铝电解槽废阴极碳块真空蒸馏产物的深度净化与资源化研究

为解决铝电解槽废阴极碳块(SCCB)中难去除的CaF2问题，东北大学冶金学院团队创新性提出采用AlCl3溶液深度净化真空蒸馏碳块，实现碳纯度达99.4%，并通过废液制备羟基氟化铝(AlFx(OH)3-x·nH2O)实现氟回收率79.46%，为危险固废资源化提供新思路。

　　

在铝电解工业中，废阴极碳块(SCCB)如同"定时炸弹"——其含有的可溶性氟化物和氰化物毒性远超行业标准，不仅污染土壤和地下水，更威胁人类健康。传统处理方法如填埋或焚烧既浪费资源又无法彻底解毒，而现有湿法冶金工艺存在分离不完全、废水处理成本高等痛点。东北大学冶金学院的研究团队独辟蹊径，将真空冶金理论与化学溶解技术相结合，为这一困扰行业数十年的难题提供了创新解决方案。

这项发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》的研究，核心突破在于攻克了真空蒸馏后碳块中残留5%-10%难挥发CaF₂的净化难题。研究人员采用AlCl₃溶液定向溶解技术，通过精确调控液固比(20:1)、溶液浓度(200 g·L^-1)、温度(80°C)等参数，使碳纯度提升至99.4%。更巧妙的是，团队将含氟废液转化为制备电解铝用AlF₃的前驱体——羟基氟化铝，形成"净化-回收"闭环系统。

关键技术包括：1) 基于中试线获取的真空蒸馏碳块样本进行XRD物相分析；2) 建立CaF₂在AlCl₃溶液中的溶解平衡模型；3) 采用五因素正交实验优化溶解工艺；4) 通过pH和F/Al摩尔比调控羟基氟化铝结晶过程；5) 热重分析确定AlF₃转化温度区间。

【Purification of the distilled carbon block】
研究揭示AlCl₃溶液与CaF₂反应生成AlF²⁺/AlF₂⁺的溶解机制，在最优条件下氟溶解率>95%。溶液可循环使用5次后仍保持94.9%碳纯度，大幅降低处理成本。

【Environmental implication】
该工艺实现SCCB全组分无害化处理，尤其突破性解决传统方法无法彻底去除CaF₂的瓶颈。废液中氟元素以羟基氟化铝形式回收，避免酸性废水污染。

【Conclusions】

1. 确立AlCl₃溶液深度净化技术参数体系；2) 开发废液制备羟基氟化铝的工艺(F回收率79.46%)；3) 证实400-500°C焙烧可转化AlF₃；4) 构建"真空蒸馏-化学净化-资源回收"全链条技术。

这项由Di Yuezhong和Li Wenrui领衔的研究，不仅为铝工业危险固废处理提供新范式，更开创了氟资源循环利用的新路径。其创新性在于将物理分离与化学转化有机结合，既解决环保难题，又实现高值组分回收，对推动冶金行业绿色转型具有重要示范意义。