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微 生物 煤矸石/煤泥建材及其制造方法

阅读：1029发布：2020-05-11

专利汇可以提供微生物煤矸石/煤泥建材及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了微生物煤矸石/煤泥建材及其制备方法，具体配方为：煤矸石0~80份，煤泥0~30份，钢渣5~30份，垃圾焚烧飞灰5~50份、硅微粉2~10份，熟石灰 10~20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘5~50份，菌液10~40份，EVA乳液2~4份，硅烷偶联剂 0.1~0.5份，减水剂0~0.5份。通过本发明可制备获得多种微生物煤矸石煤泥建材制品，包括煤矸石煤泥混凝土、煤矸石煤泥砌块和煤矸石煤泥透水砖，制备方法绿色无污染，固废利用率高，具有良好的环境效益。，下面是微生物煤矸石/煤泥建材及其制造方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种微生物煤矸石/煤泥建材，其特征在于：由下列重量分数的原料制成：
煤矸石0 80份，煤泥0 30份，钢渣5 30份，垃圾焚烧飞灰5 50份、硅微粉2 10份，熟石灰~ ~ ~ ~ ~
10 20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘5 50份，菌液10 40份，EVA乳液2 4份，硅烷偶联剂0.1 0.5~ ~ ~ ~ ~
份，减水剂0 0.5份。
~
2.根据权利要求1所述的微生物煤矸石/煤泥建材，其特征在于：由下列重量分数的原料制成微生物煤矸石混凝土：
煤矸石50 80份，钢渣5 30份，垃圾焚烧飞灰5 50份、硅微粉2 10份，熟石灰10 20份，膨~ ~ ~ ~ ~
胀珍珠岩除尘器粉尘5 50份，菌液10 40份，EVA乳液2 4份，硅烷偶联剂0.1 0.5份，减水剂~ ~ ~ ~
0.2 0.5份。
~
3.根据权利要求1所述的微生物煤矸石/煤泥建材，其特征在于：由下列重量分数的原料制成微生物煤矸石煤泥混凝土：
煤矸石50 80份，煤泥15 30份，钢渣5 30份，垃圾焚烧飞灰5 50份、硅微粉2 10份，熟石~ ~ ~ ~ ~
灰10 20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘5 50份，菌液10 40份，EVA乳液2 4份，硅烷偶联剂0.1~ ~ ~ ~ ~
0.5份，减水剂0.2 0.5份。
~
4.根据权利要求1所述的微生物煤矸石/煤泥建材，其特征在于：由下列重量分数的原料制成微生物煤矸石砌块：
煤矸石50 80份，钢渣5 30份，垃圾焚烧飞灰5 50份、硅微粉2 10份，熟石灰10 20份，膨~ ~ ~ ~ ~
胀珍珠岩除尘器粉尘5 50份，菌液10 40份，EVA乳液2 4份，硅烷偶联剂0.1 0.5份。
~ ~ ~ ~
5.根据权利要求1所述的微生物煤矸石/煤泥建材，其特征在于：由下列重量分数的原料制成微生物煤泥砌块：
煤泥15 30份，钢渣5 30份，垃圾焚烧飞灰5 50份、硅微粉2 10份，熟石灰10 20份，膨胀~ ~ ~ ~ ~
珍珠岩除尘器粉尘5 50份，菌液10 40份，EVA乳液2 4份，硅烷偶联剂0.1 0.5份。
~ ~ ~ ~
6.根据权利要求1所述的微生物煤矸石/煤泥建材，其特征在于：由下列重量分数的原料制成微生物煤矸石煤泥透水砖：
煤矸石60 80份，煤泥15 30份，钢渣5 30份，垃圾焚烧飞灰5 50份、硅微粉2 10份，熟石~ ~ ~ ~ ~
灰10 20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘5 50份，菌液10 40份，EVA乳液2 4份，硅烷偶联剂0.1~ ~ ~ ~ ~
0.5份，减水剂0.2 0.5份。
~
7.根据权利要求1至6任一所述的微生物煤矸石/煤泥建材，其特征在于：所述菌液中的微生物为具有矿化沉积功能的矿化菌，即单菌或混菌，或者为适应生产工艺和环境而通过微生物驯化得到的单菌或混菌。
8.根据权利要求7所述的微生物煤矸石/煤泥建材，其特征在于：微生物为具有矿化沉积功能的微生物KJ01菌种，该KJ01菌种已于2018 年3月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.15516），进行筛选、活化和培养得到菌液，浓度为(1.0 1.4)×109个/mL。
~
9.根据权利要求8所述的微生物煤矸石/煤泥建材，其特征在于：所述硅微粉包括甲级硅酸钠、甲级硅酸钾或者聚硅氧烷；所述硅烷偶联剂为KH550、KH560或者KH570。
10.根据权利要求1至6任一所述的微生物煤矸石/煤泥建材的制备方法，其特征在于：
包括如下步骤：
（1）、将煤矸石、煤泥、钢渣份、垃圾焚烧飞灰、硅微粉、熟石灰、膨胀珍珠岩除尘器粉尘、减水剂混合均匀；
（2）、将制备的菌液与EVA乳液、硅烷偶联剂混合均匀；
（3）、将步骤（2）制备的混合液加入到步骤（1）制备的固体骨料和粉料混合物中搅拌均匀，进行微生物矿化沉积培养数小时，然后入模具成型，成型工艺包括浇筑振捣成型或者挤压成型。

说明书全文

微 生物 煤矸石/煤泥建材及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及新型建筑材料领域，具体为一种微生物煤矸石/煤泥建材及其制造方法。

背景技术

[0002] 煤矸石和煤泥是采煤和洗选煤过程中产生的固体废弃物。煤矸石和煤泥已成为积存量和年产量最大、占用堆积场地最多的工业废弃物，对环境和社会带来一系列问题。煤矸石堆存占用大量土地，造成耕地、林地的面积减少；因煤矸石自燃产生SO2、NOx等有毒有害气体，有毒有害元素也会随着雨水淋溶和渗滤而污染地下水体和土壤，对生态环境造成严重危害；煤炭企业每年还需要投入大量资金用于解决煤矸石土地的征用、矸石山的污染以及应对山体滑坡和泥石流等自然灾害等问题。因此，加大煤矸石和煤泥的资源化综合利用已经当务之急。

[0003] 传统煤矸石和煤泥在建筑领域的应用主要是用于制备烧结砖或路基填埋。但是煤矸石烧结砖耗能高、产生二次污染，并且煤矸石烧结砖使用过程中存在强度低、易开裂等问题。此外，煤矸石和煤泥中还存在重金属等有害物质，如不加以处理就用于建筑材料，将会环境产生负面影响。

发明内容

[0004] 本发明目的是提出一种微生物煤矸石/煤泥建材及其制造方法，以解决煤泥和煤矸石在建筑材料中应用存在的问题，提高煤泥和煤矸石的资源化利用率。

[0005] 本发明是通过如下技术方案实现的：一种微生物煤矸石/煤泥建材，由下列重量分数的原料制成：
煤矸石0 80份，煤泥0 30份，钢渣5 30份，垃圾焚烧飞灰5 50份、硅微粉2 10份，熟石灰~ ~ ~ ~ ~
10 20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘5 50份，菌液10 40份，EVA乳液2 4份，硅烷偶联剂0.1 0.5~ ~ ~ ~ ~
份，减水剂0 0.5份。
~

[0006] 菌液中的微生物是指具有矿化沉积功能的矿化菌，即单菌或混菌，以及为适应生产工艺和环境而通过微生物驯化得到的单菌或混菌。微生物尤指具有矿化沉积功能的微生物KJ01菌种（已于2018年3月26日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心CGMCC，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，保藏编号为CGMCC No.15516，分类命名：气单胞菌，Aeromonas sp.）进行筛选、活化和培养得到的菌液。

[0007] KJ01菌液的制备方法如下：（1）、制备KJ01菌种的培养基：培养基每升各组分含量为蒸馏水1L、蛋白胨6g、牛肉膏4g、NaHCO3 0.45g、Na2CO3 0.6g。用1mol/L的氢氧化钠溶液将培养基pH值调整为pH=8，120℃高温灭菌20分钟；（2）、将KJ01菌种接种至上述液体培养基中，振荡培养24小时，获得菌液；然后将所得菌液用离心机以转速4000r/min离心20分钟，获得菌泥；（3）、将菌泥在灭菌后的蒸馏水中重悬，然后稀释获得所含菌体浓度为(1.0 1.4)×~109个/mL的菌液。

[0008] 本发明所采用的微生物是具有矿化沉积功能或具有生成粘结性能多糖功能的微生物。微生物产生的矿化沉积物或多糖并包裹煤矸石和煤泥，从而阻止煤矸石作为建材使用时由于浸水而出现重金属离子浸出并迁移到建材外部从而影响环境和正常使用。此外，微生物的矿化沉积物或多糖也具有粘结剂功能，与钢渣份、垃圾焚烧飞灰、硅微粉、熟石灰等材料结合形成胶结体系，将煤矸石、煤泥粘结形成建材，同时经过烘干工艺使得微生物煤矸石煤泥建材在短时间内产生较高的强度。

[0009] 煤矸石为经颚式破碎机破碎后粒径为0.15mm 4mm。~

[0010] 硅微粉（有机硅）包括甲级硅酸钠、甲级硅酸钾、聚硅氧烷等有机硅憎水剂。

[0011] 硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种。

[0012] 膨胀珍珠岩除尘器粉尘是生产膨胀珍珠岩的过程中珍珠岩膨胀时产生的碎屑经除尘器收集的粉尘，粒径小于0.1mm，化学成分与膨胀珍珠岩相同，以SiO2和Al2O3为主。

[0013] 表1 膨胀珍珠岩除尘器粉尘化学成分组成上述微生物煤矸石/煤泥建材的制备方法如下：（1）、将煤矸石、煤泥、钢渣份、垃圾焚烧飞灰、硅微粉、熟石灰、膨胀珍珠岩除尘器粉尘、减水剂等几种固体骨料和粉料混合均匀；
（2）、将制备的菌液与EVA乳液、硅烷偶联剂等几种液体混合均匀；（3）、将步骤（2）制备的混合液加入到步骤（1）制备的固体骨料和粉料混合物中搅拌均匀，进行微生物矿化沉积培养数小时，然后入模具成型。成型工艺包括浇筑振捣成型、挤压成型两种方式，制备出不同类型的微生物煤矸石/煤泥建材。

[0014] 本发明所述的微生物煤矸石煤泥建材及其制造方法具有如下特点：第一、采用微生物矿化沉积产物作为胶凝材料改性煤矸石和煤泥，并用来制造建筑材料，实现了煤矸石的大宗利用，可以解决煤矸石和煤泥堆存带来的环境影响。

[0015] 第二、采用微生物矿化沉积产物作为胶凝材料制造建筑材料，避免了使用水泥等传统胶结材料的，是一种绿色环保的建材制造方法，具有显著的环境效益和社会效益。

[0016] 第三，通过微生物的矿化沉积产物包裹煤矸石和煤泥，可以减少煤矸石和煤泥中有害物质浸出，提高煤矸石和煤泥建材制品的使用安全性和环保性。

[0017] 本发明设计合理，可制备获得多种微生物煤矸石煤泥建材制品，包括煤矸石煤泥混凝土、煤矸石煤泥砌块和煤矸石煤泥透水砖，制备方法绿色无污染，固废利用率高，具有良好的环境效益，具有很好的实际应用价值。

具体实施方式

[0018] 下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

[0019] 实施例1微生物煤矸石混凝土可以由下列重量分数范围的原料制成：煤矸石50 80份，钢渣5 30~ ~
份，垃圾焚烧飞灰5 50份、硅微粉2 10份，熟石灰10 20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘5 50份，~ ~ ~ ~
菌液10 40份，EVA乳液2 4份，硅烷偶联剂0.1 0.5份，减水剂0.2 0.5份。
~ ~ ~ ~

[0020] 本实施例所述的微生物煤矸石混凝土按以下原材料重量份数制备：煤矸石80份，钢渣5份，垃圾焚烧飞灰5份、硅微粉2份，熟石灰20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘5份，菌液30份，EVA乳液2份，硅烷偶联剂KH560 0.1份，减水剂0.5份。

[0021] 菌液采用微生物KJ01菌种进行筛选、活化和培养得到的菌液。

[0022] 微生物煤矸石混凝土的制备方法：（1）、将煤矸石破碎至粒径为0.15mm 1mm的煤矸~石颗粒备用；（2）、将煤矸石、钢渣份、垃圾焚烧飞灰、硅微粉、熟石灰，膨胀珍珠岩除尘器粉尘，减水剂等几种固体骨料和粉料混合均匀；（3）、将制备的菌液与EVA乳液、硅烷偶联剂混合均匀；（4）、将步骤（3）制备的混合液加入到步骤（2）获得的固体混合料中搅拌均匀，进行微生物矿化沉积培养12小时，然后浇筑入模中振捣成型。

[0023] 采用上述方法制备的微生物煤矸石混凝土抗压强度45MPa，软化系数大于0.9。

[0024] 实施例2本实施例所述的微生物煤矸石煤泥混凝土按以下原材料重量份数制备：
煤矸石50份，煤泥30份，钢渣10份，垃圾焚烧飞灰15份、硅微粉10份，熟石灰20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘20份，菌液40份，EVA乳液4份，硅烷偶联剂KH560 0.1份，减水剂0.5份。

[0025] 菌液采用微生物KJ01菌种进行筛选、活化和培养得到的菌液。

[0026] 微生物煤矸石煤泥混凝土的制备方法：（1）、将煤矸石破碎至粒径为0.15mm 1mm的~煤矸石颗粒备用；（2）、将煤泥烘干并过100目筛备用；（3）、将煤矸石、煤泥、钢渣份、垃圾焚烧飞灰、硅微粉、熟石灰、膨胀珍珠岩除尘器粉尘、减水剂等几种固体骨料和粉料混合均匀；
（4）、将制备的菌液与EVA乳液、硅烷偶联剂混合均匀；（5）将步骤（4）制备的混合液加入到步骤（3）获得的固体混合料中搅拌均匀，进行微生物矿化沉积培养12小时，然后浇筑入模中振捣成型。

[0027] 采用上述方法制备的微生物煤矸石煤泥混凝土抗压强度37MPa，软化系数大于0.9。

[0028] 煤矸石破碎成颗粒状作为骨料使用，是煤矸石混凝土强度的主要来源之一。煤泥作为填料使用，主要是提高煤矸石煤泥混凝土的固废利用率。因此实施例1采用纯煤矸石时具有更高的抗压强度。而实施例2添加煤泥虽然降低了强度，但是提高了煤泥的固废利用率。

[0029] 实施例3微生物煤矸石砌块可以由下列重量分数的原料制成：煤矸石50 80份，钢渣5 30份，垃~ ~
圾焚烧飞灰5 50份、硅微粉2 10份，熟石灰10 20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘5 50份，菌液10~ ~ ~ ~
40份，EVA乳液2 4份，硅烷偶联剂0.1 0.5份。
~ ~ ~

[0030] 本实施例所述的微生物煤矸石砌块按以下原材料重量份数制备：煤矸石80份，钢渣30份，垃圾焚烧飞灰5份、硅微粉10份，熟石灰20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘5份，菌液20份，EVA乳液4份，硅烷偶联剂KH560 0.1份。

[0031] 菌液采用微生物KJ01菌种进行筛选、活化和培养得到的菌液。

[0032] 微生物煤矸石砌块的制备方法：（1）、将煤矸石破碎至粒径为1mm 2mm的煤矸石颗~粒备用；（2）、将煤矸石、钢渣份、垃圾焚烧飞灰、硅微粉、熟石灰，膨胀珍珠岩除尘器粉尘等几种固体骨料和粉料混合均匀；（3）、将制备的菌液与EVA乳液、硅烷偶联剂混合均匀；（4）、将步骤（3）制备的混合液加入到步骤（2）获得的固体混合料中搅拌均匀，进行微生物矿化沉积培养24小时，然后入模压制成型，压制成型压力为20MPa。

[0033] 采用上述方法制备的微生物煤矸石砌块抗压强度53MPa，软化系数大于0.9。

[0034] 实施例4微生物煤泥砌块可以由下列重量分数的原料制成：煤泥15 30份，钢渣5 30份，垃圾焚~ ~
烧飞灰5 50份、硅微粉2 10份，熟石灰10 20份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘5 50份，菌液10 40~ ~ ~ ~ ~
份，EVA乳液2 4份，硅烷偶联剂0.1 0.5份。
~ ~

[0035] 本实施例所述的微生物煤泥砌块按以下原材料重量份数制备：煤泥30份，钢渣30份，垃圾焚烧飞灰50份、硅微粉10份，熟石灰10份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘50份，菌液40份，EVA乳液2份，硅烷偶联剂KH560 0.5份。

[0036] 菌液采用微生物KJ01菌种进行筛选、活化和培养得到的菌液。

[0037] 微生物煤泥砌块的制备方法：（1）、煤泥烘干备用；（2）、将煤泥、钢渣份、垃圾焚烧飞灰、硅微粉、熟石灰，膨胀珍珠岩除尘器粉尘，减水剂等几种固体骨料和粉料混合均匀；（3）、将制备的菌液与EVA乳液、硅烷偶联剂混合均匀；（4）、将步骤（3）制备的混合液加入到步骤（2）获得的固体混合料中搅拌均匀，进行微生物矿化沉积培养12小时，然后入模挤压成型，成型压力20MPa。

[0038] 采用上述方法制备的微生物煤泥砌块抗压强度12MPa，软化系数大于0.9。

[0039] 实施例3采用煤矸石破碎成颗粒状作为骨料使用，是煤矸石砌块的主要来源之一，从而使其具有非常高的强度。实施例4煤泥仅作为填料使用，虽然砌块强度仅有12MPa，但是强度满足砌块的强度要求，更重要的是煤泥固废利用率大幅提高。

[0040] 实施例5本实施例所述的微生物煤矸石煤泥透水砖按以下原材料重量份数制备：煤矸石60份，煤泥15份，钢渣15份，垃圾焚烧飞灰24份、硅微粉18份，熟石灰16份，膨胀珍珠岩除尘器粉尘
5份，菌液10份，EVA乳液2份，硅烷偶联剂KH560 0.1份，减水剂0.2份。

[0041] 菌液采用微生物KJ01菌种进行筛选、活化和培养得到的菌液。

[0042] 微生物煤矸石煤泥透水砖的制备方法（1）、将煤矸石破碎至粒径为3mm 4mm的煤矸~石颗粒备用；（2）、将煤泥烘干并过100目筛备用；（3）、将煤矸石，煤泥、钢渣份、垃圾焚烧飞灰、硅微粉、熟石灰，膨胀珍珠岩除尘器粉尘，减水剂等几种固体骨料和粉料混合均匀；（4）、将制备的菌液与EVA乳液、硅烷偶联剂KH560混合均匀；（5）、将步骤（4）制备的混合液加入到步骤（3）获得的固体混合料中搅拌均匀，进行微生物矿化沉积培养12小时，然后入模挤压成型，成型压力20MPa。

[0043] 采用上述方法制备的微生物煤矸石煤泥透水砖，透水系数≥2.0×10-2cm/s，劈裂抗拉强度≥3MPa，抗冻性、耐磨性和防滑性均满足现行规范要求。

[0044] 实施例2采用的煤矸石破碎至粒径为0.15mm 1mm，而实施例5采用的煤矸石破碎至~粒径3mm 4mm。实施例5采用的大粒径煤矸石使得颗粒之间具有较大的间隙，从而使其具有~
透水效果，能够制备出透水砖。

[0045] 混凝土、砌块、透水砖在使用的材料形式上以石子、砂子、水泥为主，而本发明实施例是以煤矸石破碎得到不同粒径的煤矸石颗粒代替传统石子、砂子，并以微生物产生矿化产物结合一定的胶结材料替代水泥，从而形成微生物煤矸石煤泥混凝土。而砌块和透水砖是混凝土使用的两种形式，一般称为混凝土砌块、混凝土透水砖，是通过调整材料配比、骨料级配获得相应的强度和功能。

[0046] 应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

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