中國儲能網訊：利用重熔技術回收電池中鋁廢料會降低鋁的品位，而這種降級的再生鋁的最終沉降物是鑄鋁合金。隨著電動汽車廣泛應用，對高等級鋁的需求預計將增加，而低等級再生鋁的需求將下降。為了滿足未來對高品位鋁的需求，需要一種新的鋁回收方法。

日本東北大學Tetsuya Nagasaka教授課題組提出了一種固態電解（SSE）工藝，該工藝使用熔鹽來升級回收電池中的鋁（Al）廢料。SSE生產的鋁純度與鋁合金鑄造原鋁相當，達到99.9%。電解實驗在500℃下，使用熔融的MgCl2-NaCl-KCl-5mol% AlF3和LiCl-KCl-5 mol% AlF3為電解質，以典型的鑄造合金AC2A和最常見的壓鑄合金AD12作為陽極。并且通過掃描電子顯微鏡（SEM）表征發現鋁溶解后陽極泥層呈現多孔結構；X射線衍射儀技術（XRD）結果表明，典型的合金元素在陽極泥中以Si和Al2Cu的形式從初始鑄鋁合金中分離出來；電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）結果表明在陰極沉積的鋁的純度為99.9%，并且在陽極泥中富集了硅、銅和鐵。根據陽極泥中的鋁渣量和沉積在陰極上的鋁渣量，計算出初始鋁合金中95%的鋁均沉積在陰極上，證明了這種方法的有效性。除此之外，利用SSE進行升級再造的鋁鑄件或壓鑄合金實現了較低的Mg含量，一個10 kA的電解槽連續工作近一年才在陰極中積累280 kg的MgCl2，未來一年僅需更換一次電解槽電解質。為了進一步了解SSE工藝性能，將其與當前的原鋁生產（Hall-Héroult工藝）、提純（三層電解）和回收（重熔）的工業工藝進行比較。結果發現，在這四種工藝中，唯一能夠快速升級鋁鑄件廢料的回收工藝是擬議的SSE工藝。通過參考Hall-Héroult過程的實際電解電壓，估計工業SSE的實際電解電壓約為2.22 V（1.94~2.80 V）。整個SSE過程的總能量需求，包括廢料的熔化、將其澆鑄到電極中以及在SSE過程后將沉積的鋁重熔成錠，能量消耗平均僅為65.4 MJ?kg?1。電解槽的垂直對稱設計、較低的理論電解電壓（在0 V左右）、較低的電解溫度（500?℃）和電解質的高電導率都有助于降低能耗。使用這種SSE工藝，廢鋁可以升級為純度和質量與原鋁相當的鋁，并有效防止“死金屬”的產生。此外，通過使用SSE工藝生產的鋁，與生產相同數量的原鋁相比，碳排放量將顯著降低。

圖1 固態電解（SSE）過程的原理示意圖

本項研究提出了一種使用熔鹽作為電解質的新型固態電解（SSE）工藝來升級回收鋁廢料。即使用1噸電解質可以電解超過24噸鋁合金，且連續運行一年的時間后，才需要進行維護，擁有去除雜質的能力和低能耗等技術優勢。該方法具有取代現有的降低鋁品位的回收技術的潛力，改變電池廢料精煉的現狀，為實現鋁業可持續發展鋪平道路。相關研究成果發表在《Nature》。

原文鏈接：Xin Lu, Zhengyang Zhang, Takehito Hiraki et al. A solid-stateelectrolysis process for upcycling aluminium scrap. Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-04748-4