閃蒸焦耳熱技術在固體廢棄物（電解鋁陰極炭）處理中的應用

固體廢棄物的資源化、減量化、無害化處置已成為這些年的研究熱點。其中，廢棄陰極碳是鋁電解產生的固體廢棄物， 廢棄陰極碳由氟化碳，氧化鋁，冰晶石，硅鋁酸鹽和微量qing化物（0.2 wt％-1 wt％）組成。較高的碳質材料使得SCC具有較高的回收價質，而未經處理的qing化物和氟化物對環境和生態的影響十分嚴重。目前，廢棄陰極碳常規的處理方法可分為水處理、真空蒸餾工藝和熱處理工藝等。水處理主要在溶液環境中從廢棄陰極碳中提取氟化物。傳統的熱處理處理主要是在高溫下燃燒碳化物，其間氟化物轉化為煙氣，qing化物也分解。水冶金處理過程產生大量有害氣體，如HF，容易造成設備嚴重腐蝕。經過處理的廢棄陰極碳仍然含有高可溶性氟化物含量（仍被視為危險物質）。同時采用熱處理和真空蒸餾法的能耗高、周期長。因此，亟需尋找一種既高效又環保的廢棄陰極碳處理技術實現廢棄陰極碳的綠色和清潔回收利用，這將有助于最大限度地發揮其經濟價值，避免危險固體廢物對環境造成的威脅。

為克服現有的SCC凈化工藝的高能耗、長周期、利用率低等缺陷，中國礦業大學朱榮濤團隊利用文天精策儀器科技（蘇州）有限公司創制的焦耳熱閃蒸系統報告了一種簡便和快速的廢棄陰極炭處理策略，利用該技術高效去除了廢陰極碳塊中的氟化物和其它有毒物質，并研究了閃蒸參數對廢棄陰極炭處理效果的影響。結果發現，廢棄陰極炭中有害雜質元素*分解逸出，可獲得95%以上的固定碳含量。進一步，將閃蒸處理過的陰極炭作為超級電容器的電極材料，超級電容器表現出較高的比電容。本工作提出的廢棄陰極碳低成本、快速修復的焦耳熱閃蒸工藝和裝置，為固體廢物的清潔回收和高價值利用提供了有效的方法和途徑。相關成果以中國礦業大學為第一單位，發表在國際期刊《Journal of Environmental Science and Health》上。（Pengfei Huang, Rongtao Zhu, Xinxi Zhang & Wenjun Zhang (2022): A milliseconds flash joule heating method for the regeneration of spent cathode carbon, Journal of Environmental Science and Health, Part A, DOI: 10.1080/10934529.2021.2022422）

圖1 焦耳熱閃蒸技術處理廢棄陰極炭示意圖

圖2 焦耳熱閃蒸工藝參數

圖3 不同閃蒸電壓和閃蒸遍數下廢棄陰極炭的X射線衍射圖

圖4 不同閃蒸電壓下焦耳熱閃蒸處理后的廢棄陰極炭的拉曼光譜