近年来,前苏联研究人员对合成活性炭对黄金的吸附做了很多工作,发现SCS型合成活性炭有较好的吸附黄金的性能。SCS炭是以苯乙烯和对二乙烯基苯的共聚物为原料,经碳化、活化而成。成品炭是直径为0.3~1.0mm的球形炭,强度好。其强度跟烧失率几乎不存在依赖关系。具有双分布式(超微孔和中孔)孔隙结构。由于无无机杂质,其类石墨晶体结构中实际上无缺陷,即无大面积π电子离域作用。所以,它有较小的电子功函数和较高的还原能力。正是基于这一点,合成炭具有较好的吸附黄金的性能。
在制造SCS型炭的过程中,把2%~4%的N原子或1%以下的S原子引进炭的晶体结构中,均会显著增强表面的还原能力,从而增强吸持黄金等贵金属的能力。这是因为作为杂原子存在于芳香族碳环中的S原子的Pk轨道电子参与了共轭链,相应地提高了碳微晶π电子的流动性。于600℃下,让炭粒呈沸腾状态,此时以硫蒸气处理炭粒0.5~1.5h,而后置炭粒于900℃的隋性气氛里1h,即成。所得的含S和不含S碳的总表面积在780~1000m2/g之间(表8)。
表8 所制备合成活性炭的基本数据
合成炭样品 | 比表面积,(m2/g) | 硫含量%(质量) |
SCS-1 | 900 | 0.0 |
SCS-2 | 980 | 0.0 |
SCS-3 | 780 | 1.0 |
SCS-4 | 880 | 0.7 |
SCS-5 | 950 | 0.9 |
SCS-6 | 1000 | 0.5 |
SCS-7 | 800 | 2.4 |
SCS-8 | 880 | 4.2 |
SCS-9 | 750 | 8.8 |
图5示出了加S和不加S的SCS型炭从氰金溶液中提取黄金的吸附等温线。将0.1~0.25g炭投于50~400ml浓度为10~25mg/L的氰金溶液中,振荡24h。溶液PH为10,含有0.01%游离氰。溶液中黄金浓度用原子吸收光谱法测定。图5加S量多于1%的吸附,容量急剧下降,等温线未表示出。
SCS型活性炭不仅对Au的吸附容量大,而且在除Au外尚含有多种金属的混合液中对Au的选择性很高。表9示出混合液的组成和炭对Au的吸附容量及选择性。表8中同时列出在前苏联黄金采掘工业中广泛用于吸附黄金的AM-26B型阴离子交换树脂,以资比较。测定样品的选择性时,是将0.5g活性炭炭投于100m1溶液中,振荡48h。
表9 合成炭对包括黄金在内的若干种金属的吸着容量
吸着剂样品 | 金 | 银 | 铜 | 铁 | 选择系数% | 备注 | ||||
Cp | A | Cp | A | Cp | A | Cp | A | |||
原始溶液 | 60.3 | 23.7 | 132.5 | 42.5 | Cp-平衡浓度,mg/L,A-吸着剂容量,mg/g | |||||
SCS-2 | 0.3 | 12.0 | 1.3 | 4.5 | 125 | 1.5 | 43 | 0.0 | 90 | |
SCS-4 | 0.5 | 12.0 | 2.1 | 4.3 | 133 | 0.0 | 43 | 0.0 | 99 | |
SCS-6 | 0.1 | 12.0 | 0.9 | 4.6 | 123 | 2.0 | 43 | 0.0 | 87 | |
AM-2B | 0.9 | 11.9 | 3.3 | 4.1 | 57 | 15.0 | 32 | 2.0 | 47 |
溶液中除了Au、Ag、Cu和Fe外尚有Zn、Ni、Co。其Cp分别为4.1mg/L、1.1m/L和0.3mg/L。SCS-4,对Zn的A为0.1mg/g,对后两种的A为零。从表9可见,SCS系列样品对Au和Ag的选择性,比AM-2B阴离子交换树脂好得多。所吸附的Au和Ag可用高压蒸煮解吸法从炭上提取下来。活性炭可以反复使用多次,而不致使其吸着贵金属的指标显著劣化。
所以,SCS合成活性炭可用于从氰金溶液中有效吸附金、银,可用于这些贵金属的液相冶金。在合成过程中把少于1%的S加入碳的结构中,不但提高活性炭对金和银的吸着容量,也提高从工作溶液中提取金、银的选择性。