CN108220197A - 一种黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，属于道路工程领域。该方法将巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)或巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中的一种或几种配合使用。利用巴氏芽孢杆菌在黄金尾矿渣的孔隙中沉积生成碳酸钙结晶，提高其力学性能和稳定性，固定尾矿渣中的重金属和贵金属离子。利用枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌或巨大芽孢杆菌分解黄金尾矿渣中的氰化物。本发明利用“机械翻耕+多轮注浆”的方法，使微生物、黄金尾矿渣、胶结液三者充分的混合接触，以达到生成碳酸钙结晶加固尾矿渣和降解氰化物的目的。本方法具有无二次污染，成本低廉、制备方法简单及资源利用率高的特点，可实现对尾矿渣的多渠道、大规模资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，属于道路工程领域。
背景技术
金矿开采过程中，剥离及掘进时产生的无工业价值的矿床围岩和岩石称为废石。矿石提取黄金精矿后所排出的废渣即为黄金尾矿。黄金生产一般采用氰化提金法，在此工艺过程中必须加入氰化物，导致尾矿也残留一定量的氰。由于黄金尾矿多采用库存方式处理，随着黄金生产规模的扩大和开采历史的延长，黄金尾矿堆积量逐年增加，不仅占用大量土地，污染大气、地表水和地下水；而且很多尾矿库超期或超负荷使用，甚至违规操作，使尾矿库存在极大安全隐患。目前，我国金属尾矿的综合利用率平均不到10％，大大滞后于其他大宗固体废弃物。从环境保护角度出发，必须对这些黄金尾矿进行处理，避免二次污染；从资源保护角度，对黄金尾矿加以利用可以变废为宝，化害为利，缓解我国经济发展与生态环境破坏、资源短缺的突出矛盾。提高了矿产资源的综合利用程度。
微生物固土技术是一类生态、环保的固土方法。微生物注浆固土主要是通过交替注入微生物菌液和胶结液，利用微生物诱导碳酸钙结晶技术(MICP技术)，在土颗粒间孔隙中析出碳酸钙结晶，胶结与填充土颗粒进而起到加固土体的作用。目前工程上主要利用微生物注浆固化砂土和粉土。
黄金尾矿属于固体废料，pH＞10，呈碱性。尾矿中SiO2、CaO含量较高，同时含有一定量的Fe2O3、Al2O3、MgO和少量贵金属(如Au、Ag)、重金属(如Cu、Pb、Zn)。矿物相通常以石英、长石、云母类、黏土类及残留金属矿物为主等；矿物粒度很细，泥化现象严重等。从现行公路设计、验收等规范或标准要求来看，黄金尾矿的无侧限抗压强度值、回弹模量、加州承载比(CBR)等指标均不能满足相关要求。因此，黄金尾矿不能直接作为路基填筑材料用于公路和市政道路路基使用。
现有技术一的技术方案
尾矿库堆存：对于使用全泥氰化-炭浆法提金后的尾矿，使用传统的碱性氯化法处理氰化物后排至尾矿库堆存，或者是对尾矿压滤后干式堆存。
现有技术一的缺点
对尾矿进行堆存处理，会占用大量的土地，毁坏大量的农用和林用土地。
现有技术二的技术方案
焚烧法：焚烧法是固体废物高温分解和深度氧化的综合处理过程。通过焚烧可以使其中的有机物氧化分解，达到减容、去毒、回收能量及副产品等目的。
现有技术二的缺点
此种方法投资大、能耗高、成本高，回收利用生产效率低，这种高投入、低产出的生产方法是不经济的。
现有技术三的技术方案
自然降解法：自然降解法是以自然方式去除氰化物，借助自然氧化、挥发、阳光曝晒分解等自然发生的物理、化学作用，使氰化物解离，重金属离子沉淀。
现有技术三的缺点
自然降解法需足够的净化时间和氧交换面积，以及良好的地下防渗层等，具有投资少、生产费用低等优点。但该法存在占地面积大，过程缓慢，受自然因素影响大，排放废物难达标，尤其是铁氰络合物难奏效等缺点。
发明内容
技术问题：现有的黄金尾矿渣处理技术，存在环境污染严重、投入高、生产效率低、投资大、能耗高、成本高，无法有效工业应用等技术问题，很难做到大规模大批量的处理，相较于黄金尾矿渣的产生速度作用不大。本发明利用节能、环保、无污染的微生物复合技术，对赤泥进行环境处理的同时又强化其力学性能，使其达到土木工程中地基使用的要求，为尾矿渣大规模、工业化治理提供新的方法。
技术方案
本发明的原理为：本发明将同属芽孢杆菌属的巴氏芽孢杆菌(Bacilluspasteurii)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)或巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中的一种或几种配合使用。利用巴氏芽孢杆菌(S.pasteurii)在黄金尾矿渣的孔隙中沉积生成碳酸钙结晶，胶结填充尾矿渣颗粒，不但能显著提高其力学性能和稳定性，还能固定尾矿渣中的重金属和贵金属离子。而利用枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌或巨大芽孢杆菌分解黄金尾矿渣中的氰化物，去除其对大气、地表水和地下水的污染。针对黄金尾矿渣矿物粒度很细，泥化现象严重的特点，本发明利用“机械翻耕+注浆”的方法，首先边翻耕边喷洒菌液将微生物菌液和尾矿渣充分均匀混合，然后多轮注浆的方法为分布到尾矿渣中的微生物提供营养物质和胶结液，以达到生成碳酸钙结晶加固尾矿渣和降解氰化物的目的。
一种黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，其特征在于该方法步骤如下：
(1)碎磨：将结块的尾矿渣进行破碎和磨碎；
(2)菌种采集培养：从尾矿库含氰尾矿渣附近的表层土壤中采集降氰菌种放入液体培养基中，并在其内接种巴氏芽孢杆菌，通过划线分离和不同梯度含氰培养液驯化培养后，进行菌种的逐级扩大培养，得到驯化后的复合菌群，菌群由巴氏芽孢杆菌(Bacilluspasteurii)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)或巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中的一种或几种组合而成。1L液体培养基中包含5.0g的大豆蛋白胨、15.0g的胰蛋白胨、5.0g的氯化钠以及10g的尿素，培养基pH控制在7.3，将完成驯化的菌群连同液体培养基与无菌大豆蛋白粉按1∶1的质量体积比混合，静置24h后，制得菌液3①。
(3)地基铺设：均匀铺设黄金尾矿渣层厚度在20cm～50cm左右；
(4)翻耕接种：对黄金尾矿渣层进行机械翻耕，一边翻耕一边将菌液3①均匀的喷洒到矿渣层上，接种量为15～30L/t混合料，充分混合均匀；
(5)重复(3)、(4)操作，铺设多层矿渣层，直至达到设计的地基层厚度；
(6)整平场地，将注浆花管1垂直打入黄金尾矿渣层7中；在整平的场地上布置注浆孔，通过注浆花管1，首先向待固黄金尾矿渣层7中注入待固孔隙体积1.5倍的营养液3②，每1L的营养液3②包含：5.0g的大豆蛋白胨、20g的胰蛋白胨、6.0g的氯化钠以及15g的尿素、2g的硫酸镁、5g的磷酸二氢钾；再注入与营养液3②等体积的浓度为0.5mol/L～1.0mol/L的尿素与CaCl2混合而成的胶结液4；
(7)利用空气压缩机6向待固黄金属矿渣层8中注入体积为待固土体8孔隙体积1.5倍的压缩空气，静置12h；
(8)向待固矿渣层8中注入待固土体8孔隙体积1.5倍的胶结液4，静置12h；
(9)反复进行(6)、(7)、(8)操作，直至待固矿渣层8强度达到要求或注浆液体(菌液3①或胶结液4)无法注入待固矿渣层8中时，停止注浆；注浆完成后，拔除场地上所有注浆管。
所述的黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，其特征在于所用复合菌群由巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)或巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中的一种或几种组合而成。
所述的黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，其特征在于步骤(6)中的营养液3②包含：5.0g的大豆蛋白胨、20g的胰蛋白胨、6.0g的氯化钠以及15g的尿素、2g的硫酸镁、5g的磷酸二氢钾。
所述的黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，其特征在于步骤(7)中采用注入压缩空气的方法为氰化物的分解提供了所需的氧气，加快了氰化物的生物降解速度。
所述的黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，其特征在于生物降解固化处理后的尾矿渣其力学性能和环境指标满足工程应用的要求，可用于公路路基填筑工程，实现尾矿渣的大规模治理。
本发明的有益效果：
(1)巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)或巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中的一种或几种组合使用，既可以分解黄金尾矿渣中的氰化物，又可以起到固化黄金尾矿渣用作土木工程填筑材料的作用，可快速处理大量黄金尾矿渣，开拓一条黄金尾矿渣处理利用的新途径。
(2)利用机械翻耕加注浆的方法，可以实现微生物菌液和尾矿渣的充分均匀混合；对营养液和胶结液采用多轮注浆的方法，可以为分布到尾矿渣中的微生物提供充足的营养物质和胶结液，使氰化物得到充分的降解并使固化后的黄金尾矿渣达到很高的强度。
(3)经微生物复合处理后的黄金尾矿渣其力学特性、水稳定性等性能都有明显的提高，可以满足工程使用的要求。研究表明，经微生物处理之后，黄金尾矿渣的7天非浸水抗压强度提升至1.6MPa，7天浸水抗压强度提升至1.54MPa。
(4)经微生物复合处理后的黄金尾矿渣，其中含有的有毒氰化物得到分解(剩余含量低于初始含量的1％)、重金属离子得到固定，避免对地下水、雨水等环境的污染。
(5)整个黄金尾矿渣处理过程在常温、常压条件下进行，具有无氰根积累和无二次污染的优点，可有效脱除氰化物、操作简便，具备良好的生物相容性等优势。
附图说明
图1注浆示意图
附图标记：1-注浆花管，2-注浆泵，3①-菌液，3②-营养液，4-胶结液，5-阀门，6-空气压缩机，7-尾矿渣地基，8-待固尾矿渣
具体实施方式
黄金尾矿渣来源是山东黄金集团，主要成分为SiO2。其中，pH＞10.0，化学成分如下表1所示：
表1
| 组分 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | MgO | CaO | Na2O |
| 含量/％ | 65～85 | 5～15 | 1～4 | 0.5～8 | 0.5～2 | 0.5～4 |
实施例1
在本例中，黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法用于处理尾矿渣地基，该方法包括以下步骤：
(1)碎磨：将结块的尾矿渣进行破碎和磨碎；
(2)菌种采集培养：从尾矿库含氰尾矿渣附近的表层土壤中采集降氰菌种放入液体培养基中，并在其内接种巴氏芽孢杆菌，通过划线分离和不同梯度含氰培养液驯化培养后，进行菌种的逐级扩大培养，得到驯化后的复合菌群，菌群由巴氏芽孢杆菌(Bacilluspasteurii)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)或巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中的一种或几种组合而成。1L液体培养基中包含5.0g的大豆蛋白胨、15.0g的胰蛋白胨、5.0g的氯化钠以及10g的尿素，培养基pH控制在7.3，将完成驯化的菌群连同液体培养基与无菌大豆蛋白粉按1∶1的质量体积比混合，静置24h后，制得菌液3①；
(3)地基铺设：均匀铺设黄金尾矿渣层厚度在30cm左右；使用机械翻耕待处理矿渣层，翻耕深度为30cm，在翻耕土壤的过程中向尾矿渣施加菌液3①，接种量为15L/t，与黄金尾矿渣充分搅拌混合均匀；
(4)重复(3)操作，铺设多层矿渣层，直至达到设计的地基层厚度1.5m；
(5)整平场地，将注浆花管1垂直打入黄金尾矿渣层7中；
(6)在整平的场地上布置注浆孔，通过注浆花管1，首先向待固黄金尾矿渣层7中注入待固孔隙体积1.5倍的营养液3②，每1L的营养液2包含：5.0g的大豆蛋白胨、20g的胰蛋白胨、6.0g的氯化钠以及15g的尿素、2g的硫酸镁、5g的磷酸二氢钾；再注入与营养液3②等体积的浓度为0.75mol/L的尿素与CaCl2混合而成的胶结液4；
(7)利用空气压缩机6向待固黄金属矿渣层8中注入待固土体8孔隙体积1.5倍的压缩空气，静置12h；
(8)利用注浆管往待固土体8中注入其孔隙体积1.5倍的胶结液4，静置12h；
(9)利用注浆管往待处理地层中交替注入营养液3②、空气以及胶结溶液4，交替注浆次数为6次；
(10)注浆完成后，拔除场地上所有注浆管。
应用及效果：地基承载力以及土壤的毒性均满足要求，无侧限抗压强度增加到1.1MPa，pH值降低至7.8；矿渣中所含的氰化物由初始的423mg/kg在30天后降到4.11mg/kg。
实施例2
在本例中，黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法用于处理尾矿渣地基，该方法包括以下步骤：
(1)碎磨：将结块的尾矿渣进行破碎和磨碎；
(2)菌种采集培养：从尾矿库含氰尾矿渣附近的表层土壤中采集降氰菌种放入液体培养基中，并在其内接种巴氏芽孢杆菌，通过划线分离和不同梯度含氰培养液驯化培养后，进行菌种的逐级扩大培养，得到驯化后的复合菌群，菌群由巴氏芽孢杆菌(Bacilluspasteurii)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)或巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中的一种或几种组合而成。1L液体培养基中包含5.0g的大豆蛋白胨、15.0g的胰蛋白胨、5.0g的氯化钠以及10g的尿素，培养基pH控制在7.3，将完成驯化的菌群连同液体培养基与无菌大豆蛋白粉按1∶1的质量体积比混合，静置24h后，制得菌液3①；
(3)地基铺设：均匀铺设黄金尾矿渣层厚度在50cm左右；使用机械翻耕待处理矿渣层，翻耕深度为50cm，在翻耕土壤的过程中向土壤施加菌液3①，菌液3①的接种量为30L/t，与黄金尾矿渣充分搅拌混合均匀；
(4)重复(3)操作，铺设多层矿渣层，直至达到设计的地基层厚度2.5m；
(5)整平场地，将注浆花管1垂直打入黄金尾矿渣层7中；
(6)在整平的场地上布置注浆孔，通过注浆花管1，首先向待固黄金尾矿渣层7中注入待固孔隙体积2.5倍的营养液3②，每1L的营养液3②包含：5.0g的大豆蛋白胨、20g的胰蛋白胨、6.0g的氯化钠以及15g的尿素、2g的硫酸镁、5g的磷酸二氢钾；再注入与营养液3②等体积的浓度为0.5mol/L的尿素与CaCl2混合而成的胶结液4；
(7)利用空气压缩机6向待固黄金尾矿渣层8中注入体积为待固土体8孔隙体积1.5倍的压缩空气，静置24h；
(8)利用注浆管往待待固黄金尾矿渣层注入胶结溶液4，静置24h；
(9)利用注浆管往待处理地层中交替注入营养液3②、空气以及胶结溶液4，交替注浆次数为8次；
(10)注浆完成后，拔除场地上所有注浆管。
应用及效果：地基承载力以及土壤的毒性均满足要求，无侧限抗压强度增加到1.6MPa，pH值降低至7.4；矿渣中所含的氰化物由初始的423mg/kg在30天后降到4.84mg/kg。
Claims (5)
1.所述的黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，其特征在于所用复合菌群为巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)或巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中的一种或几种组合使用。
2.所述的黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，其特征在于该方法步骤如下：
(1)碎磨：将结块的尾矿渣进行破碎和磨碎；
(2)菌种采集培养：从尾矿库含氰尾矿渣附近的表层土壤中采集降氰菌种放入液体培养基中，并在其内接种巴氏芽孢杆菌，通过划线分离和不同梯度含氰培养液驯化培养后，进行菌种的逐级扩大培养，得到驯化后的复合菌群，菌群由巴氏芽孢杆菌(Bacilluspasteurii)与枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)或巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)中的一种或几种组合而成。1L液体培养基中包含5.0g的大豆蛋白胨、15.0g的胰蛋白胨、5.0g的氯化钠以及10g的尿素，培养基pH控制在7.3，将完成驯化的菌群连同液体培养基与无菌大豆蛋白粉按1∶1的质量体积比混合，静置24h后，制得菌液3①。
(3)地基铺设：均匀铺设黄金尾矿渣层厚度在20cm～50cm左右；
(4)翻耕接种：对黄金尾矿渣层进行机械翻耕，一边翻耕一边将菌液3①均匀的喷洒到矿渣层上，接种量为15～30L/t混合料，充分混合均匀；
(5)重复(3)、(4)操作，铺设多层矿渣层，直至达到设计的地基层厚度；
(6)整平场地，将注浆花管1垂直打入黄金尾矿渣层7中；在整平的场地上布置注浆孔，通过注浆花管1，首先向待固黄金尾矿渣层7中注入待固孔隙体积1.5倍的营养液3②，每1L的营养液3②包含：5.0g的大豆蛋白胨、20g的胰蛋白胨、6.0g的氯化钠以及15g的尿素、2g的硫酸镁、5g的磷酸二氢钾；再注入与营养液3②等体积的浓度为0.5mol/L～1.0mol/L的尿素与CaCl2混合而成的胶结液4；
(7)利用空气压缩机6向待固黄金尾矿渣层8中注入体积为待固土体8孔隙体积1.5倍的压缩空气，静置12h；
(8)向待固矿渣层8中注入待固土体8孔隙体积1.5倍的胶结液4，静置12h；
(9)反复进行(6)、(7)、(8)操作，直至待固矿渣层8强度达到要求或注浆液体(菌液3①或胶结液4)无法注入待固矿渣层8中时，停止注浆；注浆完成后，拔除场地上所有注浆管。
3.所述的黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，其特征在于步骤(6)中的营养液3②包含：5.0g的大豆蛋白胨、20g的胰蛋白胨、6.0g的氯化钠以及15g的尿素、2g的硫酸镁、5g的磷酸二氢钾。
4.所述的黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，其特征在于步骤(7)中采用注入压缩空气的方法为氰化物的分解提供了所需的氧气，加快了氰化物的生物降解速度。
5.所述的黄金尾矿渣微生物复合处理及应用方法，其特征在于生物降解固化处理后的尾矿渣其力学性能和环境指标满足工程应用的要求，可用于公路路基填筑工程，实现尾矿渣的大规模治理。
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