本发明涉及土壤修复和固废利用技术领域，特别是指一种土壤重金属污染的原位修复钝化材料。
背景技术
土壤重金属污染已成为广泛关注的重大农业生态环境问题，对现代农业和社会经济的可持续发展、农业生态环境和农产品质量安全构成了严重威胁。镉(cd2+)是国家重点监控的五种土壤重金属污染物之一，主要通过金属冶炼、污水灌溉以及化肥农药的使用等途径进入土壤，其生物毒性强，且具有不可逆和不能被降解、在生物体易富集等特性。人类长期摄入被镉污染的食物，镉会通过食物链进入到人体，造成人体器官衰竭、骨质疏松软化。据统计，我国镉污染土壤面积已达20万km2，并有逐渐恶化的趋势，产生了“镉大米”等公共卫生事件。因此，重金属镉污染土壤的治理和修复十分紧迫。
目前，重金属污染土壤的治理和修复技术包括两大类：一是通过改变重金属在土壤中的存在形态，降低其在土壤中的移动性和生物有效性；二是从土壤中去除重金属，使其存留浓度接近或达到土壤背景值。国内外已开展较多重金属污染土壤的治理和修复技术研究，主要包括以客翻换土、原位钝化、淋洗、电化学修复等方法为主的物理化学修复技术和以植物、微生物和动物为主的生物修复技术。其中，原位钝化修复技术是通过向土壤中投加钝化材料，改变重金属在土壤中的化学活性和赋存状态，从而降低重金属的生物有效性和迁移性，减少植物对重金属的吸收的一种化学修复技术。因其具有成本低、操作简单、见效快、适合大面积使用而受到广泛关注。
原位钝化修复技术的关键是钝化材料。目前，应用最广泛的钝化材料是磷酸盐、碳酸盐、硅酸盐等天然矿物。硅酸盐矿物与前两者相比具有来源广，可通过提高土壤ph、吸附重金属、引入硅酸根与重金属离子形成沉淀等作用改变土壤重金属形态，降低其生物有效性及迁移性。但天然硅酸盐矿物多数为晶体矿物，其活性低，其中的硅元素难以作为一种作物营养元素被利用。
镍铁渣是我国继铁渣、钢渣、赤泥之后第四大冶炼渣，由红土镍矿冶炼镍铁过程排出，年排放量已超过3000万吨。目前对其的综合利用很少，主要研究利用方向为生产水泥、微晶玻璃、混凝土、无机聚合物等。镍铁渣富含mg、ca、si、al等化学成分，其矿物组成主要为非晶态，因此其具有较大的活性和一定的碱性，不仅可作为重金属钝化材料，还可为作物生长提供si、mg、ca、al等活性营养成分。因此，如果镍铁渣制备成一种土壤重金属污染的原位修复钝化材料使用，则不但可充分消纳不断产生的镍铁渣，也为土壤重金属钝化和土壤作物生长提供一种廉价材料。
目前，国内外尚无关于镍铁渣制备的土壤重金属的原位修复钝化材料的研究利用报道。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种土壤重金属污染的原位修复钝化材料。
本发明以水淬镍铁渣为原料，将水淬镍铁渣烘干、磨矿至d90小于70μm、比表面积大于430m2/kg，获得活性指数大于60％的土壤重金属污染原位修复钝化材料。
其中，水淬镍铁渣为红土镍矿冶炼镍铁后所得固体废物，其主要化学成分为sio245-55％、al2o33.0-4.0％、fe2o36.0-11.0％、cao1.5-12.5％、mgo15-30％、p2o50-0.0.2％、na2o0-0.20％、k2o0-0.20％。
水淬镍铁渣的粒度为-3mm占80％以上。
磨矿为干式磨矿，磨矿细度为d90＝10-65μm。
所制得的土壤重金属污染原位修复钝化材料的比表面积为430-850m2/kg。
所制得的土壤重金属污染原位修复钝化材料的活性指数为60-85％。
土壤重金属污染修复材料用量一般小于土壤的20％，土壤重金属镉污染物浓度低于15mg/kg。
水淬镍铁渣主要由非晶态矿物组成，仅含少量镁铁橄榄石(mg2sio4)和顽火辉石(mgsio2)等晶体矿物。非晶态矿物占80-90％。镍铁渣内部具有凝胶状结构，表明镍铁渣具有较大的反应活性，易与土壤重金属离子发生共沉淀或吸附作用而使土壤重金属钝化，降低土壤重金属的活性和迁移性。通过磨矿，增大镍铁渣的比表面积，可增大其反应活性及土壤重金属的钝化能力。比表面积越大，反应活性越大，对土壤重金属的钝化能力越强。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，以水淬镍铁渣为原料，通过干燥、磨矿提高镍铁渣细度和比表面积，提高镍铁渣的活性指数，增强镍铁渣与土壤重金属离子的反应活性，从而作为土壤重金属的原位修复钝化材料使用，不但充分消纳大量产生的镍铁渣，也为土壤重金属钝化和土壤作物生长提供一种廉价材料。本发明利用镍铁渣为钝化材料，推动了镍铁渣的资源化利用，开辟了镍铁渣在土壤修复领域的新应用途径。镍铁渣活性成分含量高，可为作物生长提供富含si、mg、ca、al等的活性营养成分。镍铁渣为工业固废，将其加工成重金属原位修复钝化材料的成本低，且该材料使用方法简单、操作方便。
附图说明
图1为本发明的土壤重金属污染的原位修复钝化材料制备及应用工艺流程图；
图2为本发明水淬镍铁渣的形貌图，其中，(a)为水淬镍铁渣外观图，(b)为水淬镍铁渣的内部凝胶状结构；
图3为本发明实施例1提供的利用镍铁渣钝化材料修复土壤的外观结构图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种土壤重金属污染的原位修复钝化材料。
如图1所示，该材料以水淬镍铁渣为原料，将水淬镍铁渣烘干、磨矿至d90小于70μm、比表面积大于430m2/kg，制得的活性指数大于60％的土壤重金属污染原位修复钝化材料。所用水淬镍铁渣的形貌如图2所示。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
镍铁渣烘干磨细至d90＝64.15μm、比表面积437.2m2/kg，获得活性指数62.46％的镍铁渣钝化材料。镍铁渣：镉污染的人工土壤按5:100质量比配置并混合均匀，进行cd2+的钝化处理。当污染土壤中有效态镉含量为4.3325mg/kg时，钝化处理20天，有效态镉含量降低到2.1285mg/kg，镉的总钝化率为50.87％，其中残渣态占40.48％。修复后土壤的ph提高到7.6，阳离子交换容量提高到11.829cmol/kg。利用镍铁渣钝化材料修复土壤的外观结构图如图3所示。
实施例2
镍铁渣烘干磨细至d90＝64.15μm、比表面积437.2m2/kg，获得活性指数62.46％的镍铁渣钝化材料。镍铁渣：镉污染的人工土壤按10:100质量比配置并混合均匀，进行cd2+的钝化处理。当污染土壤中有效态镉含量为4.3325mg/kg时，钝化处理20天，有效态镉含量降低到1.835mg/kg，镉的总钝化率为57.65％，其中残渣态占45.70％。修复后土壤的ph提高到7.8，阳离子交换容量提高到13.97cmol/kg。
实施例3
镍铁渣烘干磨细至d90＝44.39μm、比表面积543.30m2/kg，获得活性指数72.07％的镍铁渣钝化材料。镍铁渣：镉污染的人工土壤按10:100质量比配置并混合均匀，进行cd2+的钝化处理。当污染土壤中有效态镉含量为4.3325mg/kg时，钝化处理20天，有效态镉含量降低到1.619mg/kg，镉的总钝化率为62.63％，其中残渣态占54.31％。修复后土壤的ph提高到7.8，阳离子交换容量提高到14.85cmol/kg。
实施例4
镍铁渣烘干磨细至d90＝10.35μm、比表面积842.90m2/kg，获得活性指数82.04％的镍铁渣钝化材料。镍铁渣：镉污染的人工土壤按10:100质量比配置并混合均匀，进行cd2+的钝化处理。当污染土壤中有效态镉含量为4.3325mg/kg时，钝化处理20天，有效态镉含量降低到1.236mg/kg，镉的总钝化率为71.47％，其中残渣态占58.39％。修复后土壤的ph提高到8.0，阳离子交换容量提高到16.53cmol/kg
实施例5
镍铁渣烘干磨细至d90＝64.15μm、比表面积437.2m2/kg，获得活性指数62.46％的镍铁渣钝化材料。镍铁渣：镉污染的人工土壤按20:100质量比配置并混合均匀，进行cd2+的钝化处理。当污染土壤中有效态镉含量为11.829mg/kg时，钝化处理20天，有效态镉含量降低到4.5375mg/kg，镉的总钝化率为61.64％，其中残渣态占47.50％。修复后土壤的ph提高到8.0，阳离子交换容量提高到15.88cmol/kg。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。