本发明涉及铝渣处理技术领域，具体而言，涉及一种用于去除铝渣中重金属铬和镍的方法。
背景技术
铝渣，作为一种生产铝制产品所产生的副产物，大部分因其含有各种少量的重金属比如铬、镍、铅等而被认定为危险废物品。中国作为铝行业的大国，每年产生大量的各种铝渣，如果处理不当，将造成大量的浪费及污染，因此如何高效回收利用该资源具有非常重大的社会价值、经济价值及环境效益。目前，利用铝渣制备铝制品净水剂是其资源化的主要技术之一，然而大部分因其重金属含量超标而无法直接资源化制备出合格的净水剂。基于此，如何分离除去铝渣中的重金属成为了铝渣资源化的技术核心。
截止目前，常用的脱除固体渣中重金属的方法包括化学法、物理法及生物法。化学法如化学沉淀法、物理法如活性炭吸附、电极法、电磁法及浸泡法等。然而物理方法常常因其去除效果不佳，成本较高，处理重金属含量有限，适合于小规模处理，无法应用于大规模工业中。生物法因受微生物菌种的稳定性及对重金属吸附量受限等因素而未能在工业上广泛应用。相比较而言化学法即可以通过弱有机酸多次洗涤(主要原理是利用其与重金属能形成有机酸络合物)或有机硫重金属捕捉剂即有机络合剂与重金属形成络合物等方式从难溶态的金属化合物形成可溶解的金属离子或者金属络合物从而实现分离，因此化学法成为目前工业上使用最广泛的脱除重金属的方法，也是目前最接近实用的方法之一。
然而一般铝型材厂家产生的副产物铝渣因含有性质相近的氢氧化铝及氢氧化铬(这两种氢氧化物都是两性氢氧化物)而无法采用普通的弱有机酸或有机硫重金属捕捉剂对其中的重金属铬进行脱除分离。一般采用碱性条件下加入氧化剂对重金属三价铬进行氧化分离，然而强碱的条件下氢氧化铝与碱也会产生反应因而导致铝的损失。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供的一种用于去除铝渣中重金属铬和镍的方法，更好的克服了上述现有技术存在的问题和缺陷，利用价格低廉的试剂原料，通过一步法同时有效除去铝渣中的重金属铬及镍，且处理过程中铝的损失很小，使得脱除重金属后的铝渣能够直接制备成重金属达标的净水剂产品，极大地改善铝渣占地利用，实现铝渣资源化利用，并带来巨大的经济和环保效益，减少了环境污染；另外，该方法简单、高效、处理成本低、操作简单，且适于实现工业化应用，
一种用于去除铝渣中重金属铬和镍的方法，包括以下步骤：
(1)将铝渣和水加入三口烧瓶中，再依次加入氨水和强氧化剂，反应得到混合液；
(2)将所述混合液进行过滤。
进一步地，步骤(1)具体按照以下步骤实施：
s1、将铝渣和水加入三口烧瓶中，然后向三口烧瓶内加入磁力搅拌转子，再将三口烧瓶放置于恒温磁力搅拌水浴锅中，开启搅拌；
s2、向三口烧瓶内缓慢滴加氨水，使三口烧瓶内混合液ph值为10～11；
s3、将冷凝管插入三口烧瓶的一个瓶口，另外两个瓶口用塞子密封，开启冷凝水进行冷凝循环，然后将恒温磁力搅拌水浴锅中的水温加热至预设水浴温度，并维持所述预设水浴温度进行搅拌反应；
s4、继续向三口烧瓶内缓慢滴加强氧化剂，然后维持所述预设水浴温度继续搅拌反应。
进一步地，所述铝渣和水的质量比为1：1～10。
进一步地，所述预设水浴温度为40～50℃。
进一步地，所述氧化剂为双氧水或漂白水；所述氧化剂的质量为所述铝渣质量的10～20％。
进一步地，步骤s3中，所述搅拌反应时间为30～40min。
进一步地，步骤s4中，所述搅拌反应时间为60～120min。
进一步地，步骤(2)中，将经所述过滤得到的滤渣再用水进行多次洗涤，所用到的水的质量为所述铝渣质量的3～5倍。
进一步地，步骤(2)中，向经所述过滤得到的滤液中加入盐酸调节ph为2～3，然后加入改性花生壳粉进行吸附反应，然后进行固液分离。
进一步地，所述改性花生壳粉是在45℃温度下将花生壳粉依次置于碱溶液和酸溶液中各搅拌2.5～3.5h获得；所述改性花生壳粉的添加量为所述滤液的质量的1％。
与现有技术相比，本发明的一种用于去除铝渣中重金属铬和镍的方法的有益效果是：
(1)本发明利用价格低廉的试剂原料，通过一步法同时有效除去铝渣中的重金属铬及镍，且处理过程中铝的损失很小，使得脱除重金属后的铝渣能够直接制备成重金属达标的净水剂产品，极大地改善铝渣占地利用，实现铝渣资源化利用，并带来巨大的经济和环保效益，减少了环境污染。
(2)本发明的用于去除铝渣中重金属铬和镍的方法简单，高效、处理成本低、操作简单且能耗低，适于实现工业化应用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合实施例的方式对本发明的技术方案做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。
但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
如本文所用之术语：
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，a和/或b包括(a和b)和(a或b)。
一种用于去除铝渣中重金属铬和镍的方法，包括以下步骤：
(1)将铝渣和水加入三口烧瓶中，再依次加入氨水和强氧化剂，反应得到混合液。
(2)将所述混合液进行过滤。
优选地，步骤(1)具体按照以下步骤实施：
s1、将铝渣和水加入内置有磁转子三口烧瓶中，三口烧瓶内置磁力搅拌转子，然后将三口烧瓶放置于恒温磁力搅拌水浴锅中，开启搅拌，优选地，搅拌时间为10～20min，使体积较大的铝渣均匀分散于水溶液中。
优选地，所述铝渣和水的质量比为1：1～10如1：1、1：2、1：3、1：5、1：8或1：10等。
优选地，所述铝渣为含水率约为80％的湿铝渣，步骤(1)中，加入的湿铝渣和水的质量比为1：1～2。
s2、向三口烧瓶内缓慢滴加氨水，使三口烧瓶内混合液ph值为10～11如10、10.5或11。
优选地，所述氨水采用市售的氨水，质量分数约为24～28％。
s3、将冷凝管插入三口烧瓶的一个瓶口，另外两个瓶口用塞子密封，开启冷凝水进行冷凝循环，然后将恒温磁力搅拌水浴锅中的水温加热至预设水浴温度，并维持所述预设水浴温度进行搅拌反应。
优选地，步骤s3中，所述搅拌反应时间为30～40min如30min、32min、35min、38min或40min等。上述塞子优选为玻璃塞。
优选地，所述预设水浴温度为40～50℃如40℃、42℃、45℃、48℃或50℃。
s4、继续向三口烧瓶内缓慢滴加氧化剂，然后维持所述预设水浴温度继续搅拌反应。
优选地，所述氧化剂为双氧水或次氯酸钠；所述氧化剂的质量为铝渣质量的10～20％如10％、12％、15％、18％或20％等。
优选地，步骤s4中，所述搅拌反应时间为60～120min如60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min等。
优选地，步骤(2)中，将经所述过滤得到的滤渣再用水进行多次洗涤，所用到的水的质量为铝渣质量的3～5倍如3倍、3.5倍、4倍、4.5倍或5倍等。
优选地，步骤(2)中，向经所述过滤得到的滤液中加入盐酸调节ph为2～3，然后加入改性花生壳粉进行吸附反应，然后进行固液分离。
优选地，所述改性花生壳粉是在40～50℃如40℃、45℃或50℃温度下将花生壳粉依次置于碱溶液和酸溶液中分别搅拌反应2.5～3.5h如2.5h、3h或3.5h获得；所述改性花生壳粉的添加量为所述滤液的质量的1％。
需要说明的是，步骤(1)的反应过程中，氨水可以与铝渣中微量的氢氧化镍形成络合物[ni(nh3)6](oh)2，之后缓慢滴加氧化剂发生了三价铬离子的氧化反应，即发生了2cr(oh)3+3h2o2+4oh-→2cro42-+8h2o这一反应。因此，我们最终可以观察到滤液呈现出铬酸根离子的颜色即黄色。
需要说明的是，采用本发明的处理方法重复处理铝渣，对铝渣中的重金属铬和镍去除的效果越好。
本发明利用价格低廉的试剂原料，通过一步法同时有效除去铝渣中重金属铬及镍，且处理过程中铝的损失很小，使得脱除重金属后的铝渣能够直接制备成重金属达标的净水剂产品，极大地改善铝渣占地利用，实现铝渣资源化利用，并带来巨大的经济和环保效益，减少了环境污染。
另外，本发明的用于去除铝渣中重金属铬和镍的方法简单，高效、处理成本低、操作简单且能耗低，适于实现工业化应用。
为了便于理解本发明，下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。申请人声明，本发明通过以下实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于下述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明应依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
实施例1
(1)将100g的湿铝渣(含水率约为80％)加入内置有磁力搅拌转子的三口烧瓶中，然后往三口烧瓶中加入150g自来水，再把三口烧瓶置于恒温磁力搅拌水浴锅中，并开启磁力搅拌，以100r/min的转速进行搅拌约15min，以使得体积较大的铝渣均匀分散于水溶液中。
(2)继续向三口烧瓶内缓慢滴加氨水以使得整个混合液的ph值为10。
(3)在三口烧瓶的中间口上安装上冷凝管，并将三口烧瓶的另外两个口使用相应的玻璃塞密封，然后开启自来水进行冷凝循环，并设置加热温度为50℃，再开启恒温磁力搅拌水浴锅的加热至预设水浴温度，维持水浴温度为50℃，搅拌反应约40min。
(4)继续往三口烧瓶中缓慢滴加双氧水(质量分数为30％)，滴加质量为10g，并继续维持50℃的水浴温度搅拌反应60min后停止搅拌及加热，并停止冷却水循环。
(5)对上述反应得到的混合液进行过滤，对过滤得到的铝渣用水进行多次洗涤，直到洗液不再呈现出黄色即可，最终所用洗液的质量大约为铝渣的4倍。
(6)将经上述过滤得到的含铬酸根黄色滤液通过加入盐酸，使其ph值调为2；然后加入1g改性花生壳粉，在45℃的水浴温度下搅拌3小时；再通过过滤进行固液分离，滤液被重新使用。其中，改性花生壳粉是是在45℃温度下将花生壳粉依次置于5wt％的氢氧化钠溶液和5wt％的盐酸溶液中分别搅拌反应3h获得。
采用电感耦合等离子体-原子发射光谱仪对本实施例最后得到的滤渣中的重金属铬及镍的含量进行检测，检测结果如下表1所示。
表1.铝渣处理前后重金属的含量变化
实施例2
(1)将100g的湿铝渣(含水率约为80％)加入内置有磁力搅拌转子的三口烧瓶中，然后往三口烧瓶中加入150g自来水，再把三口烧瓶置于恒温磁力搅拌水浴锅中，并开启磁力搅拌，以100r/min的转速进行搅拌约15min，以使得体积较大的铝渣均匀分散于水溶液中。
(2)继续向三口烧瓶内缓慢滴加氨水以使得整个混合液的ph值为10.5。
(3)在三口烧瓶的中间口上安装上冷凝管，并将三口烧瓶的另外两个口使用相应的玻璃塞密封，然后开启自来水进行冷凝循环，并设置加热温度为45℃，再开启恒温磁力搅拌水浴锅的加热至预设水浴温度，维持水浴温度为45℃，搅拌反应约30min。
(4)继续往三口烧瓶中缓慢滴加双氧水(质量分数为30％)，滴加质量为15g，并继续维持45℃的水浴温度搅拌反应80min后停止搅拌及加热，并停止冷却水循环。
(5)对上述反应得到的混合液进行过滤，对过滤得到的铝渣用水进行多次洗涤，直到洗液不再呈现出黄色即可，最终所用洗液的质量大约为铝渣的5倍。
(6)将经上述过滤得到的含铬酸根黄色滤液通过加入盐酸，使其ph值调为3；然后加入1g改性花生壳粉，在45℃的水浴温度下搅拌3.5小时；再通过过滤进行固液分离，滤液被重新使用。其中，改性花生壳粉是是在45℃温度下将花生壳粉依次置于5wt％的氢氧化钠溶液和5wt％的盐酸溶液中分别搅拌反应3h获得。
采用电感耦合等离子体-原子发射光谱仪对本实施例最后得到的滤渣中的重金属铬及镍的含量进行检测，检测结果如下表2所示。
表2.铝渣处理前后重金属的含量变化
实施例3
(1)将100g的湿铝渣(含水率约为80％)加入内置有磁力搅拌转子的三口烧瓶中，然后往三口烧瓶中加入150g自来水，再把三口烧瓶置于恒温磁力搅拌水浴锅中，并开启磁力搅拌，以100r/min的转速进行搅拌约15min，以使得体积较大的铝渣均匀分散于水溶液中。
(2)继续向三口烧瓶内缓慢滴加氨水以使得整个混合液的ph值为11。
(3)在三口烧瓶的中间口上安装上冷凝管，并将三口烧瓶的另外两个口使用相应的玻璃塞密封，然后开启自来水进行冷凝循环，并设置加热温度为40℃，再开启恒温磁力搅拌水浴锅的加热至预设水浴温度，维持水浴温度为40℃，搅拌反应约40min。
(4)继续往三口烧瓶中缓慢滴加双氧水(质量分数为30％)，滴加质量为20g，并继续维持40℃的水浴温度搅拌反应120min后停止搅拌及加热，并停止冷却水循环。
(5)对上述反应得到的混合液进行过滤，对过滤得到的铝渣用水进行多次洗涤，直到洗液不再呈现出黄色即可，最终所用洗液的质量大约为铝渣的3倍。
(6)将经上述过滤得到的含铬酸根黄色滤液通过加入盐酸，使其ph值调为2.5；然后加入1g改性花生壳粉，在45℃的水浴温度下搅拌3.5小时；再通过过滤进行固液分离，滤液被重新使用。其中，改性花生壳粉是是在45℃温度下将花生壳粉依次置于5wt％的氢氧化钠溶液和5wt％的盐酸溶液中分别搅拌反应3h获得。
采用电感耦合等离子体-原子发射光谱仪对本实施例最后得到的滤渣中的重金属铬及镍的含量进行检测，检测结果如下表3所示。
表3.铝渣处理前后重金属的含量变化
实施例4
实施例4与实施例1的不同之处在于：将步骤(2)中，加氨水以使得整个混合液的ph值为11。
采用电感耦合等离子体-原子发射光谱仪对本实施例最后得到的滤渣中的重金属铬及镍的含量进行检测，检测结果如下表4所示。
表4.铝渣处理前后重金属的含量变化
实施例5
实施例5与实施例1的不同之处在于：将步骤(4)中，双氧水的滴加质量改为15g。
采用电感耦合等离子体-原子发射光谱仪对本实施例最后得到的滤渣中的重金属铬及镍的含量进行检测，检测结果如下表5所示。
表5.铝渣处理前后重金属的含量变化
实施例6
实施例6与实施例1的不同之处在于：将步骤(4)中，搅拌反应时间改为120min。
采用电感耦合等离子体-原子发射光谱仪对本实施例最后得到的滤渣中的重金属铬及镍的含量进行检测，检测结果如下表6所示。
表6.铝渣处理前后重金属的含量变化
实施例7
实施例7按实施例3的步骤重复做了两次。
采用电感耦合等离子体-原子发射光谱仪对本实施例最后得到的滤渣中的重金属铬及镍的含量进行检测，检测结果如下表7所示。
表7.铝渣处理前后重金属的含量变化
由上述实施例1至实施例6可得出，加氨水调节待氧化的混合液的ph值在10-11范围内ph值越高，加入氧化剂的量越高，氧化搅拌反应时间越长，对铝渣中的重金属铬和镍去除的效果越好。
由实施例3和实施例7对比可得出，采用相同的处理方法重复处理铝渣，对铝渣中的重金属铬和镍去除的效果也越好。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明配方及制备工艺可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。