【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及生物礦化，特別是涉及一種膠結充填劑和膠結充填方法。
技術介紹
1、大量的煤炭地下開采會導致覆巖破斷、地表沉陷、地下水系破壞以及尾礦庫造成環境污染等問題。充填開采作為一種綠色開采技術，是減少采礦對上覆巖層的擾動和環境污染、降低尾礦庫管理成本以及提高井下開采安全與效率的重要技術手段之一，在世界范圍內得到廣泛應用。膠結充填技術是常用的充填開采技術之一，是將矸石、粉煤灰、選廠尾砂骨料等礦山廢棄物配合水泥基膠結料制成膠結料漿，通過充填管道輸送到井下進行充填的充填開采方法。目前礦山廣泛使用的膠結料為硅酸鹽水泥或水泥基材料，但生產過程中存在高耗能、高排放和高堿性環境，膠結成本占比較高等不足。例如，大量的硅酸鹽水泥充填到井下會使地下水的堿度提高，造成地下水污染；輸送距離的增加會使膠結料漿在輸送過程中沉降離析，造成堵管嚴重的問題；同時，硅酸鹽水泥的生產不可避免地產生碳排放，造成溫室氣體的排放污染。據統計水泥行業所產生的二氧化碳約占全球人為二氧化碳排放量的6％，在我國這一比例更是增大到20％，成為了主要溫室氣體排放行業之一?！暗吞肌焙汀疤贾泻汀睍r代背景下，在各種實際工程中對水泥的環保替代品的尋求問題亟待解決。因此，研究能夠替代硅酸鹽水泥的非水泥基新型充填材料和配套技術很有必要。
2、微生物成礦學研究表明，在特定的環境以及營養條件刺激下，自然環境中的一些特定微生物(脲酶菌)能夠通過新陳代謝產生高活性脲酶，脲酶通過催化作用能夠將尿素分解成nh4+和co32-，co32-通過與充填體或外加ca源中的ca2+結合，生成具有膠結能力
3、近年來研究發現，一些豆類、瓜類等植物種子中同樣存在著豐富的脲酶，因此，在micp技術基礎上提出了植物源脲酶誘導碳酸鹽沉積(enzyme?induced?carbonateprecipitation，eicp)技術，這樣可以避開微生物培養所耗時間和成本，不必考慮微生物的生長分裂等過程受外部環境因素的干擾，且不具有生物安全風險，提高了脲酶提取效率。與micp技術相比，eicp技術選擇游離脲酶作為催化劑，省去培養微生物過程，避免了生物安全性的問題，而且游離脲酶的尺寸與微生物細胞相比更小，更有利于滲透到充填材料中。然而，大部分礦山廢水均以酸性廢水的形式存在，但對于micp和eicp技術而言，重金屬碳酸鹽產物在酸性條件下的長期穩定性較差，重金屬溶出風險高。此外，碳酸鹽沉淀膠結充填材料的強度較低(一般小于2mpa)，難以滿足充填要求。同時該過程還產生了有害的副產物nh4+和nh3。有充分的文獻表明，酸性條件下重金屬磷酸鹽礦物的穩定性優于碳酸鹽礦物的穩定性，且重金屬溶出風險較低。因此，將重金屬磷酸鹽礦物作為充填材料的膠結料具備一定的可行性和安全性。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種膠結充填劑和膠結充填方法，以解決上述現有技術存在的問題。該方法可以替代硅酸鹽水泥充填方法，避免了高耗能、高排放和高堿性環境，符合低碳、環保要求，同時其形成的膠結充填材料穩定性高，能夠達到礦山充填要求。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：
3、本專利技術提供一種膠結充填劑，包括植酸酶解液、氨水和mgcl2溶液；
4、所述植酸酶解液是利用植酸酶對植酸進行催化水解后得到。
5、進一步地，所述植酸酶為3-植酸酶、6-植酸酶或正磷酸單酷水解酶。
6、進一步地，所述植酸酶解液中的磷酸、所述氨水中的nh3和所述mgcl2溶液中的mgcl2的質量比為1:1:1。
7、進一步地，所述磷酸、所述nh3和所述mgcl2的濃度均為0.5-1.5mg/l。
8、進一步地，所述催化水解的溫度為35℃。
9、進一步地，所述催化水解的時間為8h。
10、本專利技術還提供上述的膠結充填劑在礦山開采的膠結充填作業中的應用。
11、本專利技術還提供一種膠結充填方法，包括依次將植酸酶解液、氨水和mgcl2溶液灌注到骨料孔隙，進行膠結固化的步驟；
12、所述植酸酶解液是利用植酸酶對植酸進行催化水解后得到。
13、進一步地，所述骨料的粒徑為100-200目。
14、進一步地，所述植酸酶解液中的磷酸、所述氨水中的nh3和所述mgcl2溶液中的mgcl2的質量比為1:1:1。
15、本專利技術公開了以下技術效果：
16、本專利技術開發了一種新的膠結充填方法，利用植酸酶催化有機磷底物水解，快速釋放無機磷酸根離子，在堿性條件下與銨根離子和氯化鎂生成磷酸銨鎂(mgnh4po4·6h2o)沉淀。在此過程中，磷酸銨鎂的生成需要弱堿性環境，因此，采用適量氨水以維持弱堿性環境，同時也可提供銨根離子以生成磷酸銨鎂。與傳統水泥基膠結充填材料相比，利用該方法形成的膠結充填材料，避免了高耗能、高排放和高堿性環境，符合低碳、環保要求；同時與micp和eicp技術相比，避免了生物安全性以及膠結充填材料穩定性差等問題，符合礦山充填要求。
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1.一種膠結充填劑，其特征在于，包括植酸酶解液、氨水和MgCl2溶液；
2.根據權利要求1所述的膠結充填劑，其特征在于，所述植酸酶為3-植酸酶、6-植酸酶或正磷酸單酷水解酶。
3.根據權利要求1所述的膠結充填劑，其特征在于，所述植酸酶解液中的磷酸、所述氨水中的NH3和所述MgCl2溶液中的MgCl2的質量比為1:1:1。
4.根據權利要求3所述的膠結充填劑，其特征在于，所述磷酸、所述NH3和所述MgCl2的濃度均為0.5-1.5mg/L。
5.根據權利要求1所述的膠結充填劑，其特征在于，所述催化水解的溫度為35℃。
6.根據權利要求1所述的膠結充填劑，其特征在于，所述催化水解的時間為8h。
7.一種如權利要求1-6任一項所述的膠結充填劑在礦山開采的膠結充填作業中的應用。
8.一種膠結充填方法，其特征在于，包括依次將植酸酶解液、氨水和MgCl2溶液灌注到骨料孔隙，進行膠結固化的步驟；
9.根據權利要求8所述的膠結充填方法，其特征在于，所述骨料的粒徑為100-200目。
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...【技術特征摘要】
1.一種膠結充填劑，其特征在于，包括植酸酶解液、氨水和mgcl2溶液；
2.根據權利要求1所述的膠結充填劑，其特征在于，所述植酸酶為3-植酸酶、6-植酸酶或正磷酸單酷水解酶。
3.根據權利要求1所述的膠結充填劑，其特征在于，所述植酸酶解液中的磷酸、所述氨水中的nh3和所述mgcl2溶液中的mgcl2的質量比為1:1:1。
4.根據權利要求3所述的膠結充填劑，其特征在于，所述磷酸、所述nh3和所述mgcl2的濃度均為0.5-1.5mg/l。
5.根據權利要求1所述的膠結充填劑，其特征在于，所述催化水解的溫度為35℃。<...
【專利技術屬性】
技術研發人員：安文博，陳鶴，狄軍貞，李喜林，劉一帆，王琪琪，
申請(專利權)人：遼寧工程技術大學鄂爾多斯研究院，
類型：發明
國別省市：
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