闪蒸焦耳热技术在固体废弃物（电解铝阴极炭）处理中的应用

固体废弃物的资源化、减量化、无害化处置已成为这些年的研究热点。其中，废弃阴极碳是铝电解产生的固体废弃物， 废弃阴极碳由氟化碳，氧化铝，冰晶石，硅铝酸盐和微量qing化物（0.2 wt％-1 wt％）组成。较高的碳质材料使得SCC具有较高的回收价质，而未经处理的qing化物和氟化物对环境和生态的影响十分严重。目前，废弃阴极碳常规的处理方法可分为水处理、真空蒸馏工艺和热处理工艺等。水处理主要在溶液环境中从废弃阴极碳中提取氟化物。传统的热处理处理主要是在高温下燃烧碳化物，其间氟化物转化为烟气，qing化物也分解。水冶金处理过程产生大量有害气体，如HF，容易造成设备严重腐蚀。经过处理的废弃阴极碳仍然含有高可溶性氟化物含量（仍被视为危险物质）。同时采用热处理和真空蒸馏法的能耗高、周期长。因此，亟需寻找一种既高效又环保的废弃阴极碳处理技术实现废弃阴极碳的绿色和清洁回收利用，这将有助于最大限度地发挥其经济价值，避免危险固体废物对环境造成的威胁。

为克服现有的SCC净化工艺的高能耗、长周期、利用率低等缺陷，中国矿业大学朱荣涛团队利用文天精策仪器科技（苏州）有限公司创制的焦耳热闪蒸系统报告了一种简便和快速的废弃阴极炭处理策略，利用该技术高效去除了废阴极碳块中的氟化物和其它有毒物质，并研究了闪蒸参数对废弃阴极炭处理效果的影响。结果发现，废弃阴极炭中有害杂质元素*分解逸出，可获得95%以上的固定碳含量。进一步，将闪蒸处理过的阴极炭作为超级电容器的电极材料，超级电容器表现出较高的比电容。本工作提出的废弃阴极碳低成本、快速修复的焦耳热闪蒸工艺和装置，为固体废物的清洁回收和高价值利用提供了有效的方法和途径。相关成果以中国矿业大学为第一单位，发表在国际期刊《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）

图1 焦耳热闪蒸技术处理废弃阴极炭示意图

图2 焦耳热闪蒸工艺参数

图3 不同闪蒸电压和闪蒸遍数下废弃阴极炭的X射线衍射图

图4 不同闪蒸电压下焦耳热闪蒸处理后的废弃阴极炭的拉曼光谱