一种微生物预处置钢渣的方法

技术领域

本发明涉及微生物学科、材料学科和土木工程领域的交叉科学技术领域，特别是涉及一种微生物预处置钢渣的方法。

背景技术

随着钢铁产量的增加，炼钢过程产生的固体废弃物也逐年增加。目前我国钢渣的回收率可达80％，钢渣综合利用率却仅为20％。大量的钢渣处于堆积状态，仅少量钢渣用于水泥辅助材料、道路基层、回填材料等。2018年，《中华人民共和国环境保护税法》正式实施，钢铁行业面临冶金渣排放25元/t的环保税压力，2019年发改委发布《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》，明确提出要提高钢渣的综合利用率。建材化利用是消纳钢渣的重要途径，但需要解决钢渣稳定性差的问题。

某小区多栋楼房的内墙、外立面出现不同程度的鼓包、崩落等问题，因将未处理的钢渣作为骨料掺入混凝土中，钢渣内部的游离氧化钙颗粒会吸水膨胀，产生不均匀的体积变化，使结构物产生鼓包、开裂、弯曲现象，给居民的生活带来严重的安全隐患。同样的事故还发生在我国多个城市，在混凝土圈内“谈渣色变”被广为流传。

钢渣与石子相比，具有抗压强度高、密度高、硬度大、易磨指数更低等优点，因此钢渣骨料可作为天然骨料的替代品应用于混凝土中。研究表明，掺入钢渣骨料的混凝土具有更高的抗压强度和耐水性。若将钢渣安定性问题解决，则会在土木工程材料和混凝土领域中有独特的前景。

传统的钢渣处置方法在实际工程中无法满足稳定性的要求，亟需提供一种技术先进、绿色环保、能耗低的方法。推广先进的钢渣处理工艺，不仅推动钢铁行业的绿色可持续发展，对社会环境也有着重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种低成本、低资源消耗、绿色环保、工艺简单、周期短的微生物预处置钢渣的方法，本方法由于微生物的加入，加速钢渣中游离氧化钙等矿物的溶出与转化，使得处置后的钢渣骨料f-CaO含量低，使处置后的钢渣体积安定性良好，安定性满足要求，后期可作为钢渣骨料应用于混凝土中。

本发明是这样实现的，一种基于微生物预处置钢渣的方法，包括如下步骤：

1)制备微生物菌液：

将巴氏芽孢杆菌按培养基2％的质量分数接种到灭菌后的培养基中，pH控制在6～8，在恒温振荡培养箱中培养12～24h，得到浓度为10

再将6.01g～24.04g的尿素加入到上述菌液中，搅拌均匀，继续恒温振荡培养0.5～1h，获得微生物菌液，取出待用。

2)浸泡：

将钢渣浸泡在装有微生物菌液的烧杯中，浸泡时间为12～72h。

优选的，每升培养基中含有4～7g牛肉膏、3～9g蛋白胨。

优选的，所述恒温振荡培养箱中养护的条件为：在温度为32℃～38℃，转速为160～180r/min的条件下养护。

优选的，浸泡时，微生物菌液与钢渣按照质量比为0.2～1.25的比例混合。

优选的，所述钢渣为经筛分机筛选后，选用粒径为4.75～9.5mm的钢渣。

所述巴氏芽孢杆菌源于德国微生物菌种保藏中心，菌种编号为：DSMZ33，经活化后培养。

本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明提供的对钢渣进行预处置的方法，采用微生物浸泡工艺对钢渣进行改性，一方面使钢渣安定性合格达到预处置的效果，另一方面使钢渣可作为一种合格的骨料应用于混凝土工程中，可有效避免传统方式处置钢渣周期长、稳定性差、工艺复杂等问题。

2、本发明采用的巴氏芽孢杆菌具有较高的脲酶活性，能快速催化尿素水解生成碳酸根离子，同时细菌表面带有负电荷，利用细菌细胞之间的静电作用，吸引溶液环境中的钙离子团聚在细胞表面，微生物作为成核位点，这一过程加速了钢渣中C

附图说明

图1是本发明实施例提供的不同微生物用量、不同尿素用量处置钢渣效果图；

图2是本发明实施例提供的不同浸泡时间处置钢渣效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所用的巴氏芽孢杆菌来源于德国微生物菌种保藏中心，菌种编号为：DSMZ33，经活化后培养。

实施例1

(1)制备微生物菌液：在锥形瓶中加入400mL的去离子水，随后加入1.6g牛肉膏、2g蛋白胨。pH调置为6～8，并将培养基置于120℃的灭菌锅中灭菌40～60min，取出冷却。随后在无菌操作台中接入巴氏芽孢杆菌种液，在温度为32℃～38℃，转速为160～180r/min的恒温振荡培养箱中培养12～24h，得到浓度为10

将上述菌液从培养箱中取出，随后加入6.01g尿素，搅拌均匀，再放入恒温振荡培养箱中继续培养0.5h，将制备好的微生物菌液取出待用。

(2)经筛分机筛选后选用粒径为4.75～9.5mm，100g钢渣，放入烧杯中待用。

(3)将100g钢渣浸泡在20mL的微生物菌液中，浸泡24h。

各物质用量见表1。

采用EDTA标准溶液法测试钢渣内部游离氧化钙的含量，结果为2.87％，达到规范使用要求。

表1预处置钢渣用量

此外，本实施例还可将钢渣浸泡在40、60、80或100mL的微生物菌液中。

实施例2

与实施例1不同的是

(1)将菌液从培养箱中取出，随后加入18.03g尿素，搅拌均匀，再放入恒温振荡培养箱中继续培养0.5h，将制备好的微生物菌液取出待用。

(2)将100g钢渣浸泡在40mL的微生物菌液中，浸泡48h。

各物质用量见表2。

采用EDTA标准溶液法测试钢渣内部游离氧化钙的含量，结果为2.9％，达到规范使用要求。

表2预处置钢渣用量

此外，本实施例还可将钢渣浸泡在20、60、80或100mL的微生物菌液中。

实施例3

与实施例1不同的是

(1)将微生物菌液从培养箱中取出，随后加入24.04g尿素，搅拌均匀，再放入恒温振荡培养箱中继续培养0.5h，将制备好的微生物菌液取出待用。

(2)将100g钢渣浸泡在80mL的微生物菌液中，浸泡24h。

各物质用量见表3。

采用EDTA标准溶液法测试钢渣内部游离氧化钙的含量，结果为2.89％，达到规范使用要求。

表3预处置钢渣用量

此外，本实施例还可将钢渣浸泡在20、40、60或100mL的微生物菌液中。

实施例4

与实施例1不同的是

(1)将微生物菌液从培养箱中取出，随后加入12.02g尿素，搅拌均匀，再放入恒温振荡培养箱中继续培养0.5h，将制备好的微生物菌液取出待用。

(2)将100g钢渣浸泡在60mL的微生物菌液中，浸泡72h。

各物质用量见表4。

采用EDTA标准溶液法测试钢渣内部游离氧化钙的含量，结果为2.5％，达到规范使用要求，效果最佳。

表4预处置钢渣用量

此外，本实施例还可将钢渣浸泡在20、40、80或100mL的微生物菌液中。

结合附图1、2可以看出，尿素浓度相同时，EDTA消耗量随着微生物掺量的增加呈现先降低后趋于相对稳定的趋势。此外图中数据可知，当微生物的掺量为60mL，尿素用量为12.02g，时间为72h时，钢渣骨料中游离氧化钙含量处置效果最佳。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。