日本北海道大学研究生院工学研究院的坪内直人副教授和望月友贵特任助教的研究团队发表研究成果称，将铝浮渣（溶解金属）作为二氧化碳（CO₂）化学吸收液，在浮渣与添加的二氧化碳共存的状态下进行水热处理，成功制备出了甲酸盐和草酸盐等有机酸盐，同时还实现了将浮渣中的金属铝和氮化铝向勃姆石的转化、生成氢气（H₂）以及铵离子（NH₄⁺），并去除了卤素（氯和氟）。这种碳循环型处理技术在全球尚属首例。相关研究成果已于3月20日发表在期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上。
图 通过Al浮渣的碳循环型水热处理，制备有机物质并除去杂质（供图：北海道大学）
由于铝重量轻，在汽车工业等致力于减少CO₂排放的行业其需求预计会进一步增加。但在Al的制造过程中会产生副产物铝浮渣。这种浮渣既是一种宝贵的可回收资源，也是一种难以处理的废弃物。
在日本，每年产生的铝浮渣约占Al生产总量的10%（37万吨），尽管其中部分铝含量较高的浮渣能够被钢铁行业再利用，但每年仍有3万吨左右的浮渣只能填埋处理。由于废弃物处理成本高涨，导致部分生产车间不得不储存浮渣，预计这种情况会变得更加严重。
关于浮渣的无害化、回收利用、有效利用，迄今为止人们已经研究了多种方法。但是，高温干式处理方法会产生CO₂而且能耗巨大，使用H₂O的处理方法虽然具有可以同时脱卤和脱氮等优点，但即使在250℃的水热条件下，氮的去除率也仅为67%，成本效益不理想。此外，这些方法都没有考虑碳循环，因此一直以来迫切需要一种碳循环型的处理技术。
此次，研究人员在存在CO₂源——碳酸氢钠（NaHCO₃）的情况下，对铝浮渣进行水热处理，并对其气、液、固相进行分析，结果发现，铝浮渣中的金属铝、H₂O、CO2通过参与反应生成了H2和有机酸盐，同时金属铝转变为了勃姆石形态。此外，氮化铝中的氮转化为了NH₄⁺，固相中的氮去除率达到了约90%左右，卤素也被一并去除。
研究人员还调查了铝浮渣种类和NaHCO₃浓度对实验结果的影响，结果表明，发现有机酸盐和H₂的生成量在金属铝含量较高的铝渣中更大，且NaHCO₃的添加量也为最佳值。研究证实，在任何情况下，氮的去除率在300℃下都达到了90%以上，在此过程中金属铝和氮化铝均转化为勃姆石。
坪内副教授表示：“本实验室致力于通过化学手段解决‘资源、能源、环境’的相关问题。这项技术通过将低品位的铝浮渣和二氧化碳作为资源进行回收利用，有望减少废弃物的产生量和温室气体的排放量。通过这些研究，我们希望能为实现联合国制定的可持续发展目标（SDGs）做出贡献。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：ACS Sustainable Chemistry & Engineering
论文：Co-processing method for the stabilization of aluminum dross and the production of valuable substrates via hydrothermal treatment
URL：doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c00116
