本发明属于资源与环境技术领域，具体涉及一种富含活性硅的土壤重金属钝化剂及其制备方法和应用。
背景技术：
随着城市和工矿业的快速发展，人们对土壤环境的影响越来越显著，土壤重金属的污染已经成为威胁周围生态环境和影响人类健康的重要因素之一。由于重金属具有难降解，易迁移，高毒性的特点，这些重金属在自然条件下不但可以通过淋溶和侵蚀，进入周围水体，而且可以经由植物的吸收，通过食物链进入植物和动物，甚至人类。因此，找到一种快速有效固定和清除土壤中重金属的方法迫在眉睫。
钝化剂作为一种土壤重金属化学修复的处理方法，是修复土壤重金属污染的一种重要的手段。常见的无机钝化剂包括石灰性碱性物质，炭材料，粘土矿物和含磷材料等。然而，石灰性物质易加速土壤有机质分解，破坏使土壤结构，使用时必需加以控制；碳材料修复的重金属污染土壤易因碳的降解而导致重金属的再次释放；利用粘土矿物对重金属进行处理时，通常需要先对其进行改性，以增加其处理能力，但其效果受土壤和重金属类型影响；含磷材料修复土壤易引起富营养化，导致二次污染。可见，这些材料都有不同程度的缺点。
考虑到土壤是农作物生长重要的资源，寻找一种既能给农田土壤的植物提供养分，又能作为土壤重金属污染的钝化修复材料，对农田土壤的污染修复和治理具有重要的意义。而富含活性硅的钝化材料可作为一种较为理想的土壤重金属污染修复材料。首先，硅被国际土壤界认为是继氮、磷、钾之后第4种植物营养元素，可促进植物生长，而我国大量农田区域的土壤缺乏有效硅；其次，硅被植物吸收后可以降低重金属对植物的毒害作用；此外，硅在施入土壤后也可降低土壤中重金属活性，减小土壤重金属的危害。
由此可见，以富含活性硅的钝化材料作为土壤重金属污染的修复剂，不管是对于我国的农业生产，还是对于我国的污染农田土壤的治理修复，都具有显著的意义。
含硅废渣作为工业废渣之一，如果不加处置，不仅会占用土地，而且会对周围环境造成影响。将其进行土壤重金属钝化剂的开发利用，不仅可以充分利用其中的硅资源，实现废物的回收再利用，还可以应用于土壤重金属污染的修复，实现一定的环境效益，此外，钝化剂中的有效硅施入土壤，还可以增强土壤肥效，促进作物的生长。因此，开发利用含硅废渣进行土壤重金属钝化剂的制备具有显著的应用价值。
技术实现要素：
针对现有钝化剂存在诸多不足的问题以及含硅废渣有待处理的问题，本发明目的在于提供一种富含活性硅的土壤重金属钝化剂，这种钝化剂不仅具有修复重金属污染土壤的能力，还具有提高土壤中有效硅的含量，促进植物的生长的优点。
本发明的另一目的在于提供一种上述土壤重金属钝化剂的制备方法，这种方法具有流程简单、规模可控等优点。
本发明的另一目的还在于提供一种土壤重金属钝化剂的应用。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种富含活性硅的土壤重金属钝化剂，其以二氧化硅计的活性硅含量为15％～30％。所述土壤重金属钝化剂原料组成为含硅废渣和活化剂，其中所述含硅废渣的重量百分比例为45％-62％，所述活化剂重量百分比例为38％-55％。所述含硅废渣的sio2含量不低于40％；所述活化剂为碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钙中的一种或几种。
另外，本发明提供一种土壤重金属钝化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
将含硅废渣与活化剂进行充分混合配料后，将其球磨至粒径小于100目，于回转窑内进行高温焙烧，焙烧温度为700-800℃，焙烧时间为60min，焙烧完成后冷却，将其球磨至粒径小于200目即得富含活性硅的土壤重金属钝化剂。
再者，本发明还提供一种土壤重金属钝化剂的应用，所述应用步骤如下：
根据上述制备方法得到的土壤重金属钝化剂，使用时，按照土壤质量的0.5％～1％添加土壤重金属钝化剂。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明所用的含硅废渣来源广泛，可适用于多种工业废渣，包括含硅焙烧渣、含硅浸出渣、粉煤灰等。
2)本发明土壤重金属钝化剂中的活性硅能与土壤重金属发生作用，将不稳定、易迁移、具有生物毒性的重金属形态其转化为更为稳定的重金属形态，实现土壤中重金属的钝化，从而降低重金属在土壤中的危害，对多种重金属污染均具有修复效果。
3)相比有机重金属钝化剂，本发明的富含活性硅的土壤重金属钝化剂不易被生物降解，对土壤中重金属的固定作用稳定，可以为土壤重金属污染修复的稳定性和长效性提供可靠的保证。
4)本发明土壤重金属钝化剂产品中活性硅含量达15％～30％以上，施入土壤后，可增强土壤的肥力，为植物生长提供硅源，有利于作物的增产。
5)本发明土壤重金属钝化剂制备流程简单，成本低廉，可规模化生产。
附图说明
图1是使用本发明进行富含活性硅的土壤重金属钝化剂的制备流程示意图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明公开了一种土壤重金属钝化剂及其制备方法和应用，属于资源与环境技术领域。该土壤重金属钝化剂富含较高的活性硅，含量可达15％～30％。
如图1所示，为本发明的土壤重金属钝化剂的制备方法流程图。该制备方法包括以下步骤：
首先，将活化剂与含硅废渣进行充分混合，并采用球磨机磨细至小于100目，然后于700-800℃温度下进行活化焙烧，最后经球磨制得富含活性硅的土壤重金属钝化剂。
该土壤重金属钝化剂是一种新型的多功能钝化剂，不仅能降低重金属的有效态，避免植物吸收重金属，有效修复重金属污染土壤，还能增加土壤肥力，为作物提供硅源，促进作物生长，实现一定的增产作用。
本发明制备流程简单，充分利用含硅废渣中的硅资源，不仅有利于解决含硅废渣的资源化问题，而且对土壤重金属污染治理有重要的意义，可以实现较高的经济效益和环境效益。
实施例1
制备土壤重金属钝化剂的方法表述如下：
取某种含硅的工业焙烧废渣，其总二氧化硅含量为67.4％，活性硅含量仅为0.1％。将废渣、碳酸钙和氢氧化钙以重量百分比50％，25％和25％进行充分混合后，将混合物料球磨至粒径小于100目。将物料置于800℃下进行充分焙烧，焙烧时间为60min，焙烧完成后，磨至200目，即得富含活性硅的土壤重金属钝化剂，活性硅含量达到23.31％。
实施例2
制备土壤重金属钝化剂的方法表述如下：
取某种含硅的工业浸出废渣，其总二氧化硅含量为72.3％，活性硅含量仅为0.02％。将废渣和碳酸钠以重量百分比62％和38％进行充分混合后，将混合物料球磨至粒径小于100目。将物料置于700℃下进行充分焙烧，焙烧时间为60min，焙烧完成后，磨细至200目，即得富含活性硅的土壤重金属钝化剂，活性硅含量达到25.18％。
实施例3
制备土壤重金属钝化剂的方法表述如下：
取某种工业含硅粉煤灰废渣，其总二氧化硅含量为55.8％，活性硅含量仅为0.05％。将废渣、碳酸钠和碳酸钙以重量百分比60％，20％，20％进行充分混合后，将混合物料球磨至粒径小于100目。将物料置于800℃下进行充分焙烧，焙烧时间为60min，焙烧完成后，磨细至200目，即得富含活性硅的土壤重金属钝化剂，活性硅含量达到22.49％。
效果试验例
分别将上述实施例1-3的土壤重金属钝化剂应用于土壤重金属pb、zn的钝化。
具体试验方法如下：
取广东省韶关市仁化县当地受污染土壤，经检测，土壤ph为5.68，重金属pb、zn含量分别为835mg/kg和585mg/kg，超过国家土壤重金属污染二级标准限量值。
以此为试验土壤，以小白菜为试验作物，以实施例1-3的土壤重金属钝化剂产品为试验试剂，进行盆栽试验。表1为盆栽试验的试验设计。从表中可以看出，编号ck为空白对照，编号1-1到3-3分别为3种产品3个施加梯度的盆栽试验，一共有10组盆栽试验，每组3次重复。
表1试验设计
将各盆栽试验组土壤施加重金属钝化剂后，转入盆内，种植小白菜后在统一条件下进行管理，肥水施加参照实际农田操作，待小白菜成熟后，测定小白菜产量，重金属含量，以及土壤重金属有效态变化。
表2不同试验组小白菜鲜重变化和重金属含量变化
表2为各试验组种植后小白菜的鲜重变化和重金属含量变化。从表2中可以看出，随着钝化剂加入量的增加，小白菜的鲜重随之增加，可见钝化剂对小白菜有一定的增产作用。此外，从小白菜重金属含量的变化情况可以看出，钝化剂加入量后，小白菜中重金属的含量明显下降，且随着钝化剂加入量的增加，重金属的含量下降幅度也随之增加。可见重金属钝化剂可以有效降低小白菜对重金属的吸收作用。
表3不同试验组土壤重金属有效态变化
表3为各试验组种植后小白菜的土壤重金属有效态变化情况。从表3中可以看出，钝化剂的加入明显降低了重金属的有效态，而且随着钝化剂加入量的增加，重金属的有效态逐渐降低，可见，重金属钝化剂可以显著降低土壤重金属的有效态，从而降低土壤重金属的危害。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。