；同时微生物矿化作用还可以加速该制品制备过程中的碳化过程，特别是在较高压力作用下微生物矿化作用对于制品的强度提升最为明显。

所述的不锈钢渣碳化制品的强度为15～16.7MPa。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：