一种硅酸盐物料风化成土及资源化利用的方法技术

本发明专利技术公开了一种硅酸盐物料风化成土及资源化利用的方法，属于固废处理技术领域。先将含硅酸盐的物料破碎后倒入硅酸盐风化反应器；再向硅酸盐风化反应器中加入菌液，进行周期性浸出、沥干处理；然后将硅酸盐风化反应器中沥出液引入硅藻反应器中培养硅藻，最后过滤分离硅藻反应器中的混合物，液体返回到硅酸盐风化反应器，硅藻与风化物料混合形成土壤。本发明专利技术可利用硅酸盐菌促进含硅酸盐的物料结构脆化，释放钾、磷元素同时加速游离硅的溶出，利于硅藻吸收利用；硅藻死后形成硅藻土，增加土壤肥力，实现含硅酸盐固废的快速土壤化，硅藻生长还能吸收空气中的CO2，增加碳汇。增加碳汇。增加碳汇。

【技术实现步骤摘要】
一种硅酸盐物料风化成土及资源化利用的方法


[0001]本专利技术属于资源综合利用领域，具体涉及一种硅酸盐物料风化成土及资源化利用的方法。

技术介绍

[0002]我国煤炭、化工、电力、钢铁、有色等行业迅猛发展的同时，每年产生超35亿吨的工业固废，累计堆存量超620亿吨，主要包括冶炼废渣、尾矿砂、建筑垃圾、废石及工业粉尘等，其成分以含硅酸盐为主。
[0003]含硅酸盐固废的主要处置方式有提取回收其中的有价金属、填充矿山采空区、生产新型建筑材料等。以上处置方式会产生以下问题：（1）回收有价金属仍会产生新的固废；（2）充填矿山采空区成本高；（3）生产建材运输成本高。土壤由岩石风化而来，若能够加速硅酸盐矿物风化，增加其中营养元素含量，使其具有土壤属性，则能够为后续的植物生长提供必要的基质环境，利于含硅酸盐固废的生态修复。
[0004]含硅酸盐矿物含有丰富的磷、钾元素，但它们多以稳定的铝硅酸盐和磷灰石状态存在，不能直接被作物吸收和利用。硅酸盐细菌是土壤中一类特殊的细菌，对营养条件要求不高，世界各地分布十分广泛。硅酸盐细菌能通过代谢产生有机酸、多糖而释放出可溶态的磷、钾、硅等元素，而且具有一定的固氮能力，有利于植物的吸收和利用。土壤硅酸盐细菌不仅可挖掘土壤潜在肥力，还能加速硅酸盐固废风化成土进程，是重要土壤改良微生物。
[0005]硅藻的光化学性能与其全球所有雨林光合作用的总和相当，是水生生态系统中重要的初级生产者，其生产量约占地球初级生产量的60%。硅藻能将环境中的无机物合成自身需要的有机物，释放氧气，深刻影响着全球范围内C、N、O和Si等重要元素的生物地球化学循环。许多硅藻可适应低浓度氮、铁和磷等高度贫营养的环境中，生长迅速，可用于贫营养环境的生态修复。硅藻死亡后其细胞壁中的矿物质在固废中沉积，经过成岩作用后可形成硅藻土。

技术实现思路

[0006]本专利技术利用硅酸盐菌将含硅酸盐的固废分解，释放出钾、磷及游离硅，再利用硅藻的光合作用，将环境中的无机物转化成有机物保存在尾矿砂中，实现含硅酸盐物料的快速风化，加速其向土壤转化的同时增加其肥力。
[0007]本专利技术通过以下技术方案实现：（1）将含硅酸盐的物料破碎后倒入硅酸盐风化反应器；（2）向硅酸盐风化反应器中注入菌液，进行周期性浸出、沥干处理；（3）将硅酸盐风化反应器中沥出液引入硅藻反应器，与预先培养好的硅藻混匀，调节反应器中硅藻生长条件；（4）过滤分离硅藻反应器中的混合物，液体返回到硅酸盐风化反应器，含硅藻的固废与沥出的风化物料混合，形成富含营养且颗粒团聚的土壤。
[0008]优选的，步骤（1）中所述含硅酸盐的物料为含硅酸盐固废和/或含硅酸盐矿石。
[0009]进一步的，所述含硅酸盐固废为冶炼废渣、尾矿砂、建筑垃圾、废石及工业粉尘中的任一种或多种。
[0010]进一步的，所述含硅酸盐矿石为长石、云母、橄榄石、绿帘石、辉石、角闪石、硅灰石、滑石、高岭石、绿泥石、蛇纹石中的任一种或多种。
[0011]优选的，步骤（1）中所述含硅酸盐的物料中K2O的含量 ≥1%，进一步的，步骤（1）中所述含硅酸盐的物料中K2O的含量 ≥3%。
[0012]优选的，步骤（1）中所述含硅酸盐的物料破碎粒径为1mm～200mm。优选的，步骤（1）中所述含硅酸盐的物料破碎粒径为5mm～100mm。
[0013]优选的，步骤（2）中所述含硅酸盐的物料与菌液混合后，料浆质量浓度为1～50%。
[0014]优选的，步骤（2）中所述含硅酸盐的物料与菌液混合后，料浆浓度为5～30%；优选的，步骤（2）中所述的硅酸盐菌包括直接利用或间接利用硅酸盐矿物的代谢菌，或与其它微生物联合作用直接或间接利用硅酸盐矿物的代谢菌，或所述代谢菌的代谢产物或酶产物。
[0015]优选的，步骤（2）中所述的硅酸盐菌包括胶质芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、假单胞菌、多粘类芽孢杆菌和氧化亚铁硫杆菌等中的一种或多种的混合菌；优选的，步骤（2）中所述硅酸盐风化反应器的浸矿池中硅酸盐菌菌细胞浓度保持 ≥104cfu/ml。
[0016]进一步的，步骤（2）中所述硅酸盐菌菌液细胞浓度保持在106～109cfu/ml。
[0017]优选的，步骤（2）中所述周期性浸出的条件为pH为4～9，溶解氧在0.5～9mg/L，浸出时间在1h～480h。
[0018]进一步的，步骤（2）中所述周期性浸出的条件为pH为7.0～8.5，溶解氧在5～9mg/L，浸出时间在200h～480h。
[0019]优选的，步骤（3）中硅藻反应器中硅藻细胞细胞浓度 ≥104cells/L。
[0020]进一步的，步骤（3）中硅藻反应器中硅藻细胞细胞浓度≥2
×
106cells/L。
[0021]优选的，步骤（3）中加入氮、磷元素，控制其与溶液中硅的比例在1≤Si:P≤32，1≤N:P≤32之间。
[0022]进一步的，步骤（3）中加入氮、磷元素，控制其与溶液中硅的比例在10≤Si:P≤22和10≤N:P≤22之间。
[0023]优选的，步骤（3）中所述的硅藻生长条件为pH为6～9，反应时间在1h～480h。
[0024]进一步的，步骤（3）中所述的硅藻生长条件为pH为6.5～8.5，反应时间在160h～360h。
[0025]本专利技术的专利技术原理：含硅酸盐的固废在硅酸盐菌与其代谢产物共同作用下，其表面形成一个胞外多糖、有机酸、菌体与含含硅酸盐的固废构成的复合体，这种复合体的形式促进细菌细胞与矿物颗粒进一步接触，在水分子的作用下，使矿物晶格层间域增大，硅酸盐、硅铝酸盐、部分碳酸盐从含硅酸盐的固废中逐步释放，改变了固废结构，释放出游离硅，与此同时硅酸盐晶格发生变形或崩解。硅藻能利用游离硅合成硅质细胞壁，为植物、微生物分泌的碳酸酐酶提供质子缓冲器，有助于碳酸酐酶有效的捕集环境中的无机碳，加速碳循环的同时将无机碳转
化为有机碳固定下来。硅藻死后，坚固多孔的细胞壁外壳沉于矿物中，可吸附尾矿砂中的重金属元素，实现重金属污染物的原位固定化。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术可利用硅酸盐菌将含硅酸盐的物料进行快速生物风化。
[0027]2、硅酸盐菌促进含硅酸盐物料结构脆化的同时加速游离硅的溶出，溶出的游离硅被硅藻吸收利用，硅藻死后形成硅藻土，增加土壤肥力，实现含硅酸盐固废的快速土壤化，硅藻生长还能吸收空气中的CO2，增加碳汇。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的工艺流程图。
具体实施方式
[0029]下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变换或替换，均属于本专利技术的保护范围。
[0030]实施例1（1）某钾矿场的斑状结构富钾采矿废石，矿石中K2O的含量为11%，主要矿物组成为钾长石、绢云母、碱性辉岩、绿泥石，破碎为1mm的砂石后倒入浸矿池；（2）调节矿浆浓度为5%，调节pH为6～7，接入对数生长期的胶质芽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅酸盐物料风化成土及资源化利用的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将含硅酸盐的物料破碎后倒入硅酸盐风化反应器；（2）向硅酸盐风化反应器中注入菌液，进行周期性浸出、沥干处理；（3）将硅酸盐风化反应器中沥出液引入硅藻反应器，与预先培养好的硅藻混匀，调节反应器中硅藻生长条件；（4）过滤分离硅藻反应器中的混合物，液体返回到硅酸盐风化反应器，含硅藻的固废与沥出的风化物料混合，形成土壤。2.根据权利要求1所述的硅酸盐物料风化成土及资源化利用的方法，其特征在于步骤（1）中所述含硅酸盐的物料为含硅酸盐固废和/或含硅酸盐矿石，所述含硅酸盐固废为冶炼废渣、尾矿砂、建筑垃圾、废石及工业粉尘中的任一种或多种，所述含硅酸盐矿石为长石、云母、橄榄石、绿帘石、辉石、角闪石、硅灰石、滑石、高岭石、绿泥石、蛇纹石中的任一种或多种。3.根据权利要求1所述的硅酸盐物料风化成土及资源化利用的方法，其特征在于步骤（1）中所述含硅酸盐的物料中K2O的含量 ≥1%，所述含硅酸盐的物料破碎粒径为1mm～200mm。4.根据权利要求1所述的硅酸盐物料风化成土及资源化利用的方法，其特征在于步骤（2）中所述含硅酸盐的物料与菌液混合后，料浆质量浓度为1～50...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡学伟，张云，田森林，黄建洪，赵群，李英杰，宁平，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：