新型固态电解铝工艺实现废旧电池高价值回收利用
来源：第一锂电网
日本东北大学tetsuya nagasaka教授课题组提出了一种固态电解（sse）工艺，该工艺使用熔盐来升级回收电池中的铝（al）废料。
sse生产的铝纯度与铝合金铸造原铝相当，达到99.9%。
电解实验在500℃下，使用熔融的mgcl2-nacl-kcl-5mol% alf3和licl-kcl-5 mol% alf3为电解质，以典型的铸造合金ac2a和最常见的压铸合金ad12作为阳极。
并且通过扫描电子显微镜（sem）表征发现铝溶解后阳极泥层呈现多孔结构；x射线衍射仪技术（xrd）结果表明，典型的合金元素在阳极泥中以si和al2cu的形式从初始铸铝合金中分离出来；电感耦合等离子体原子发射光谱（icp-aes）结果表明在阴极沉积的铝的纯度为99.9%，并且在阳极泥中富集了硅、铜和铁。
根据阳极泥中的铝渣量和沉积在阴极上的铝渣量，计算出初始铝合金中95%的铝均沉积在阴极上，证明了这种方法的有效性。
除此之外，利用sse进行升级再造的铝铸件或压铸合金实现了较低的mg含量，一个10 ka的电解槽连续工作近一年才在阴极中积累280 kg的mgcl2，未来一年仅需更换一次电解槽电解质。
为了进一步了解sse工艺性能，将其与当前的原铝生产（hall-héroult工艺）、提纯（三层电解）和回收（重熔）的工业工艺进行比较。结果发现，在这四种工艺中，唯一能够快速升级铝铸件废料的回收工艺是拟议的sse工艺。
通过参考hall-héroult过程的实际电解电压，估计工业sse的实际电解电压约为2.22 v（1.94~2.80 v）。整个sse过程的总能量需求，包括废料的熔化、将其浇铸到电极中以及在sse过程后将沉积的铝重熔成锭，能量消耗平均仅为65.4 mj∙kg−1。
电解槽的垂直对称设计、较低的理论电解电压（在0 v左右）、较低的电解温度（500 ℃）和电解质的高电导率都有助于降低能耗。使用这种sse工艺，废铝可以升级为纯度和质量与原铝相当的铝，并有效防止“死金属”的产生。此外，通过使用sse工艺生产的铝，与生产相同数量的原铝相比，碳排放量将显著降低。
本项研究提出了一种使用熔盐作为电解质的新型固态电解（sse）工艺来升级回收铝废料。即使用1吨电解质可以电解超过24吨铝合金，且连续运行一年的时间后，才需要进行维护，拥有去除杂质的能力和低能耗等技术优势。
该方法具有取代现有的降低铝品位的回收技术的潜力，改变电池废料精炼的现状，为实现铝业可持续发展铺平道路。相关研究成果发表在《nature》。