摘要：介绍了活性炭再生机理，并详细论述了黄金生产过程中提金用活性炭再生技术现状、工艺改进及发展趋势。
0 引言
活性炭是一种由含炭材料制成、外观呈黑色、内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的微晶质炭素材料，是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体。活性炭按原料来源可分为：木质活性炭、果壳活性炭、兽骨/血活性炭、矿物原料活性炭、合成树脂活性炭、橡胶塑料活性炭等。活性炭按外观形态可分为：粉状、颗粒状、不规则颗粒状、圆柱形、球形和纤维状等。活性炭的应用广泛，其用途几乎涉及所有的国民经济部门和人们日常生活，如水质净化、黄金提取、糖液脱色、药品针剂提炼、血液净化、空气净化、人体健康防护等。
黄金生产采用的活性炭吸附工艺，对活性炭的种类、活性、孔径、表面积、孔容积、强度、粒度等都有一定的要求。
吸附金用的活性炭有椰壳炭、杏核炭、桃核炭、橄榄核炭、煤质炭等。椰壳炭和杏核炭的吸附性能大体相当，只是椰壳炭的粒度和强度比杏核炭大些。随着活性炭生产企业在技术上的突破及原材料因素的影响，椰壳炭得到了更大程度的普及，成为黄金用活性炭的主流，大部分炭浆厂、堆浸厂及含氰废水回收金工艺都以椰壳炭作为首要选择。
活性炭在吸附金的同时，在炭的表面和孔隙中会吸附一些无机盐及贱金属杂质，主要有锌、铁、钙、铜，它们主要以Zn2Fe(CN)6、ZnCO3。Zn(OH)2、Fe (OH)3、Fe(OH)2、CaCO3、CuCO3。Cu(OH)2等形式存在，同时还会吸附各种机械油、絮凝剂等有机物，从而影响活性炭的吸附活性，使炭的吸附容量和吸附率大大降低，导致活性炭“失活”。由于吸附大量杂质而失去活性的活性炭需要进行活化再生，恢复其吸附能力。
活性炭的再生，就是将失活活性炭经过特殊处理，使活性炭恢复绝大部分的吸附能力，以便重新用于吸附过程，降低生产成本，减少资源的浪费。
1 活性炭再生机理及工艺条件
1.1 活性炭再生机理
活性炭再生是指用物理或化学方法在不破坏活性炭原有结构的前提下，将吸附于活性炭微孔的杂质去除，恢复其吸附性能，以便循环使用。由于活性炭吸附了碱金属氧化物后，在活性炭再生时起到催化作用，助长了活性炭本身的燃烧，造成炭的损失，而且会使活性炭的孔隙扩大，降低强度。因此活性炭在再生去除有机物前应先经酸洗，以除掉碱金属氧化物。
一般情况下，失活炭每酸洗3~5个循环后进行一次去除有机物的再生，再返回活性炭吸附工段，不需要每次酸洗后都去除有机物。这样可减少炭的损失，节约电能，对吸附率也不会造成影响。
活性炭再生的常规生产工艺流程：
失活活性炭→酸洗→水洗→中和→干燥→热再生→打磨→筛分→再生活性炭
1.2 活性炭去除吸附无机盐再生工艺及条件
除去无机盐大多通过酸洗来完成。酸洗主要是通过酸与吸附在炭表面和孔隙中的无机物及贱金属反应，生成可溶性盐，然后被水溶除去。
1.2.1 酸洗工艺条件
分别用5%的HNO3(或HCl)、水、1%的NaOH水溶液，各浸泡解吸炭05~1.0h，每换一种溶液都应将前段的溶液排掉，后用2~3倍炭床体积的水冲洗。酸洗一般在常温下进行，另外, 有文献介绍采用8g/L的次氯酸钠和6%的硫酸铵，按体积1:1混合液作再生剂，以氧化那些活性炭上的还原性物质并将铜以铜氨络合物的形式洗脱下来。
1.2.2 酸洗的影响因素
一般酸洗用稀盐酸或稀硝酸水溶液，不能用稀硫酸水溶液，因为硫酸与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙，不能用水洗除。
酸洗时酸的浓度不宜过浓。因为浓酸对活性炭有软化作用，使解吸炭变软而易粉碎。当然，酸的浓度也不宜过低，否则将起不到酸洗的目的。同时酸洗时应以浸泡为主，不应进行强烈搅拌，否则也将有过多的细炭产生，造成损失。适当搅拌只是为了使炭与溶液均匀接触，起到清洗的目的。
酸洗时除用稀酸和水洗外，还要用稀苛性钠水溶液进行洗涤，一方面可中和酸，另一方面可溶掉碱溶性物质。
1.3 活性炭去除有机物再生工艺及条件
目前，国内外活性炭去除有机物再生成熟的方法为热再生法，依靠热分解或氧化还原反应破坏所吸附有机杂质的结构而达到除去吸附质的目的。
1.3.1 去除有机物工艺条件
在活性炭再生过程中，根据加热到不同温度时有机物的变化，一般分为干燥、高温炭化及活化三个阶段。
(1)干燥阶段：主要去除活性炭所吸附的可挥发有机物成分，如沸点较低的低分子炭氢化合物和芳香族有机物。一般在此阶段内所消耗热量占再生全过程总能耗的50%~70%。
(2)高温炭化阶段(焙烧阶段)：使活性炭上吸附的不同热分解型和难脱附型有机物随温度升高，分别以挥发、分解、炭化、氧化的形式从活性炭的基质上消除，同时对残留在炭表面和孔隙中的游离细炭进行炭化。通常通过此阶段，再生炭的活性可恢复到60%~85%。
(3)活化阶段：有机物经高温炭化后，有相当部分炭化物残留在活性炭微孔中。此时炭化物需用水蒸气、二氧化碳、氧气等氧化性气体进行气化反应，使残留炭化物气化成CO2、CO等气体，使微孔表面得到清理，恢复其吸附性能。
1.3.2 热再生的影响因素
要采用自动控制控制再生设备的温度，以达到技术条件的要求。温度过低，活性炭活化再生速度很慢；温度过高,会造成活性炭本身的损耗。
活性炭在设备里的停留时间与设备内温度和再生气体的量以及组成有关，操作时可控制再生设备的相关功能区，通过改变给料速度、出料速度或出料装置间隙来调整。
因为氧气的氧化能力强，温度高时易燃烧，因此一般用水蒸气作为氧化性气体，活性炭含一定比例的水分是必要的。
2 酸洗设备的应用现状
2.1 静态酸浸槽
在酸洗车或槽内用酸溶液浸泡失活炭，定期人工搅拌，然后从底部放水口进入清水进行漂洗。这种方法缓冲和贮运都在同一容器内完成，设备简单、操作方便，目前，该设备仍大量应用于黄金矿山解吸炭酸洗中，但过程中再生炭产生机械磨损，且人为因素常使酸洗反应不干净，酸洗及漂洗中和过程分散，酸洗过程中容器敞口，酸气挥发，污染空气，操作条件恶劣。
2.2 酸洗搅拌槽
酸洗槽由不锈耐酸钢板焊制成槽底呈60°角的圆锥槽，方便炭从下部排出。搅拌轴选用不锈钢材质，对叶轮也采取了防腐措施，叶轮转速一般在250r/min左右。槽顶封闭，设有通风净化系统防止HCN等有毒气体逸出。
槽体的上部有溢流堰，当溶液放满时可从溢流堰排出。溢流堰处安装24目不锈钢筛网，防止活性炭流失。酸洗槽的底部有两个排放管，一个是排液管，将酸洗后的酸、碱废液和水排至废液槽，排液管上方装有24目不锈钢筛网，以免使炭随液体一块排出；另一个管是排炭管，将酸洗后的再生炭和水一块排出。这种设备因带有搅拌装置，炭机械磨损量较大，但在黄金矿山中较为常用。
2.3 酸液循环槽(柱)
用耐酸泵将酸液从设备底部输入，促使活性炭床层具有一定程度的流化松散，促使再生炭与反应介质接触充分，反应产生的气泡在上升过程中对炭床层具有一定的脉动和混合作用。反应后的酸液由上部溢流堰溢出，返入泵进口，再反复循环，直至设定时间，自动停车。
这种酸洗流程先进之处在于没有动力搅拌系统，减小了炭的机械磨损，酸液的循环又保证了炭床层内酸度均匀无死角，强化了酸洗效果，提高了酸洗效率。在一些矿山直接利用载金炭解吸柱，在解吸结束后完成下一步酸洗工作，但由于酸液对柱体有一定腐蚀作用，增加了解吸运行过程中的不健康因素；并且柱内CT离子残留，会加速电解时阳极板的腐蚀，因此，选用设计合理的专用酸洗循环槽还是必要的。
3 活性炭去除有机物再生设备的应用现状
目前，国内外黄金矿山活性炭去除有机物再生成熟的方法为热再生法。加热再生装置依结构形式分为多层式、回转式、流化床式、移动床式等。依能源利用形式分为电热式、燃油式、燃气式。
在国内外黄金生产中主要有以下几种工艺及技术应用于活性炭热再生。
3.1 土法人工作业
早期，小型矿山曾经采用此方法再生活性炭，随着热再生设备的技术化、专业化，现在已很少使用。方法是将待再生炭放入大锅内，装炭容积大约在容器2/3左右。锅底部加入木柴、煤、焦炭等燃烧物，或搅入柴油以助燃，也有采用燃油喷炉进行加热的。由于炭是热的不良导体，所以在加温过程中，需要人工翻动。
这种方法处理量小，人工强度大，操作环境不好，对工人身体健康影响明显，对周围环境影响比较大，不利于地区生态保护；由于完全是人工方式，受操作者经验的影响较大，反应温度及反应时间不易掌握，活性炭要么再生程度不够，要么灰化多，强度下降明显。
3.2 再生回转窑
回转窑从20世纪80年代前后，在相当长的一段时间内占据着黄金生产领域的活性炭热再生市场。目前，仅有少数企业仍在生产该设备，技术已定型。回转窑一般采用电加热方式，炉体呈卧式。其结构是由回转筒体、保温炉体、螺旋加料机、头部罩、冷却出料器、炉体倾斜度调节器、机架、电路控制箱等部件组成，电热元件为硅碳棒。
回转筒体的头尾部分别插入头部罩和冷却出料器，其结合部分采用端面密封，以保持筒体气密性。筒体内的水蒸气有一定的压力，从头部罩上的排气孔排出。加料螺旋的叶片不连续，以保证螺旋加料满载运输，保持回转筒体不与外部相通。回转筒体与加料螺旋均由滑差电机经摆线针轮减速器带动，做无级调速，可根据需要任意选择回转筒体与螺旋给料机的转速。
这种设备为连续操作，间接加热，对活性炭湿度要求不大。该设备对厂房高度要求不高，但占地面积大，生产前期和后期人工强度较大，密封端面有碎炭产生，粉炭在炉腔气压作用下外逸，操作环境不好，炭损率高，生产前期和后期不合格炭产量过大，相对电能消耗大，转动部分庞大，维护不便，不适宜急需少量炭再生作业，非正常停车时，处理烦琐，易造成设备损坏。
3.3 多层耙式炉
立式多段再生炉，或称多层耙式炉，主要用于再生粒状炭，适用于大批量活性炭再生，一般处理能力都大于2t/d。其特点为用天燃气或油作燃料，水蒸气活化，由炉项部供炭，用转动的耙臂将炭推送至下一层，从而完成再生。
这项技术为连续式操作，间接加热。该技术在美国得到了普遍应用，但其耗能相对较大，灰化率高运行周期长。
3.4 直接电加热式活性炭再生炉
此类电直接加热再生炉是基于炭自身电阻随温度升高而降低的原理，在炭床两端加上电极，利用炭自身的导电性对炭床施加一定的电压使炭发热。部分设备采用仓壁振动器振动主体炭仓，通过强制放电技术控制能量，使炭粒间强制形成电弧，进行放电。放电过程功能如下：
(1)高温使活性炭吸附的有机物迅速气化、炭化。
(2)放电弧隙中的气体热游离和电锤效应，使吸附物被瞬间电离分解。
(3)放电形成的紫外线，使炭粒间空气中的部分氧产生臭氧，对吸附物起放电氧化作用。
(4)吸附水在瞬间成为过热水蒸气，与炭化物进行水性氧化反应。
3.4.1 WYS型活性炭再生炉
WYS型活性炭再生炉系中国市政工程西北设计院翁元声教授的发明专利成（专利号:（CN85100619.A）。继回转窑之后，该设备曾在相当长的一段时间占领国内活性炭再生市场。
该成套设备设计工作原理为：380V交流工频电压经主变压器降压后供给可控硅，经可控硅调压、整流后经过霍尔电流检出器及电抗器向再生炉供电。该电流大小受脉冲能极板控制，其脉冲相位可由人工调整，也可由电流反馈进行自动控制。
3.4.2 直接加热式活性炭再生炉
该设备由长春黄金研究院研制（专利号：96209046.8），炉体分卧式和立式两种。在炉体相对两侧面平行距离200~300mm处安装多组石墨板电极，每一侧石墨电极并联。380V的交流电通过硅整流和几次变压后，产生的高强度直流电加载在石墨板电极上，对活性炭进行强制放电，形成电弧，使炭在短时间内达到高温，以此完成再生。
3.4.3 JHR系列电热式活性炭再生炉
该设备由长春黄金研究院研制（专利号：98249738.5），炉体为立式，石墨电极为上下结构，上部中置。可通过改变上部电极长短，调节再生段炭量，灵活控制直流电流大小，并在一定范围内可以调节设备产量。
3.4.4 JHRC电热回转式活性炭再生设备
该设备由长春黄金研究院研制（专利号：99216756.6），炉体为卧式。石墨电极为环状结构，通过旋转加热段炉体刺激电流水平，调整出炭时间控制合格出炭量。该装置升温速度快，温度波动小，能耗低，设备占地面积小。
3.4.5 立式恒流电加热活性炭再生设备
该设备是由JHR电热式活性炭再生炉改制而成，改变压器变压为恒功率控制板控制可控硅，改炭加热自激为他激式，减小升温时间。其它方面与HR系列电热式活性炭再生炉相同。
3.4.6 强制放电热式活性炭再生设备
南非明泰克（Mintek）公司的minfurn强制放电热式活性炭再生设备，内层为陶瓷简体，外层为纤维绝缘层，通过石墨块、石墨棒与石墨电极加热活性炭，通入水蒸气完成再生过程。
这类直接电加热式活性炭再生设备大多为连续式操作，间接加热，炭损率低，能耗也低。据文献介绍电耗值是多层耙式炉能耗的1/7，是热回收移动床再生炉能耗的1/5，是热不回收移动床再生炉能耗的1/10，是直接通电式二段炉能耗的1/2。其缺点是不适用于再生导电性较差的活性炭，如煤质炭，且运行条件不宜控制，如炭受热不均造成碘值恢复率低。当炭酸洗不干净时，残留的无机盐及碱金属氧化物会在高温下损毁耐火砖，使炭熔融在耐火砖上，引发电气短路，而电极有时也会因直接放电电弧短路而烧损，并造成炭烧结。直接加热式活性炭再生炉由于电控技术不完善，自动控制系统经常损坏，而大多数矿山根本没有维修微电设备的能力，造成设备改由手动控制，设备优点不复存在。该技术在节能自控方面有很好的市场前景，但现在仍有许多缺陷有待完善。
3.5 微波再生炉
用于再生工艺的工业微波频率为970MHz及2450MHz两种超短波，由磁控管产生，采用多个微波发生单元组成组合，经微波炉内金属器壁多重反射后对介质中的水分子产生作用，使被加热物体内含的水分子在变频场的作用下，摩擦生热。
微波类设备对于电压要求很严格，只有电压在工频电压之上时，微波炉才能正常工作，加热效果理想。电压低于工频电压，微波炉就会出现虽然设备在运转，但被加热物质冷态的不加热现象。电压对微波类设备影响之大是由于微波的工作原理决定的，微波发射系统的磁控管只有吸收到4000V直流电压才能产生达到振荡频率的微波，正常启动加热。如果电压不稳定，变压器吸收不足工频电压，就无法提供足够高压，高压电容器和高压二极管也就无法提供磁控管工艺要求的直流电，从而影响微波加热速度和正常的效果。
微波类设备启动电流大，是正常工作电流的6倍。一般700W的微波炉输入功率是1200W，而900W的微波炉输入功率是1400W，启动电流在10A左右。
微波设备属间歇性生产，直接加热。其优点是处理能力大，升温快，热效率高，装置体积小，自身无明火，无烟尘，无有害气体产生，对周围环境不产生热辐射。缺点是炉膛内加热不易均匀（微波能量吸收不均匀），有时产生炭烧结现象。此外，微波辐射需要较好的屏蔽，当漏能功率大于0.01W/cm3，接触时间在6min以上时，对人体的健康就有损害。在微波产生、输送过程中，磁控管本身消耗30%~40%的功率。微波再生设备对于电压要求严格，启动电流大，冲击能力强；受水蒸气和炭中易混入的金属碎屑作用，微波管易损坏，维护不易，维修成本过高，通常矿山难以承受。微波再生技术在加拿大大马尔公司得到了工业应用，在国内还仅处于工业试验阶段。
3.6 JHR-O系列燃油式活性炭再生炉
长春黄金研究院研制的JHR-O系列活性炭再生炉（专利号：02273220.9），是国内首先创造的以柴油为热源的活性炭再生设备，立式炉体，螺旋给料，充分利用热能对炭进行预加热。自动控制炭位进料，温度、时间双量三重控制出炭，保证再生炭质均衡。采用双重温度控制热源，准确掌握再生条件，保证再生指标。产品定型几年来，已占据了国内大部分黄金市场份额，并已成功介入其它应用领域。
该设备为连续运行，间接加热，炭损率低，能耗低，设备升温速度快，处理能力大，运行全自动化控制，人工干涉少，活性炭含水率的多少不影响再生效果，对炭的种类及炭粒度的大小使用无局限性，是目前黄金矿山活性炭去除有机物再生领域比较先进和成熟的技术设备。
4 活性炭去除有机物再生的新技术进展
活性炭去除有机杂质再生技术有热再生法、化学药品再生法、电化学再生法、光催化再生法、超临界萃取再生法、生物再生法、臭氧氧化再生法、氧化分解再生法、湿式氧化法、微波辐射再生法和浮选再生法等。目前，国内黄金矿山企业活性炭有机杂质去除再生领域仍以热处理再生为主。市场的需求使得众多有识之士投入大量技术和精力加入到活性炭再生方法研究当中，其它行业炭再生技术的发展也带动了黄金用活性炭再生技术的进步。
在活性炭热再生领域，南京环科公司正在研制超声波再生技术；东北林业大学正在研制活性炭远红外辐射再生炉；兴昌钢铁股份有限公司正在研制废弃活性炭在真空状态下再生活化的裂解设备，不仅适合颗粒炭的再生，也适用于粉炭的再生。
在其它活性炭再生方法中，技术先进的有有机溶剂再生法：采用乙醇、丙酮甲醇和四氢呋喃等有机溶剂，萃取吸附在活性炭上的吸附质，再气提活性炭上残余的有机溶剂，完成再生。上海环境科学研究所提出了超临界CO2萃取再生理论，在活性炭湿式再生技术领域取得了技术性突破。超临界流体萃取法源于临界状态氧化原理，CO2在常温下为气体，临界温度31.05℃，临界压力7.29 MPa（7.29kg/cm2），临界体积94ml/mol。在临界状态下，CO2的密度可以达到0.468kg/L。由于温度相对较高，高密度的临界状态CO2黏度很小，具有溶解许多有机物的性能，可以浸入到活性炭的微孔之中，把活性炭吸附的有机物溶解出来，使活性炭得以再生。溶解了有机污染物的临界状态CO2，只要脱离临界状态，立即变成气体，与萃取出来的有机物分离。
在国外也进行着活性炭生物再生法的研究。利用经过驯化培养的菌种处理失效的活性炭，使吸附在活性炭上的有机物降解并氧化分解成CO2和H2O恢复活性炭吸附性能。这种利用微生物再生活性炭的方法，仅适用于吸附易被微生物分解的有机物的活性炭而且分解反应须干净，即有机物被分解为CO2和H2O否则有被活性炭再吸附的可能。如果处理水中含有生物难降解或难脱附的有机物，则生物再生效果将受影响。
还有学者提出湿式氧化法的理论，将活性炭升温至200℃~250℃，通入空气加压至(300~700)×104Pa，在反应塔内被活性炭吸附的有机物在高温高压下氧化分解，使活性炭得到再生。
电解氧化法：利用电解时产生的新生态[O]、[C]等强氧化剂，使活性炭吸附的有机物氧化分解。但在实际运行中，存在金属电极腐蚀、钝化、絮凝物堵塞等问题。而不溶性电极—石墨存在体积大、电阻高、耗电大等缺点。
以上方法因为工艺技术还不完善，目前还处在可行性研究阶段，尚未在工业中应用。但随着时间的推移、研究的深入、技术的进步，必然会有节能、便捷的活性炭再生新设备应用到生产实践中。
5 结语
活性炭再生设备及方法的优劣主要体现在：活性炭吸附性能恢复率、损失率、强度、能量消耗、辅料消耗、再生温度、再生时间、对人体和环境的影响、设备及基础投资、操作管理检修的繁简程度等诸多方面。再生后的活性炭通常吸附性能可恢复95%以上，损耗率5%以内，能满足黄金吸附的技术要求。在目前黄金生产中，有机物与无机盐的去除设备呈现出不平衡的态势。企业往往投入了大量的资金在相对落后和笨重的热再生设备上，虽达到了处理效果，却消耗了大量的能源和人力。在酸洗方面又往往得不到重视，大部分矿山仍停留在采用静态酸浸槽层面上。
环保和经济问题是推动活性炭再生技术应用和发展的主要动力。如何低成本、简单可行地应用到工业生产实践中，成为今后各种活性炭再生技术发展和研究的主要方向。只有为生产工业减废、防治污染、资源回收及经济效益等方面带来明显的收益，黄金生产企业才会积极热情地投入到新设备、新产品的应用和现有设备的技术改造中，并带动活性炭再生技术在更多的矿山企业应用和发展。