CN110369457B - 一种煤矸石的处理方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明关于煤矸石处理技术领域，特别是关于一种煤矸石的处理方法及应用，处理方法包括：酸洗煤矸石粉；对酸洗煤矸石粉除黄铁矿后加水造粒，得到煤矸石基微球；煤矸石基微球浸渍入含有铁盐和锌盐的溶液中，得到浸渍微球；浸渍微球进行臭氧曝气和超声处理，得到活化煤矸石微球；活化煤矸石微球中加入碱，固液分离，得到活化煤矸石；活化煤矸石和海藻酸钠水溶液混合，经干燥得到煤矸石工程土。实现了煤矸石的回收再利用，终产物煤矸石工程土黄铁矿含量显著降低，可极大地避免后期堆积过程中的热量积聚、煤矸石升温甚至自燃现象的发生，降低安全威胁，其力学性能优良，可应用于退耕还林用地、工程建设用地以及高等级公路建设工程使用。
Description
技术领域
本发明关于煤矸石处理技术领域，特别是关于一种煤矸石的处理方法及应用。
背景技术
煤矸石是煤矿开采和选煤过程中产生的固体废弃物，含有有机物和黄铁矿(FeS2)，可被空气中的氧气氧化并释放热量。随着热量的积聚，矸石温度逐渐升高，当温度升至矸石及可燃物燃点(300～350℃)后，即会发生自燃现象。自燃生成的CO和SO2等有害气体，可对生态环境、企业生产安全和职工健康构成严重威胁。煤矸石自燃释放出大量的SO2、CO、CO2、H2S、NOX气体向空气中排放一定量的氮氧化物和苯并芘等有毒物质及烟尘矸石中的粉尘会成为水中悬浮物，有害成分溶解后进入水体、土壤，对水环境和土壤环境造成二次污染。煤矸石中除含有SO2、Al2O3以及铁、锰等常量元素之外，还有其他少量重金属，如铅、镉、汞、砷、铬等，这些元素都是有毒重金属元素，进入水体或渗入土壤后，严重影响土壤环境或水环境，且通过食物链危害人体健康。
现阶段煤矸石的处理方法多是分层处理，黄土掩埋。以目前生产单位采取处理办法，或是挖沟分层处理，每层覆盖黄土；或是直接在地面堆积分层处理，黄土掩埋，这些方法都不能根本治理自燃问题，长时间过后依然会发生自燃现象，再次治理不仅成本高，在这过程中还会对空气，土壤以及地下水资源造成严重的污染，皆属于治标不治本的方法。结合目前我国发展趋势，山西地区的环境治理已经迫在眉睫，而对于煤矸石这种固废山西省的储量也是非常巨大，旧的处理方式已不能满足环保的要求，所以我们必须寻求一种高效环保的治理方法，来改善现状，改善我们的环境。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矸石的处理方法及应用，本方法实现了煤矸石的回收再利用，终产物煤矸石工程土黄铁矿含量显著降低，可极大地避免后期堆积过程中的热量积聚、煤矸石升温甚至自燃现象的发生，降低安全威胁，其力学性能优良，可应用于退耕还林用地、工程建设用地以及高等级公路建设工程使用。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案具体体现在以下几个方面。
[1]一种煤矸石的处理方法，该处理方法包括以下几个步骤：
A.将煤矸石粉与水和酸混合酸洗得酸洗煤矸石粉；
B.对酸洗煤矸石粉除黄铁矿后加水造粒，得到煤矸石基微球；
C.煤矸石基微球浸渍入含有铁盐和锌盐的溶液中，得到浸渍微球；
D.浸渍微球进行臭氧曝气和超声处理，得到活化煤矸石微球；
E.活化煤矸石微球中加入碱，固液分离，得到活化煤矸石；
F.活化煤矸石和海藻酸钠水溶液混合，经干燥得到煤矸石工程土；
所述步骤B中对酸洗煤矸石粉除黄铁矿包括以经磁黄铁矿驯化的氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌混合菌对酸洗煤矸石进行脱除黄铁矿。
本发明提供的煤矸石的处理方法简单高效、操作方便，易于对大批量的煤矸石进行处理改性，依据本发明方法处理得到的煤矸石工程土中含有的黄铁矿得以有效脱除，FeS2含量显著降低，从而可大大降低黄铁矿被氧气氧化所释放出的热量，在后期的堆积过程中可极大地避免热量积聚、煤矸石升温甚至自燃现象的发生，将煤矸石对生态环境、企业生产安全和职工健康的威胁降至最低；而且其硫含量极低，理化参数优良，力学性能较高，电镜扫描显示结构紧密，承载比CBR可达11.1％，可达到高速公路路基标准，可应用于退耕还林用地、工程建设用地、高等级公路建设工程使用，以煤矸石工程土种植农作物试验效果显著，植物及果实完全符合国家标准，煤矸石工程土耕地周围的空气、土壤和地下水未有被污染的迹象，不仅实现了煤矸石的变废为宝，而且高效环保、低廉质优，具有广阔的应用前景和较高的现实意义。
[2]根据上述[1]所述的方法，步骤A中的煤矸石粉是煤矸石于球磨机中球磨至可通过至少200目筛的煤矸石粉体。
[3]根据上述[1]所述的方法，步骤A中酸洗用的酸是草酸和柠檬酸铵的混合酸液。
[4]根据上述[3]所述的方法，步骤A中煤矸石粉、草酸和柠檬酸铵的质量比是1000:25～50:1.5～2.0。选用特定配比的草酸和柠檬酸铵对煤矸石粉进行改性，一方面可在去除煤矸石粉组分中的氧化铁时不会溶解煤矸石粉中的其他组分，另一方面还可有效提高终产物煤矸石工程土的压缩模量、粘聚力和承载比等力学性能，使其可应用于种植土壤之外还可应用于建筑工程用地以及公路建筑工程中，扩大其应用领域和范围，提升经济价值。
[5]根据上述[1]所述的方法，步骤B中的对酸洗煤矸石粉除黄铁矿的方法为：按照料液比1:50～80将酸洗后的煤矸石粉置于混合菌初始浓度为3～5×108个/mL的菌液中，另加0.03～0.05mol/LNaCl作支持电解质，调节pH至1.7～2.0，控制温度42～45℃，在30～60r/min低转速下搅拌至少12h，自然沉降至少30min，滤出煤矸石粉。
[6]根据上述[5]所述的方法，步骤B中的对酸洗煤矸石粉除黄铁矿时，混合菌是菌个数比为10:3～3.5的氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌。
[7]根据上述[6]所述的方法，步骤B中的对酸洗煤矸石粉除黄铁矿时，混合菌中的氧化亚铁硫杆菌可选用TCC23270，嗜铁钩端螺旋菌可选用DQ343299。
[8]根据上述[5]～[7]任一项所述的方法，步骤B的对酸洗煤矸石粉除黄铁矿前，菌种先经下述方法驯化：分别将菌种接入磁黄铁矿质量浓度为0.5％的9K培养基中，经反复培养并不断增加矿浆浓度至3.5％最终获取驯化菌种。
[9]根据上述[8]所述的方法，步骤B的菌种驯化时，9K培养基成分为：硫酸铵4.0～5.0g/L、七水合硫酸镁0.6～0.8g/L、磷酸氢二钾0.08～0.1g/L、硝酸钙0.02～0.04g/L、氯化钠0.1～0.2g/L，余量是水，pH是2.5～4.0，灭菌待用。
[10]根据上述[9]所述的方法，步骤B的菌种驯化时，培养温度是33～40℃，转速是170～180r/min。
本发明方法中，以含有氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌的混合菌对对酸洗煤矸石粉进行去除黄铁矿，混合菌可迅速吸附于煤矸石粉表面，在前期的酸溶脱除黄铁矿的作用弱化之后，混合菌可发挥高效的脱除黄铁矿的作用，其脱除周期短、脱除率高，经过除黄铁矿后，煤矸石粉中的FeS2含量显著降低，从而可大大降低黄铁矿被氧气氧化所释放出的热量，在后期的堆积过程中可极大地避免热量积聚、煤矸石升温甚至自燃现象的发生，将煤矸石对生态环境、企业生产安全和职工健康的威胁降至最低。
[11]根据上述[1]所述的方法，步骤B中造粒时的煤矸石基微球粒径不超过50μm。
[12]根据上述[1]所述的方法，步骤C中煤矸石基微球与铁离子和锌离子的重量比是1000:12～15:2～4。
以含有铁离子和锌离子的溶液浸渍煤矸石基微球可有效降低煤矸石基微球中的重金属离子如铅、镉、汞、砷以及铬等的含量，避免其进入水体或渗入土壤严重影响土壤环境或水环境，从而有效降低重金属离子往种植于煤矸石工程土之上的植物中的转移以及在植物中的累积效应，弱化重金属离子通过食物链转移对人体健康的危害。
[13]根据上述[1]所述的方法，步骤C中的铁盐包含无机三价铁盐；
所述无机三价铁盐为硝酸铁、硫酸铁和氯化铁中的一种或几种。
[14]根据上述[1]所述的方法，步骤C中的锌盐是硝酸锌、氯化锌、硫酸锌和醋酸锌的一种或几种。
[15]根据上述[1]所述的方法，步骤C中的浸渍时间是12～36h。
[16]根据上述[1]所述的方法，步骤D中臭氧曝气和超声处理的温度是50～55℃。
[17]根据上述[1]所述的方法，步骤D中臭氧曝气的曝气量是≥0.3g/(h·L)。
[18]根据上述[1]所述的方法，步骤D中超声处理的超声频率≥30KHz，超声功率≥12W/L。
[19]根据上述[1]所述的方法，步骤E中活化煤矸石微球中加入碱是加入过量0.1～0.12mol/L的氢氧化钾溶液。
[20]根据上述[1]所述的方法，步骤E中固液分离是过滤。
[21]根据上述[1]所述的方法，步骤F中活化煤矸石和海藻酸钠水溶液混合时活化煤矸石与海藻酸钠的质量比是100:5～8。
本发明所述煤矸石工程土具有如下理化参数：SO3含量可低至1.2％，最大干密度可达1.84g/cm3，pH值为7.81，SO4 2-含量可低至41.68mg/kg(远低于规范规定)，压缩系数可为0.14MPa-1，压缩模量可为10.4MPa，粘聚力可达95.2KPa，内摩擦角可以达到28.6°，渗透系数为1.47×10-4cm/s，电镜扫描显示结构紧密，承载比可达11.1％(达到高速公路路基标准)。可被应用于退耕还林用地、工程建设用地、高等级公路建设工程使用。
本发明提供的方法，以煤矸石为原料，实现了煤矸石的回收再利用，节约资源和成本，本发明方法对设备要求低，且操作过程简便，易于实施，能够用于批量的工业生产；对大批量的煤矸石进行处理改性后，首先煤矸石中含有的黄铁矿得以有效脱除，FeS2含量显著降低，从而可大大降低黄铁矿被氧气氧化所释放出的热量，在后期的堆积过程中可极大地避免热量积聚、煤矸石升温甚至自燃现象的发生，将煤矸石对生态环境、企业生产安全和职工健康的威胁降至最低；其次所得到的煤矸石工程土硫含量极低，理化参数优良，力学性能较高，电镜扫描显示结构紧密，承载比CBR可达11.1％，可达到高速公路路基标准，可应用于退耕还林用地、工程建设用地、高等级公路建设工程使用，以煤矸石工程土种植农作物试验效果显著，植物及果实完全符合国家标准，煤矸石工程土耕地周围的空气、土壤和地下水未有被污染的迹象，不仅实现了煤矸石的变废为宝，而且高效环保、低廉质优，具有广阔的应用前景和较高的现实意义。
[22]一种煤矸石工程土，其由前述第[1]～[21]任意一项所述的方法制备得到。
[23]一种煤矸石工程土的应用，
所述煤矸石工程土由前述第[1]～[21]任意一项所述的方法制备得到；
所述应用包括：
1)应用于种植土壤中；和/或
2)应用于建筑工程用地中；和/或
3)应用于公路建筑工程中。
本发明的有益效果为：
1)以煤矸石为原料，实现了煤矸石的回收再利用，节约资源和成本，本发明方法对设备要求低，且操作过程简便，易于实施，能够用于批量的工业生产；
2)选用特定配比的草酸和柠檬酸铵对煤矸石粉进行改性，一方面可在去除煤矸石粉组分中的氧化铁时不会溶解煤矸石粉中的其他组分，另一方面还可有效提高终产物煤矸石工程土的压缩模量、粘聚力和承载比等力学性能，使其可应用于种植土壤之外还可应用于建筑工程用地以及公路建筑工程中，扩大其应用领域和范围，提升经济价值；
3)混合菌可发挥高效的脱除黄铁矿的作用，其脱除周期短、脱除率高，经过除黄铁矿后，煤矸石粉中的FeS2含量显著降低，从而可大大降低黄铁矿被氧气氧化所释放出的热量，在后期的堆积过程中可极大地避免热量积聚、煤矸石升温甚至自燃现象的发生，将煤矸石对生态环境、企业生产安全和职工健康的威胁降至最低；
4)以含有铁离子和锌离子的溶液浸渍煤矸石基微球可有效降低煤矸石基微球中的重金属离子如铅、镉、汞、砷以及铬等的含量，避免其进入水体或渗入土壤严重影响土壤环境或水环境，从而有效降低重金属离子往种植于煤矸石工程土之上的植物中的转移以及在植物中的累积效应，弱化重金属离子通过食物链转移对人体健康的危害；
5)对大批量的煤矸石进行处理改性后，所得到的煤矸石工程土硫含量极低，理化参数优良，力学性能较高，电镜扫描显示结构紧密，承载比CBR可达11.1％，可达到高速公路路基标准，可应用于退耕还林用地、工程建设用地、高等级公路建设工程使用；
6)以煤矸石工程土种植农作物试验效果显著，植物及果实完全符合国家标准，煤矸石工程土耕地周围的空气、土壤和地下水未有被污染的迹象，不仅实现了煤矸石的变废为宝，而且高效环保、低廉质优，具有广阔的应用前景和较高的现实意义。
本发明采用了上述技术方案提供范文，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1为本发明实施例1所述煤矸石工程土种植的菠菜中的重金属含量示意图；
图2为本发明实施例1所述煤矸石工程土种植的油菜中的重金属含量示意图；
图3为本发明实施例1所述煤矸石工程土种植的蒿子秆中的重金属含量示意图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语，具有本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。本发明使用本文中所描述的方法和材料；但本领域中已知的其他合适的方法和材料也可以被使用。本文中所描述的材料、方法和实例仅是说明性的，并不是用来作为限制。所有出版物、专利申请案、专利案、临时申请案、数据库条目及本文中提及的其它参考文献等，其整体被并入本文中作为参考。若有冲突，以本说明书包括定义为准。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在如下描述中(除另有说明)，“已知”、“固定”、“给定”和“预定”通常情况下，指的是一个值，数量、参数、约束条件、条件、状态、流程、过程、方法、实施，或各种组合等在理论上是可变的，但是如果提前设定，则在后续使用中是保持不变的。
实施例1：一种煤矸石的处理方法、由其得到的煤矸石工程土及其应用：
本优选实施方案包括以下第一至第三方面。
第一方面，本实施例提供一种煤矸石的处理方法，该处理方法包括以下几个步骤：
A.将煤矸石粉与水和酸混合酸洗得酸洗煤矸石粉；
B.对酸洗煤矸石粉除黄铁矿后加水造粒，得到煤矸石基微球；
C.煤矸石基微球浸渍入含有铁盐和锌盐的溶液中，得到浸渍微球；
D.浸渍微球进行臭氧曝气和超声处理，得到活化煤矸石微球；
E.活化煤矸石微球中加入碱，固液分离，得到活化煤矸石；
F.活化煤矸石和海藻酸钠水溶液混合，经干燥得到煤矸石工程土。
本实施例所述煤矸石的处理方法包括下述1)～20)所述之限定因素：
1)步骤A中的煤矸石粉是煤矸石于球磨机中球磨至可通过300目筛的煤矸石粉体；
2)步骤A中酸洗用的酸是草酸和柠檬酸铵的混合酸液；
3)步骤A中煤矸石粉、草酸和柠檬酸铵的质量比是1000:40:1.8；
4)步骤B中的对酸洗煤矸石粉除黄铁矿的方法为：按照料液比1:50将酸洗后的煤矸石粉置于混合菌初始浓度为5×108个/mL的菌液中，另加0.04mol/LNaCl作支持电解质，调节pH至2.0，控制温度42℃，在45r/min低转速下搅拌12h，自然沉降30min，滤出煤矸石粉；
5)步骤B中的对酸洗煤矸石粉除黄铁矿时，混合菌是菌个数比为10:3的氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌；
6)步骤B中的对酸洗煤矸石粉除黄铁矿时，混合菌中的氧化亚铁硫杆菌是TCC23270，嗜铁钩端螺旋菌是DQ343299；
7)步骤B的对酸洗煤矸石粉除黄铁矿前，菌种先经下述方法驯化：分别将菌种接入磁黄铁矿质量浓度为0.5％的9K培养基中，经反复培养并不断增加矿浆浓度至3.5％最终获取驯化菌种；
8)步骤B的菌种驯化时，9K培养基成分为：硫酸铵4.5g/L、七水合硫酸镁0.6g/L、磷酸氢二钾0.1g/L、硝酸钙0.03g/L、氯化钠0.1g/L，余量是水，pH是3，灭菌待用；
9)步骤B的菌种驯化时，培养温度是37℃，转速是180r/min；
10)步骤B中造粒时的煤矸石基微球粒径介于10～50μm；
11)步骤C中煤矸石基微球与铁离子和锌离子的重量比是1000:1.4:3；
12)步骤C中的铁盐是硝酸铁；
13)步骤C中的锌盐是硫酸锌；
14)步骤C中的浸渍时间是24h；
15)步骤D中臭氧曝气和超声处理的温度是54℃；
16)步骤D中臭氧曝气的曝气量是0.5g/(h·L)；
17)步骤D中超声处理的超声频率是45KHz，超声功率是15W/L；
18)步骤E中活化煤矸石微球中加入碱是加入过量的0.1mol/L的氢氧化钾溶液；
19)步骤E中固液分离是过滤；
20)步骤F中活化煤矸石和海藻酸钠水溶液混合时活化煤矸石与海藻酸钠的质量比是100:7。
第二个方面，本实施例还提供一种煤矸石工程土，其由前述第一方面所述的方法制备得到。
第三个方面，本实施例还提供一种煤矸石工程土的应用，所述煤矸石工程土由前述第一方面所述的方法制备得到；
所述应用包括：
1)应用于种植土壤中；和/或
2)应用于建筑工程用地中；和/或
3)应用于公路建筑工程中。
实验例1：以实施例1所述煤矸石工程土种植农作物的重金属含量检测：
分别以实施例1所述煤矸石工程土种植农作物，包括菠菜、油菜和蒿子秆，依据国家标准GB5009.12-2010、GB5009.15-2014、GB5009.17-2014、GB5009.11-2014以及GB5009.123-2014检测三种农作物中的重金属含量，统计结果如图1～3所示，由图1～3的图示可知，以本申请方法制备得到的煤矸石工程土可作为农作物种植土壤，在农作物生长结果后，对农作物本身和其所结的果实以及实验基地周围的空气、土壤和地下水做了为期一年的监测，测验结果显示，植物及果实完全符合国家标准；实验基地周围的空气，土壤和地下水也未有被污染的迹象。因此本方面将不适于种植农作物的煤矸石改造成为适于农作物生长的种植土壤，具有较大的现实意义。
对比例D2：一种煤矸石的处理方法及由其得到的煤矸石工程土：
对比例D2与实施例1基本相同，不同之处在于对比例D2中，步骤A中酸洗用的酸仅仅是草酸，且煤矸石粉与草酸的质量比是25:1。
对比例D3：一种煤矸石的处理方法及由其得到的煤矸石工程土：
对比例D3与实施例1基本相同，不同之处在于对比例D3中，对酸洗煤矸石粉除黄铁矿时的混合菌未经限定因素7)所述的驯化。
对比例D4：一种煤矸石的处理方法及由其得到的煤矸石工程土：
对比例D4与实施例1基本相同，不同之处在于对比例D4中，对酸洗煤矸石粉除黄铁矿时的混合菌仅为氧化亚铁硫杆菌。
对比例D5：一种煤矸石的处理方法及由其得到的煤矸石工程土：
对比例D5与实施例1基本相同，不同之处在于对比例D5中，对酸洗煤矸石粉除黄铁矿时的混合菌仅为嗜铁钩端螺旋菌。
实验例2：煤矸石工程土堆体温度检测：
分别将实施例1、对比例D3～D5的终产物煤矸石工程土进行堆积，10d后进行测温，传感器测温范围为0～500℃，测温精度为±1℃，测杆长度为2m，探头材料为不锈钢，探头长度为10cm；对堆体检测温度如表1所示。由表1可知，本申请的优选实施方案实施例1中的堆体温度较煤矸石原粉的温度显著降低，说明其放出的热量较少，在后期的堆积过程中可极大地避免热量积聚、煤矸石升温甚至自燃现象的发生，将煤矸石对生态环境、企业生产安全和职工健康的威胁降至最低。
表1、煤矸石及煤矸石工程土的堆体温度
对比例D6：一种煤矸石的处理方法及由其得到的煤矸石工程土：
对比例D6与实施例1基本相同，不同之处在于对比例D6中，步骤B中浸渍煤矸石基微球的溶液中仅含有铁盐，所述铁盐是硝酸铁，且煤矸石基微球与铁离子的重量比是1000:1.4。
对比例D7：一种煤矸石的处理方法及由其得到的煤矸石工程土：
对比例D7与实施例1基本相同，不同之处在于对比例D7中，步骤B中浸渍煤矸石基微球的溶液中仅含有锌盐，所述锌盐是硫酸锌，且煤矸石基微球与锌离子的重量比是1000:3。
对比例D8：一种煤矸石的处理方法及由其得到的煤矸石工程土：
对比例D8与实施例1基本相同，不同之处在于对比例D8中，步骤B中浸渍煤矸石基微球的溶液是蒸馏水，不含有铁盐和锌盐。
实验例3：实施例1、对比例D2、D6～D8中所述煤矸石工程土的理化性能检测：
分别以实施例1、对比例D2、D6～D8中的煤矸石工程土作为样本，检测其相关的理化性能指标，检测结果分别如表2所示。由表2可以看出，本申请优选实施方案实施例1中的煤矸石工程土的理化指标如压缩模量、粘聚力、渗透系数、承载比等参数均显著优于对比例中的相应数据，表明以本发明方法对大批量的煤矸石进行处理改性后，所得到的煤矸石工程土硫含量极低，理化参数优良，力学性能较高，电镜扫描显示结构紧密，承载比CBR可达11.1％，可达到高速公路路基标准，可应用于退耕还林用地、工程建设用地、高等级公路建设工程使用。
表2、煤矸石工程土的理化性能
| 指标 | 单位 | 实施例1 | 对比例D2 | 对比例D6 | 对比例D7 | 对比例D8 |
| SO<sub>3</sub>含量 | ％ | 1.1 | 5.4 | 4.6 | 5.0 | 6.5 |
| 最大干密度 | g/cm<sup>3</sup> | 1.84 | 1.70 | 1.62 | 1.59 | 1.52 |
| pH值 | / | 7.82 | 8.12 | 7.16 | 7.20 | 6.28 |
| SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>含量 | mg/kg | 41.65 | 65.52 | 68.90 | 70.15 | 70.65 |
| 压缩系数 | MPa<sup>-1</sup> | 0.14 | 0.20 | 0.23 | 0.25 | 0.32 |
| 压缩模量 | MPa | 10.4 | 14.4 | 15.2 | 16.0 | 18.6 |
| 粘聚力 | KPa | 95.5 | 75.62 | 65.90 | 72.65 | 75.20 |
| 内摩擦角 | ° | 28.8 | 24.8 | 20.1 | 22.9 | 18.8 |
| 渗透系数 | cm/s | 1.47×10<sup>-4</sup> | 2.05×10<sup>-4</sup> | 2.12×10<sup>-4</sup> | 2.05×10<sup>-4</sup> | 2.55×10<sup>-4</sup> |
| 承载比 | ％ | 11.1 | 7.5 | 6.2 | 6.8 | 5.5 |
实验例4：实施例1、对比例D2、D6～D8中所述煤矸石工程土的重金属离子含量检
测：
分别对实施例1、对比例D2、D6～D8中处理前后的煤矸石样品进行重金属离子含量的检测，并计算出各自处理方法对样品中重金属离子的去除率，统计如表3所示。由表3可知，本申请的优选实施方案实施例1中的处理方法可以较为显著地去除煤矸石样品中的重金属离子，其对汞和砷的去除率较为特别地可以达到98％以上，从而有效降低重金属离子往种植于煤矸石工程土之上的植物中的转移以及在植物中的累积效应，弱化重金属离子通过食物链转移对人体健康的危害；由实施例1、对比例D2、D6～D8的显示结果还可以看出以同时含有铁离子和锌离子的溶液浸渍煤矸石基微球可有效降低煤矸石基微球中的重金属离子如铅、镉、汞、砷以及铬等的含量，二者协同作用对重金属离子起到去除作用。
表3、处理方法对煤矸石中重金属离子的去除作用
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。
虽然上述具体实施方式已经显示、描述并指出应用于各种实施方案的新颖特征，但应理解，在不脱离本公开内容的精神的前提下，可对所说明的装置或方法的形式和细节进行各种省略、替换和改变。另外，上述各种特征和方法可彼此独立地使用，或可以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均旨在落在本公开内容的范围内。上述许多实施方案包括类似的组分，并且因此，这些类似的组分在不同的实施方案中可互换。虽然已经在某些实施方案和实施例的上下文中公开了本发明，但本领域技术人员应理解，本发明可超出具体公开的实施方案延伸至其它的替代实施方案和/或应用以及其明显的修改和等同物。因此，本发明不旨在受本文优选实施方案的具体公开内容限制。
Claims (6)
1.一种煤矸石的处理方法，其特征在于包括以下几个步骤：
A.将煤矸石粉与水和酸混合酸洗得酸洗煤矸石粉；
B.对酸洗煤矸石粉除黄铁矿后加水造粒，得到煤矸石基微球；
C.煤矸石基微球浸渍入含有铁盐和锌盐的溶液中，得到浸渍微球；
D.浸渍微球进行臭氧曝气和超声处理，得到活化煤矸石微球；
E.活化煤矸石微球中加入碱，固液分离，得到活化煤矸石；
F.活化煤矸石和海藻酸钠水溶液混合，经干燥得到煤矸石工程土；
所述步骤B中煤矸石基微球与铁离子和锌离子的重量比是1000:12～15:2～4；
所述步骤A中酸洗用的酸是草酸和柠檬酸铵的混合酸液，所述煤矸石粉、草酸和柠檬酸铵的质量比是1000:25～50:1.5～2.0；
所述步骤B中对酸洗煤矸石粉除黄铁矿包括以经磁黄铁矿驯化的氧化亚铁硫杆菌TCC23270和嗜铁钩端螺旋菌DQ343299混合菌对酸洗煤矸石进行脱除黄铁矿；
所述步骤B中的对酸洗煤矸石粉除黄铁矿的方法为：按照料液比1:50～80将酸洗后的煤矸石粉置于混合菌初始浓度为3～5×108个/mL的菌液中，另加0.03～0.05mol/LNaCl作支持电解质，调节pH至1.7～2.0，控制温度42～45℃，在30～60r/min低转速下搅拌至少12h，自然沉降至少30min，滤出煤矸石粉；混合菌是菌个数比为10:3～3.5的氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌；
所述煤矸石工程土具有如下理化参数：SO3含量可低至1.2%，最大干密度可达1.84g/cm3，pH值可为7.81，SO4 2-含量可低至41.68mg/kg，压缩系数可为0.14MPa-1，压缩模量可为10.4MPa，粘聚力可达95.2KPa，内摩擦角可以达到28.6°，渗透系数可达1.47×10-4cm/s，承载比可达11.1%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤B的对酸洗煤矸石粉除黄铁矿前，菌种先经下述方法驯化：分别将菌种接入磁黄铁矿质量浓度为0.5%的9K培养基中，经反复培养并不断增加矿浆浓度至3.5%最终获取驯化菌种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述步骤B中的铁盐包含无机三价铁盐；
所述无机三价铁盐为硝酸铁、硫酸铁和氯化铁中的一种或几种；和/或
所述步骤B中的锌盐是硝酸锌、氯化锌、硫酸锌和醋酸锌的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤F中活化煤矸石和海藻酸钠水溶液混合时活化煤矸石与海藻酸钠的质量比是100:5～8。
5.一种煤矸石工程土，其特征在于：所述煤矸石工程土由权利要求1～4任意一项所述的方法制备得到。
6.一种煤矸石工程土的应用，其特征在于
所述煤矸石工程土由权利要求1～4任意一项所述的方法制备得到；
所述应用包括：
1)应用于种植土壤中；和/或
2)应用于建筑工程用地中；和/或
3)应用于公路建筑工程中。
Priority Applications (1)
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