1.本發(fā)明屬于資源綜合利用領(lǐng)域，具體涉及一種硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法。

背景技術(shù)：

2.我國(guó)煤炭、化工、電力、鋼鐵、有色等行業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)，每年產(chǎn)生超35億噸的工業(yè)固廢，累計(jì)堆存量超620億噸，主要包括冶煉廢渣、尾礦砂、建筑垃圾、廢石及工業(yè)粉塵等，其成分以含硅酸鹽為主。

3.含硅酸鹽固廢的主要處置方式有提取回收其中的有價(jià)金屬、填充礦山采空區(qū)、生產(chǎn)新型建筑材料等。以上處置方式會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題：（1）回收有價(jià)金屬仍會(huì)產(chǎn)生新的固廢；（2）充填礦山采空區(qū)成本高；（3）生產(chǎn)建材運(yùn)輸成本高。土壤由巖石風(fēng)化而來(lái)，若能夠加速硅酸鹽礦物風(fēng)化，增加其中營(yíng)養(yǎng)元素含量，使其具有土壤屬性，則能夠?yàn)楹罄m(xù)的植物生長(zhǎng)提供必要的基質(zhì)環(huán)境，利于含硅酸鹽固廢的生態(tài)修復(fù)。

4.含硅酸鹽礦物含有豐富的磷、鉀元素，但它們多以穩(wěn)定的鋁硅酸鹽和磷灰石狀態(tài)存在，不能直接被作物吸收和利用。硅酸鹽細(xì)菌是土壤中一類特殊的細(xì)菌，對(duì)營(yíng)養(yǎng)條件要求不高，世界各地分布十分廣泛。硅酸鹽細(xì)菌能通過(guò)代謝產(chǎn)生有機(jī)酸、多糖而釋放出可溶態(tài)的磷、鉀、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。土壤硅酸鹽細(xì)菌不僅可挖掘土壤潛在肥力，還能加速硅酸鹽固廢風(fēng)化成土進(jìn)程，是重要土壤改良微生物。

5.硅藻的光化學(xué)性能與其全球所有雨林光合作用的總和相當(dāng)，是水生生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級(jí)生產(chǎn)者，其生產(chǎn)量約占地球初級(jí)生產(chǎn)量的60%。硅藻能將環(huán)境中的無(wú)機(jī)物合成自身需要的有機(jī)物，釋放氧氣，深刻影響著全球范圍內(nèi)c、n、o和si等重要元素的生物地球化學(xué)循環(huán)。許多硅藻可適應(yīng)低濃度氮、鐵和磷等高度貧營(yíng)養(yǎng)的環(huán)境中，生長(zhǎng)迅速，可用于貧營(yíng)養(yǎng)環(huán)境的生態(tài)修復(fù)。硅藻死亡后其細(xì)胞壁中的礦物質(zhì)在固廢中沉積，經(jīng)過(guò)成巖作用后可形成硅藻土。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

6.本發(fā)明利用硅酸鹽菌將含硅酸鹽的固廢分解，釋放出鉀、磷及游離硅，再利用硅藻的光合作用，將環(huán)境中的無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)物保存在尾礦砂中，實(shí)現(xiàn)含硅酸鹽物料的快速風(fēng)化，加速其向土壤轉(zhuǎn)化的同時(shí)增加其肥力。

7.本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：（1）將含硅酸鹽的物料破碎后倒入硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器；（2）向硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器中注入菌液，進(jìn)行周期性浸出、瀝干處理；（3）將硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器中瀝出液引入硅藻反應(yīng)器，與預(yù)先培養(yǎng)好的硅藻混勻，調(diào)節(jié)反應(yīng)器中硅藻生長(zhǎng)條件；（4）過(guò)濾分離硅藻反應(yīng)器中的混合物，液體返回到硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器，含硅藻的固廢與瀝出的風(fēng)化物料混合，形成富含營(yíng)養(yǎng)且顆粒團(tuán)聚的土壤。

8.優(yōu)選的，步驟（1）中所述含硅酸鹽的物料為含硅酸鹽固廢和/或含硅酸鹽礦石。

9.進(jìn)一步的，所述含硅酸鹽固廢為冶煉廢渣、尾礦砂、建筑垃圾、廢石及工業(yè)粉塵中的任一種或多種。

10.進(jìn)一步的，所述含硅酸鹽礦石為長(zhǎng)石、云母、橄欖石、綠簾石、輝石、角閃石、硅灰石、滑石、高嶺石、綠泥石、蛇紋石中的任一種或多種。

11.優(yōu)選的，步驟（1）中所述含硅酸鹽的物料中k2o的含量 ≥1%，進(jìn)一步的，步驟（1）中所述含硅酸鹽的物料中k2o的含量 ≥3%。

12.優(yōu)選的，步驟（1）中所述含硅酸鹽的物料破碎粒徑為1mm～200mm。優(yōu)選的，步驟（1）中所述含硅酸鹽的物料破碎粒徑為5mm～100mm。

13.優(yōu)選的，步驟（2）中所述含硅酸鹽的物料與菌液混合后，料漿質(zhì)量濃度為1～50%。

14.優(yōu)選的，步驟（2）中所述含硅酸鹽的物料與菌液混合后，料漿濃度為5～30%；優(yōu)選的，步驟（2）中所述的硅酸鹽菌包括直接利用或間接利用硅酸鹽礦物的代謝菌，或與其它微生物聯(lián)合作用直接或間接利用硅酸鹽礦物的代謝菌，或所述代謝菌的代謝產(chǎn)物或酶產(chǎn)物。

15.優(yōu)選的，步驟（2）中所述的硅酸鹽菌包括膠質(zhì)芽孢桿菌、環(huán)狀芽孢桿菌、假單胞菌、多粘類芽孢桿菌和氧化亞鐵硫桿菌等中的一種或多種的混合菌；優(yōu)選的，步驟（2）中所述硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器的浸礦池中硅酸鹽菌菌細(xì)胞濃度保持 ≥104cfu/ml。

16.進(jìn)一步的，步驟（2）中所述硅酸鹽菌菌液細(xì)胞濃度保持在106～109cfu/ml。

17.優(yōu)選的，步驟（2）中所述周期性浸出的條件為ph為4～9，溶解氧在0.5～9mg/l，浸出時(shí)間在1h～480h。

18.進(jìn)一步的，步驟（2）中所述周期性浸出的條件為ph為7.0～8.5，溶解氧在5～9mg/l，浸出時(shí)間在200h～480h。

19.優(yōu)選的，步驟（3）中硅藻反應(yīng)器中硅藻細(xì)胞細(xì)胞濃度 ≥104cells/l。

20.進(jìn)一步的，步驟（3）中硅藻反應(yīng)器中硅藻細(xì)胞細(xì)胞濃度≥2

×

106cells/l。

21.優(yōu)選的，步驟（3）中加入氮、磷元素，控制其與溶液中硅的比例在1≤si:p≤32，1≤n:p≤32之間。

22.進(jìn)一步的，步驟（3）中加入氮、磷元素，控制其與溶液中硅的比例在10≤si:p≤22和10≤n:p≤22之間。

23.優(yōu)選的，步驟（3）中所述的硅藻生長(zhǎng)條件為ph為6～9，反應(yīng)時(shí)間在1h～480h。

24.進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的硅藻生長(zhǎng)條件為ph為6.5～8.5，反應(yīng)時(shí)間在160h～360h。

25.本發(fā)明的發(fā)明原理：含硅酸鹽的固廢在硅酸鹽菌與其代謝產(chǎn)物共同作用下，其表面形成一個(gè)胞外多糖、有機(jī)酸、菌體與含含硅酸鹽的固廢構(gòu)成的復(fù)合體，這種復(fù)合體的形式促進(jìn)細(xì)菌細(xì)胞與礦物顆粒進(jìn)一步接觸，在水分子的作用下，使礦物晶格層間域增大，硅酸鹽、硅鋁酸鹽、部分碳酸鹽從含硅酸鹽的固廢中逐步釋放，改變了固廢結(jié)構(gòu)，釋放出游離硅，與此同時(shí)硅酸鹽晶格發(fā)生變形或崩解。硅藻能利用游離硅合成硅質(zhì)細(xì)胞壁，為植物、微生物分泌的碳酸酐酶提供質(zhì)子緩沖器，有助于碳酸酐酶有效的捕集環(huán)境中的無(wú)機(jī)碳，加速碳循環(huán)的同時(shí)將無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)

化為有機(jī)碳固定下來(lái)。硅藻死后，堅(jiān)固多孔的細(xì)胞壁外殼沉于礦物中，可吸附尾礦砂中的重金屬元素，實(shí)現(xiàn)重金屬污染物的原位固定化。

26.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明可利用硅酸鹽菌將含硅酸鹽的物料進(jìn)行快速生物風(fēng)化。

27.2、硅酸鹽菌促進(jìn)含硅酸鹽物料結(jié)構(gòu)脆化的同時(shí)加速游離硅的溶出，溶出的游離硅被硅藻吸收利用，硅藻死后形成硅藻土，增加土壤肥力，實(shí)現(xiàn)含硅酸鹽固廢的快速土壤化，硅藻生長(zhǎng)還能吸收空氣中的co2，增加碳匯。

附圖說(shuō)明

28.圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

29.下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不以任何方式對(duì)本發(fā)明加以限制，基于本發(fā)明教導(dǎo)所作的任何變換或替換，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

30.實(shí)施例1（1）某鉀礦場(chǎng)的斑狀結(jié)構(gòu)富鉀采礦廢石，礦石中k2o的含量為11%，主要礦物組成為鉀長(zhǎng)石、絹云母、堿性輝巖、綠泥石，破碎為1mm的砂石后倒入浸礦池；（2）調(diào)節(jié)礦漿濃度為5%，調(diào)節(jié)ph為6～7，接入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的膠質(zhì)芽胞桿菌和環(huán)狀芽孢桿菌（有效活菌數(shù) ≥104cfu/ml），維持溶解氧在5～9mg/l，浸出時(shí)間為240h，待浸出液中成分趨穩(wěn)后瀝出風(fēng)化后的廢石，該廢石中水鋁石成分增多，利于顆粒團(tuán)聚度升高。

31.（3）將硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器中瀝出液引入硅藻反應(yīng)器，該瀝出液中溶解性硅鹽和鉀含量升高，加入氮、磷元素調(diào)節(jié)反應(yīng)器中元素比，維持10≤si:p≤15，10≤n:p≤15之間，調(diào)節(jié)ph為6～7后加入預(yù)先培養(yǎng)好的硅藻，使硅藻反應(yīng)器中硅藻細(xì)胞濃度為2

×

106cells/l，反應(yīng)時(shí)間為240h，硅藻生長(zhǎng)穩(wěn)定后過(guò)濾反應(yīng)器中的物質(zhì)，液體返回到硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器，硅藻與瀝出的風(fēng)化廢石混合，增加廢石營(yíng)養(yǎng)元素含量。

32.實(shí)施例2（1）硅酸鹽菌種子液制備：在250ml錐型瓶中加入100ml硅酸鹽細(xì)菌發(fā)酵培養(yǎng)基，于28

±

2℃振蕩培養(yǎng)168h備用；（2）取250ml錐型瓶，分別加入100ml硅酸鹽細(xì)菌發(fā)酵培養(yǎng)基和粒徑為1mm的砂石，調(diào)節(jié)礦漿濃度為6%，調(diào)節(jié)ph為7.0，然后接入硅酸鹽菌種子液（有效活菌數(shù)為1

×

107cfu/ml），維持溶解氧在5～9mg/l，浸出時(shí)間為240h，待浸出液中成分趨穩(wěn)后瀝出風(fēng)化后的硅酸鹽物料；（3）向硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器瀝出液中加入氮、磷元素，調(diào)節(jié)反應(yīng)器中元素比，維持18≤si:p≤22，18≤n:p≤22之間，調(diào)節(jié)瀝出液ph為6～7后加入預(yù)先培養(yǎng)好的硅藻，使硅藻反應(yīng)器中硅藻細(xì)胞濃度為1

×

106cells/l，反應(yīng)時(shí)間為480h，硅藻生長(zhǎng)穩(wěn)定后過(guò)濾反應(yīng)器中的物質(zhì)，液體返回到硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器，硅藻與瀝出的風(fēng)化廢石混合，增加廢石營(yíng)養(yǎng)元素含量。

33.實(shí)施例3（1）某富鉀頁(yè)巖，礦石中k2o的含量為8.17%，主要礦物組成為鉀長(zhǎng)石、伊利石、石

英、白云母，破碎為1～50mm的砂石后倒入浸礦池；（2）調(diào)節(jié)礦漿濃度為5%，調(diào)節(jié)ph為7.0，接入鉀細(xì)菌（有效活菌數(shù) 1

×

104cfu/ml），溶解氧在5～9mg/l，浸出144h后，浸出液中k2o的質(zhì)量濃度為10.25～11.50mg/l，sio2的濃度為33.25～36.25mg/l，al2o3的質(zhì)量濃度為9.00～10.50mg/l；浸出360h后，sio2的濃度為33.25～40.50mg/l，al2o3和k2o的質(zhì)量則有輕微下降；（3）將硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器中瀝出液引入硅藻反應(yīng)器，該瀝出液中溶解性硅鹽和鉀含量升高，加入氮、磷元素調(diào)節(jié)反應(yīng)器中元素比，維持15≤si:p≤23，15≤n:p≤23之間，調(diào)節(jié)ph為6.5～7.5后加入預(yù)先培養(yǎng)好的硅藻，使硅藻反應(yīng)器中硅藻細(xì)胞濃度為1

×

106cells/l，反應(yīng)時(shí)間在480h，生成大量的硅藻，穩(wěn)定后過(guò)濾反應(yīng)器中的物質(zhì)，液體返回到硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器，硅藻與瀝出的風(fēng)化廢石混合，增加廢石營(yíng)養(yǎng)元素含量。技術(shù)特征：

1.一種硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，其特征在于包括以下步驟：（1）將含硅酸鹽的物料破碎后倒入硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器；（2）向硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器中注入菌液，進(jìn)行周期性浸出、瀝干處理；（3）將硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器中瀝出液引入硅藻反應(yīng)器，與預(yù)先培養(yǎng)好的硅藻混勻，調(diào)節(jié)反應(yīng)器中硅藻生長(zhǎng)條件；（4）過(guò)濾分離硅藻反應(yīng)器中的混合物，液體返回到硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器，含硅藻的固廢與瀝出的風(fēng)化物料混合，形成土壤。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，其特征在于步驟（1）中所述含硅酸鹽的物料為含硅酸鹽固廢和/或含硅酸鹽礦石，所述含硅酸鹽固廢為冶煉廢渣、尾礦砂、建筑垃圾、廢石及工業(yè)粉塵中的任一種或多種，所述含硅酸鹽礦石為長(zhǎng)石、云母、橄欖石、綠簾石、輝石、角閃石、硅灰石、滑石、高嶺石、綠泥石、蛇紋石中的任一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，其特征在于步驟（1）中所述含硅酸鹽的物料中k2o的含量 ≥1%，所述含硅酸鹽的物料破碎粒徑為1mm～200mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，其特征在于步驟（2）中所述含硅酸鹽的物料與菌液混合后，料漿質(zhì)量濃度為1～50%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，其特征在于步驟（2）中所述的硅酸鹽菌包括直接利用或間接利用硅酸鹽礦物的代謝菌，或與其它微生物聯(lián)合作用直接或間接利用硅酸鹽礦物的代謝菌，或所述代謝菌的代謝產(chǎn)物或酶產(chǎn)物。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，其特征在于步驟（2）中所述硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器的浸礦池中硅酸鹽菌菌細(xì)胞濃度保持 ≥104cfu/ml。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，其特征在于步驟（2）中所述周期性浸出的條件為ph為4～9，溶解氧在0.5～9mg/l，浸出時(shí)間在1h～480h。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，其特征在于步驟（3）中硅藻反應(yīng)器中硅藻細(xì)胞細(xì)胞濃度 ≥104cells/l。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，其特征在于步驟（3）中加入氮、磷元素，控制其與溶液中硅的比例在1≤si:p≤32，1≤n:p≤32之間。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，其特征在于步驟（3）中所述的硅藻生長(zhǎng)條件為ph為6～9，反應(yīng)時(shí)間在1h～480h。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種硅酸鹽物料風(fēng)化成土及資源化利用的方法，屬于固廢處理技術(shù)領(lǐng)域。先將含硅酸鹽的物料破碎后倒入硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器；再向硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器中加入菌液，進(jìn)行周期性浸出、瀝干處理；然后將硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器中瀝出液引入硅藻反應(yīng)器中培養(yǎng)硅藻，最后過(guò)濾分離硅藻反應(yīng)器中的混合物，液體返回到硅酸鹽風(fēng)化反應(yīng)器，硅藻與風(fēng)化物料混合形成土壤。本發(fā)明可利用硅酸鹽菌促進(jìn)含硅酸鹽的物料結(jié)構(gòu)脆化，釋放鉀、磷元素同時(shí)加速游離硅的溶出，利于硅藻吸收利用；硅藻死后形成硅藻土，增加土壤肥力，實(shí)現(xiàn)含硅酸鹽固廢的快速土壤化，硅藻生長(zhǎng)還能吸收空氣中的CO2，增加碳匯。增加碳匯。增加碳匯。

技術(shù)研發(fā)人員：胡學(xué)偉 張?jiān)?田森林 黃建洪 趙群 李英杰 寧平

受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2022.03.14

技術(shù)公布日：2022/6/28