摘要：在简述炭浆法提金工艺以及提金活性炭的制备、结构、性能的基础上，介绍了目前以不同原料和活化方式制备的提金活性炭和用各种活性炭吸附回收金的研究现状，并对今后的发展前景作了展望。
活性炭是一种具有发达孔隙结构、巨大比表面积和优良吸附性能的含碳物质。它主要由碳元素组成，同时也含有氢、氧、硫、氮等元素，以及一些无机矿物质。活性炭作为吸附剂，具有很多的优越性：孔隙结构发达、比表面积大；炭表面上含有多种官能团；具有催化活性；性能稳定，可在不同温度和酸碱度下使用；同时也可以经过再生，进行再次利用。因此，活性炭的应用领域不断地扩大，从用于食品和医药的脱色与除味、防毒面具图，发展到大规模应用于溶剂精制与回收、催化剂或催化剂载体、防除原子能设施放出的放射性物质、空气净化、烟气、脱硫、食品保鲜、医药制品、血液净化，近年来又在大容量电容器、天然气贮存等领域得到新的应用。
随着工业的迅速发展，黄金的需求量越来越多，而含有金和银的矿石的特性，决定着在应用吸附工艺回收贵金属时，须使用吸附容量大和选择性好的吸附剂，使活性炭吸附法提金得到人们的广泛重视。该法具有工艺流程简单、金回收率高、投资省、成本低和占地面积小等优点。
1 炭浆法提金工艺及活性炭吸附金机理
1.1 炭浆法提金工艺
矿石中的金矿物经氰化物浸出后，生成溶于水的金氰络合物，将含金氰络合物的矿浆置于串联的吸附槽内与粒状活性炭经搅拌充分接触。从而使大多数金氰络合离子被吸附到活性炭上，载金炭经进一步处理后回收金。
通常从载金炭上回收金有两种方法：一种是原始简便方法，即将载金炭焙烧，经高温熔炼得到黄金；另一种是常规方法，即用解吸液将金氰络合物解吸下来，再经电解等方法得到纯金。活性炭经吸附、解吸后，活性降低，通过再生后可再用。
炭浆法的主要优点是，不需要用贵液与浸出矿浆的固液分离，从而避免了过滤或逆流洗涤系统所需要的巨额投资；与常规的逆流洗涤工艺比较，有的炭浆法提金厂将减少可溶的金与不溶的金的损失量，也就是说金属平衡时金的损失减少；炭浆工艺处理含泥高的矿石往往有更大的优越性，因为这种矿石不能过滤，甚至逆流洗涤也会产生困难，尤其当金的氰化物吸附在黏土颗粒上时，洗涤就更加困难。炭浆工艺已被广泛应用于黄金生产中。
1.2 活性炭吸附金机理
从格林发表了论述活性炭吸附金氰络合物机理的文章以后，许多研究者进行了活性炭吸附金氰络合物机理方面的研究，但一方面由于活性炭的结构复杂，另一方面由于没有可行有效的方法对活性炭吸附金氰络合物过程本质进行研究从而造成活性炭吸附金氰络合物机理的研究落后于实际应用。目前，活性炭对金氰络合物的吸附作用通常认为是靠离子交换作用进行的，而活性炭的吸金机理是建立在双电层理论基础上的。
(1)离子吸附交换：与活性炭微孔表面的氧化活性点的阴离子进行交换，从而吸附于活性炭微孔表面。
(2)在活性炭表面吸附后，形成局部负电荷，溶液内的正离子（Na+和Ca2+等）产生定向运动，与形成双电层，只有溶液中的正离子存在时才吸附，被吸附在扩散层中。
活性炭吸附金机理可归纳为：
(1)在氰化溶液中金以离子对偶或中性分子形式被吸附在活性炭的内表面上，或是络合离子与金属离子结合沉积在活性炭的孔隙里，其中金属离子来自溶液或是活性炭的灰分（这些金属离子可能有Ca、K、Na等)。
(2)Au(CN)2-阴离子发生化学分解，生成不溶解的AuCN，并留在炭的孔隙里。
(3)部分金氰络合物被还原成某些含有氧化态为0和1价的金原子化合物。
(4)Au(CN)2-离子或AuCN被还原成金属Au。
2 提金活性炭的制备、结构和性能
活性炭在炭浆法提金过程中是重要的吸附材料。虽然制备活性炭的原料种类很多，如甘蔗渣、椰子壳、核桃壳、玉米芯和茎、木材、锯屑、无烟煤、泥煤、褐煤、竹、石油沥青、都市垃圾、废活性炭等，不同原料得到的活性炭结构不相同，活化方式和条件对活性炭结构和性能也有影响。由于炭浆法对活性炭的硬度有一定的要求，通常以椰壳、杏壳、橄榄壳、核桃壳等为原料，采用物理活化法制备。物理活化过程一般分为两步：一为炭化过程，通常在450℃~600℃下，在惰性气体的环境中进行脱水和热分解过程，以去除其挥发性物质。二为活化过程是在水蒸气二氧化碳、空气或它们的混合物的条件下，在800℃~1000℃下使炭活化，其中温度、气氛和时间等对活性炭孔结构具有很大的影响，是制备过程中的重要参数。
活性炭是一种以石墨微晶为基础的无定型结构，但没有石墨那样排列规则。根据X射线研究，活性炭的结构有两种类型：一种由基本微晶所构成，结构类似于石墨；另一种是紊乱的结构炭的六角体形成交联的立体格子。在活性炭的内部存在发达的多孔结构，由不同比表面积和形状的孔隙组成。其微观结构如图1所示。按国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）标准根据直径大小不同，可将孔隙分为微孔（＜2mm），中孔或过渡孔（2 -50nm),大孔（＞50nm）。其孔结构如图2所示。
经过在800℃-1000℃物理法制备的椰壳提金活性炭，其孔径通常在1.0nm左右，其孔容约占总孔容的90%，其物理、化学性质如表1所示。
表1 提金椰壳活性炭的性质
| 项目 | 指标 |
| 碘吸附值/（mg·g-1） | ≥950 |
| ＞3.2mm（6目） | ≤2% |
| 粒度3.20-1.25mm（6-16目） | ≥90% |
| ＜1.25mm（16目） | ≤4% |
| 强度 | ≥97% |
| 干燥减重 | ≤10% |
| 充填密度/（g·cm-3） | 0.45-0.55 |
微孔结构适合用于气体吸附和从溶液中吸附某些无机络合离子，包括金氰络离子，因此，对提取黄金用活性炭的吸附来说，重要的是微孔，因为它具有很大的比表面积和比容。但由于炭微孔的横截面与金氰络离子的直径相近，因此金氰络离子要达到微孔的内表面上需经历缓慢的扩散过程，才能被吸附。为加强扩散过程，在炭浆法提金工艺过程中，除充气加强金溶解外，同时对矿浆进行充分地搅动，以利于活性炭对金的吸附。
3 提金活性炭的研究现状
3.1 农林废弃物制备提金活性炭
目前，活性炭提金通常采用椰壳活性炭，它具有吸附容量大、强度好、吸附动力学性能好和易再生等优点。在椰壳活性炭技术标准中规定：
①在250×10-6质量浓度的金溶液中以5g/L的比例加入活性炭，经搅拌1h后，溶液中金质量浓度要小于30×10-6；
②在10×10-6金溶液中加入1g活性炭，搅拌1h后，更换溶液。如此反复不断地进行更换，直到其金吸附量达到60ng/g但所重复的次数不得超过24次。该规定的目的在于提高椰壳活性炭的强度以及对金的吸附率。
樊希安等以椰壳为原料，采用微波辐射水蒸气法制备提金活性炭，探讨了活化时间、水蒸气流量及微波功率对活性炭碘吸附值和得率的影响。得到了微波辐射水蒸气法制备提金活性炭的工艺条件：微波功率700W，活化时间5min，水蒸气流量4.8ml/min，用此工艺条件制得的活性炭碘吸附值1040.6mg/lg，活性炭得率可达54.6%。该工艺为提金活性炭的制备找到了新的途径。
虽然椰壳活性炭已广泛用于黄金氰化浸出的生产中，但人们一直在努力寻求椰壳提金活性炭的替代物，为此进行了果壳和果核为原料制备提金活性炭研究，并取得了一定的成果。
Mustafa Yalcin等以榛壳、桃核、杏核作为原料，水蒸气作活化剂，所制备的榛壳基，杏核基、桃核基活性炭的碘吸附值分别为939mg/g、1200mg/g、1000mg/g其比表面积分别为825m2/g、850m2/g、923m2/g，把所制备的活性炭与椰壳活性炭进行吸附黄金比较试验，榛壳基、杏核基、桃核基活性炭的载金量分别为31mg/g、26mg/g、27mg/g、而椰壳基活性炭的载金量为32mg/g，杏核和椰壳具有相同的吸附速率，榛壳和桃核吸附速率相对较慢。虽然它们的载金量和吸附速率较椰壳活性炭差但也能适用于提金生产。
NSyna等以甘蔗渣为原料，先用不同比例的化学活化剂进行浸渍，然后在氮气保护下加热到800℃，通入CO2进行活化，所制备的活性炭与市售活性炭（PLCAG210 AS）进行吸附金氰络合物试验。试验结果表明所制备活性炭的吸附金氰络合物吸附量在11229mg/g之间，而PLCAG210 AS型活性炭吸附金氰络合物吸附量为101mg/g，从而说明甘蔗渣是一种有前途的制备提金活性炭原料。
韩富荣等用山楂核活性炭与美国椰壳炭进行了吸金速度、吸金回收率、载金量、耐磨强度和解吸测定，表明其吸金速度和回收率都不低于椰壳炭；而强度高于美国提金用椰壳炭；由于粒度大于椰壳炭造成解吸速度略慢，但也能满足炭浆法中对提金活性炭的要求。
李德良等以北京光华木材厂16-A型活性炭和纯度为90%的磁铁矿为原料，用一种复配高效多孔性黏合剂把活性炭、磁性物质粘合在一起，所制备的LQW型活性炭的金吸附量达4.70kg/L及解吸率达到96%，经再生处理后其磁性完好率达99%。
赵树森等以北京光华木材厂的杏核炭化料为原料，用ZnCl2、. K2CO3、Na2CO3、H3PO44种催化剂浸渍后，通入水蒸气进行活化。试验结果表明：用H3PO4作催化剂的效果好，当添加量为原料的3%，活化温度900℃，活化时间90min，水蒸气用量110g/h条件下，所制备的活性炭的碘吸附值为1107mg/g，超过吸附金用活性炭标准10.7%，得率为49.3%。
SuzklMasayukrl用颗粒活性炭对氰化物滤液中的金进行回收，回收率较高，并对所得的解吸后活性炭进行水蒸气再生，再生后的活性炭对金的富选速率常数为1485/h，而椰壳炭的富选速率常数仅为882/h，经过再生，一般可恢复原炭吸附容量的95%以上。
3.2 煤质提金活性炭
煤作为一种被广泛使用于制备活性炭的原料，活性炭厂和科研单位对此进行了大量研究。然而由于煤质炭不具备大容量地吸附黄金和高强度的特点，从而使利用煤质活性炭吸附黄金成为一个艰难的课题。
G Kovacik等用水蒸气对无烟煤和半无烟煤进行活化，当其转化率超过60%，所制备活性炭的比表面积大于1000m2/g，其孔结构主要由微孔和中孔组，只有少量的大孔；对其进行了金的吸附回收试验，结果表明其具有比椰壳活性炭更快的吸附速率，而载金量在18.8288mg/g之间，低于椰壳活性炭的36.6mg/g，表明该活性炭能用于提取黄金。
前苏联对用煤质活性炭吸附黄金作了大量的试验，并取得较大成绩。采用库兹巴斯煤田的气煤（不使用黏合剂）制成的球形活性炭，适用于从矿浆中吸附黄金，其强度为90%~95%，磨损率可降至最低水平，载金量为8.73mng/g。此外，还用页岩焦油、糠醛和酸性渣油的共聚物与库兹巴斯煤的煤粉和木焦油混合制成一种新型煤质活性炭使黄金的吸附容量提高45%。该活性炭在金氰溶液中吸附2h后，载金量为12.66mg/g。
安丰刚等以烟煤粉和无烟煤粉为原料，按1：3~4.5的比例均匀混合，并配合煤、黏结剂煤焦油和水捏合成煤膏，并制成煤炭条，在600℃~700℃下进行炭化，在900℃-950℃下通入水蒸气活化，所制备的煤基活性炭的比表面积大于850m2/g，孔容大于0.56cm3/g，碘吸附值大于950mg/g，干炭强度大于92%，金吸附率达92.72%，载金量为12.5mg/g。
葛岭梅等以木质褐煤为原料，经干燥、预处理、粉碎、筛分至100目以下，按粉煤：黏结剂：水为40~70(g)：30~60(g)：8~10(ml)混合，经压制成型再干燥后，在350℃-600℃下进行炭化后，在650℃-950℃下通入水蒸气进行活化，所制备的活性炭比表面积大，碘吸附值、苯酚吸附值、亚甲蓝吸附值均较高，载金量也较高。
3.3 提金活性炭纤维
自20世纪60年代，活性炭纤维（ACF）作为第三代吸附材料，因其具有优异的结构与性能特征，它含碳量高、比表面积大、微孔丰富、孔径分布窄、有一定量表面官能团，还兼有纤维的各种特性，能制成纱、线、布、毡等形状，给工程应用和工艺设备的简化带来很大的方便，从而受到广大科研工作者的重视。张春树等研究了以活性炭纤维代替活性炭吸附氰化液中的贵金属，研究了活性炭布吸附金、银的特性，即将其吸附速度和吸附容量与活性炭的进行比较；活性炭布耐磨性与活性炭的进行比较；活性炭布在氰化液中吸附金、银后作为阳极直接电解金的可能性的研究；电解后的炭布活化再生的研究。试验结果表明：活性炭纤维具有吸附容量大，吸附速度快，金属回收率高，使用寿命长等优点，同时吸附了金、银的炭布可作为阳极直接电解金，从而达到降低成本的目的。目前，我国的科研工作者已将活性炭纤维用于碳浆法提金中，其试验结果列于表2中。可见其具有在提金过程中所需时间短，磨损率低，金吸附容量大，易于再生，再生后的金吸附率大的优点。
表2 活性炭纤维用于碳浆法提金试验结果
| 项目 | WB/% | 吸附平衡时间/h | 吸附时间/h | 吸附金容量/（kg·t-1） | 机械磨损/% | 再生条件 | 再生后金吸附率/% |
| ACF | 30 | 1.2 | 2 | 25-28 | 0.489 | 100℃热蒸汽 | ＞99.0 |
| 杏核活性炭 | 30 | ＞48 | 24 | 2-8 | 9.02 | 800℃以上热蒸汽 | 95-98 |
3.4 活性炭吸附金的研究
YFJA等用煤质活性炭、椰壳活性炭、聚丙烯睛基活性炭对金、银氰络合物进行吸附研究。对椰壳活性炭和煤基活性炭研究表明：吸附金、银络合物的吸附能力与其总孔容有关由于所使用的煤基活性炭比椰壳活性炭具有更高的总孔容，因而对金、银络合物具有更好的吸附能力；而聚丙烯腈基活性炭对金、银络合物的吸附受含氮官能团的影响。
SLagege等用椰壳活性炭对KAu(CN)2进行吸附，研究了吸附、解吸过程中的热力学可逆性。试验发现：在低平衡浓度的条件下，金氰络合物作为阴离子被吸附，但该过程不可逆，符合离转换机理；对于在相对高浓度条件下，该过程部分可逆，金氰络合物发生部分物理吸附。试验结果表明，可逆性是由于在活性炭表面的少数活性点处发生中性分子KAu(CN)2的物理吸附。
SLagege等用流动吸附微热量测定法在室温下对活性炭、石墨、碳黑吸附KAu(CN)2进行比较研究。试验结果表明：大部分的微孔活性炭不能吸附金的杂质络合物，一部分氰亚金酸盐Au(CN)2-离子被认为通过静电作用吸附在活性炭具有极性作用的表面活性点上；而KAu(CN)2分子通过范德华力吸附在少数活性点上；在可逆和不可逆过程中，被认为吸附在具有芳烃链和局部晶格缺陷的石墨结构的活性点上。
MDSeke等用椰壳活性炭和煤质活性炭研究孔结构和比表面积对吸附金氰络合物的影响。试验表明：活性炭在氮气保护下经过加热处理由于改变了活性炭的表面性能，使其对金的吸附能力提高而孔径分布变化不大；随着微孔容增加金的吸附量增加；在活性炭内部的表面电位势场分布不能用双电层理论解释，目前对微孔炭内部势场的叠加采用Donnan模型处理。
当前在活性炭吸附金的理论研究方面，通常采用扫描电镜、红外光谱仪、XRD分析仪和XPS分析仪对吸附金后的活性炭进行测定，测定金在活性炭上的富集程度以及炭浆循环中活性炭颗粒内金的分布。
4 展望
近几年来，随着科学技术的发展，活性炭应用领域不断扩大，对其吸附性能提出了新的、更高的要求，在“高吸附、多功能、高强度”的总要求下，出现了对专用活性炭需求量越来越多的趋势。因此，根据黄金企业对活性炭性能的要求，制备所需活性炭的方法就有重大的意义。从目前的研究的情况可以看出，今后的发展趋势主要包括以下几个方面：
(1)采用不同的活化方式，达到在一定程度上控制活性炭的孔结构目的。
(2)提高提金活性炭的吸附性能。
(3)对提金活性炭进行处理，以改善它的表面结构和性能，达到提高吸附效果的目的。
(4)进一步完善提金活性炭吸附机理研究。
(5)开发新的提金活性炭产品。
(6)开发研制新设备，使提金活性炭的生产成本降低。