活性炭吸附金的机理、应用及工艺管理

综述了活性炭吸附金氰络合物的机理和应用研究的进展，比较了提金活性炭产品的技术指标，提出了制定提金活性炭专业标准建议，调查了提金活性炭的使用管理。

1 炭从氰化物溶液中吸附金的机理研究和进展

1894年约翰逊（Johnston）获得了使用活性炭作氰化金的吸附剂的**。在近百年来，人们对活性炭吸附金氰络合物的机理进行了不断地研究，至少经历了三个阶段，取得了很大进展，但时至今日仍在探索中。

1.1 早期理论

活性炭从氰化金溶液中吸附金的早期理论大致可分为两种。一是“直接吸附说”，认为金以Au(CN)2-阴离子而被活性炭直接吸附；二是“还原说”，认为活性炭吸附金的氰化络合物发生了化学变化，它被还原成金属金或某种中间状态的产物，或者是它在炭的孔隙里沉淀成不溶性的络合物AuCN。

1.2 中期理论

有关活性炭吸附金氰络合物的机理研究在研究者中虽还有分歧，但关于Au(CN)2-络合物在炭表面上被完全还原为金属的理论，已被事实否定。

1.3 80年代理论

在80年代**范围的“黄金热”中，随着炭浆提金工艺的广泛应用、试验方法和检测手段的发展，为继续研究活性炭吸附金机理提供了条件，使机理研究有了新进展。

(1) 倾向性认为，亚金氰化络合物吸附在活性炭上，并不伴随化学变化。

(2) 研究已经确认，炭从碱性氰化物溶液与从酸性氰化物溶液中吸附金不同，金在炭上不还原为金属态。

(3) 认为在炭表面形成金束时，金部分地还原为介乎0与1之间的中间氧化态的机理亦不受青赖。

(4) JDMiller等研究认为，活性炭从氰化物溶液中吸附金的实质，同石墨结构性质，如表面积和微晶尺寸及结构缺陷关系密切，同官能团关系不大。

(5) 我国学者张文辉用“对比研究法”研究了活性炭吸附Au(CN)2-的机理，得出了与炭的化学结构和孔结构（中孔和微孔）有关的结论。

笔者认为，随着科学技术及测试手段的发展和炭吸附金机理研究的逐步深入，终将接近或达到真理性的认识。同时，必将指导生产提金用活性炭质量的提高，以满足提金工艺的需要。

1.4 理论研究的进展

近年来，活性炭在炭浆提金工艺中的应用理论研究如吸附热力学和动力学的研究取得了成就。它直接影响到炭浆厂的生产实践。

1.4.1 吸附的可逆性

研究试验证实，尽管解吸速度比吸附速度稍慢，但反应是可逆的。经工业实验确切地证实了活性炭在含金氰络合物的矿浆中吸附金的可逆性，并通过试验得出了“接触离子交换效应”的结论。

吸附的可逆性这一现象在炭浆提金实践中的意义是，如果吸附金的炭颗粒一但被破碎而随炭浆穿过了20目的级间筛网，并随炭浆流出后一级吸附槽之前，有少量的金从炭粒上被解吸下来。因此，与送进CIP的料浆中固体含（金）量相比，以CIP排出的固体尾渣中检测出不溶的金含量增加，这说明增加的金与细粒炭有关。实践中固体尾渣里的金含量增加未被检测出来，这一事实说明“满载”金的炭在吸附段中的破碎不是CIP的一个严重问题。

1.4.2 炭的分布吸附 

系统后一级吸附槽的装炭量应比前面各级多加一点，这一看法与有效地降低尾液中金浓度的操作结果是一致的。

炭在含金高浓度的第1级或后两级中分布不均匀，那么会使尾液的金浓度增高。

笔者认为，炭的分布“均匀”系指两个含意，一是指吸附系统各级吸附槽间炭分布均匀；二是指每级吸附槽中炭的分布均匀。

1.4.3 竞争吸附 

尽管活性炭一般对氰化金有很高的选择性，但氰化银也被吸附。高浓度的铜、镍和铁等的氰化络合物的存在，会明显地降低金的吸附量。铜的影响特别有趣，它的吸附对游离氰根浓度和溶液的pH十分敏感。

活性炭对氰化金的选择性高于氰化银，当两种金属络合物的吸附量相当高时，银会被金“挤出”活性炭。所以，须采取特殊的措施，以保证满意地回收银。

1.4.4 活性炭中毒

有机物中毒。在水中不溶解的有机化合物如各种机械油、浮选药剂、腐植酸等在CIP系统中存在，可引起炭的有机物中毒，对炭在氰化金溶液中吸附金有有害影响。炭的有机物中毒机理可能是在炭粒表面吸附了一层有机溶剂膜，影响炭的吸附速度而不影响吸附容量。

无机物中毒。碳酸钙、赤铁矿、细分散的粘土或页岩矿泥等在CIP中的存在可引起炭的无机物中毒。炭的无机物中毒机理显然是活性炭孔道的机械堵塞，而不是在炭表面活性点上的竞争吸附。

1.4.5 解吸炭的热力再生

解吸炭经化学再生后，还须进行热力再生。炭经热力再生重新活化不仅可除去有机废物（解除有机物中毒），而且可将炭孔扩大，并再生出表面氧化物活性点。但再生炭只能达到新炭活性的80%。研究表明，控制再生温度、加入的水或蒸气及盐量是重要的。该过程的主要反应是水煤气反应，温度高于800℃，Ca2+、Fe2+对反应有催化作用。然而，炭的温度也决定了所生成的功能团类型。

2 提金用活性炭产品和新炭研制

2.1 活性炭产品

在我国随着炭浆提金工艺（CIP、CIL、CIC）的推广应用，推动了提金用活性炭的生产发展。国产提金炭已由**代的杏壳炭发展到第二代的椰壳炭。目前，国内已有数百家活性炭厂，生产提金用椰壳炭的主要厂家和产品技术指标见附表1。

表1 提金用活性炭生产厂家及技术指标

2.2 新炭的研制

生产提金用炭的原料除椰壳和杏壳外，还有乌榄核壳、野核桃壳、核桃壳、桃核壳和山楂核等。中科院长春应用化学研究所韩富荣等研制了提金用“山楂核活性炭”。通过试验，对比测定了山楂核活性炭和美国椰壳炭的吸金速度、吸金回收率、载金量、耐磨强度和解吸等。现尚未用于工业生产。

赣州有色金属研究所刘*庚等试验研究了《磁性炭在选金工艺中的应用》；中科院金属研究所王崇琳等研究了《磁性活性炭的吸附金特性》；中南工业大学李德良等进行了《磁性炭浆（MIP）工艺及磁性炭研究》；内蒙古自治区冶金研究所张春树等进行了《活性炭纤维织物（炭布）在氰化液中吸附金银直接电解金试验研究》。可望用于工业生产。

3 提金炭技术标准

研兖和实践证明，生产提金炭的原料、设备、工艺条件、控制手段等的不同，产出的提金炭质量亦不同。目前，我国对提金炭技术指标和测定尚无统一标准。炭生产厂家各持已见，科研单位采用“对比法”鉴别质量。

冶金部长沙矿冶研究院刘谟禧提出了《提金活性炭的制备、性能及其应用》；长春黄金研究所卞直旭等人提出了《提金专用活性炭质量测试方法的探讨》，张家口金矿张全桢等人提出了《提金用活性炭性能测定及选优》，并提出了张家口金矿《提金活性炭技术指标及检测方法》矿标。

笔者认为；当务之急是有关单位应针对我国提金炭的生产和炭浆提金工艺需要；参照和借鉴国外提金炭的技术标准和检测方法；尽快地制定出我国的提金炭专业技术标准。在标准中，应将炭的吸金容量（K值）、吸金速度（R值）、比表面积和孔容积等有关指标纳入我国的提金炭技术标准中，以满足炭浆提金工艺的需要。

4 提金炭的使用管理

笔者对部分炭浆厂提金炭的使用管理进行了考察。应当肯定的是各炭浆厂都积累了许多经验；同时，也存在一些共性的问题，应当改进。

4.1 活性炭牌号

活性炭的牌号不同，技术指标亦不同。据不完全了解，仅美国有名的活性炭公司有8家，其中卡尔根（CALGON）跨国公司是四大家之一。国外炭浆厂均重视提金炭牌号的选优，但在我国一些炭浆厂忽视提金炭牌号的选择。企业的供应部门和生产技术部门应重视提金炭牌号，共同选择适于本企业的炭牌号，以保证质量需求。

4.2 新炭预处理

新炭加入吸附工艺前，均进行搅拌磨损处理，有的同时加酸处理，磨后过筛。但多数磨损处理前不作筛分考核（或取样筛分）；亦不作磨损后的考核；搅拌磨损时间有的长达6小时。张家口金矿炭浆厂国外设计新炭磨损时间为30分钟。一般以30分钟至1小时为宜。

4.3 吸附槽炭浓度检查及平衡

在设计和工艺条件中，对各级吸附槽炭浓（密）度及检查均有规定。张家口金矿炭浆厂岗位操作工按规定对炭密度每小时测定一次并填操作记录；按时提炭，及时平衡各级吸附槽炭密度，吸附系统中炭的动态平衡掌握得好，不加“顿炭”。但较普通的吸附工艺操作管理中，不按时测定和平衡各级吸附槽炭密度；有的8小时测定1~2次；各槽炭密度出现了不平衡亦不作调整（检测同调整脱节）；有的发现吸附尾液品位上升就加“顿炭”。总之，在吸附工艺中对炭的均匀分布和动态平衡操作管理差，急需改进和提高。