基于MKN熔盐体系可溶阳极电解的废铝合金高效回收与纯化新策略

为解决废铝合金传统重熔工艺无法去除合金元素导致回收铝品质下降的问题，研究人员开发了MgCl2-KCl-NaCl（MKN）熔盐体系可溶阳极电解新工艺，通过实时监测电解过程、阴极沉积表征及电化学分析，揭示了Mg2+与Al3+的三阶段共沉积机制，优化后获得纯度达99.84 wt%的再生铝，为铝工业可持续发展提供新技术路径。

　　

铝作为现代工业的“绿色金属”，其回收利用对实现碳中和目标至关重要。然而，传统废铝合金重熔工艺存在致命缺陷——无法去除铜、硅等合金元素，导致再生铝品质逐代劣化，最终只能降级用于低端铸造件。国际铝业协会报告显示，铝工业必须在2050年前减排77%，但全球废铝存量预计2030年将达540万吨，现有技术难以消化这一“金属洪流”。更棘手的是，当前主流的低温AlCl₃熔盐电解法虽能提纯，但产物易氧化、工艺稳定性差，且AlCl₃的高挥发性阻碍工业化应用。

针对这一系列挑战，东北大学（原文中第一作者单位Gr?nges Aluminum Co., Ltd.为合作企业，根据国内惯例以通讯作者Yaowu Wang所在单位为准）的研究团队另辟蹊径，开发了基于MgCl₂-KCl-NaCl（MKN）三元熔盐体系的可溶阳极电解新工艺。该研究通过热力学计算、电化学测试与多尺度表征相结合，首次揭示了熔盐中Al³⁺与Mg²⁺的竞争沉积规律，创新性引入AlCl₃添加剂调控相变过程，最终获得纯度媲美原铝（99.84 wt%）的再生铝产品。相关成果发表于《Journal of Cleaner Production》，为破解铝资源循环的“降级魔咒”提供了关键技术方案。

研究团队采用四大关键技术：1）建立MKN熔盐体系热力学模型，计算不同金属离子的理论分解电压；2）通过循环伏安法（CV）和方波伏安法（SWV）解析Al³⁺/Mg²⁺电化学行为；3）采用原位X射线衍射（XRD）监测电解过程相变；4）设计工业级废铝合金（含Si 7.2 wt%、Fe 1.1 wt%）验证工艺稳定性。

【材料表征】定量分析显示废铝合金含9种合金元素，其中Si、Fe为主要杂质（图1）。差示扫描量热法（DSC）证实MKN熔盐液相线温度较传统AlCl₃体系提高300°C以上。

【热力学分析】通过Nernst方程计算得出，Mg²⁺还原电位（-2.31 V）比Al³⁺（-1.68 V）更负，但AlCl₃添加可显著提升Al³⁺活度，使实际沉积电位差缩小至0.12 V。

【阴极沉积机制】研究发现电解过程呈现三阶段特征（图3）：0-30分钟为镁欠电位沉积（UPD）阶段，阴极产物含Mg 92 wt%；30-90分钟为Mg-Al共沉积阶段，Al含量从18 wt%升至67 wt%；90分钟后进入纯Al沉积阶段，最终产物Mg含量降至0.16 wt%。

【参数优化】响应面实验确定最佳条件为：AlCl₃添加量12.5 wt%、温度500°C、电流密度0.15 A/cm²。此时电流效率达84.7%，较传统工艺提升21%。

该研究突破性地阐释了高温熔盐体系中多价态离子竞争沉积的“电位窗口效应”，首创通过AlCl₃动态调控实现选择性电结晶的方法。相比传统工艺，新工艺能耗降低38%，且阴极产物为致密铝块而非易氧化的粉末。正如通讯作者Yaowu Wang强调的，这项技术“首次在工业级电流密度下实现废铝合金的‘升级循环’”，为应对全球铝资源危机提供了兼具经济性与环境友好性的解决方案。随着电动汽车轻量化需求激增，该技术有望重塑全球铝回收产业格局，加速实现“双碳”目标。