摘要：着重论述活性炭的特性和吸附金的机理，提出用活性炭提金的技术要求。
1 前言
活性炭是一种多孔性含炭物质，具有发达的微孔构造和巨大的比表面积。它包括许多种具有吸附能力的碳基物质，能够将许多化学物质吸附在其表而上。
活性炭较早用于制糖业，后来广泛用于去除污水中的有机物和某些无机物。近几十年，在提取黄金方面，活性炭技术又得到了迅速发展。自1973年世界上头座炭浆法提金厂在美国雀姆斯特克矿投产以来，该法已风靡全球。据资料介绍，1989年炭浆法回收金占总量的44%，其中：南非581.8t，美国289.9t ,澳大利亚226.8t，加拿大143.3t。
我国于1986年为张家口金矿引进美国炭浆法提金工艺，并获得成功。在短短几年里，已发展了20多座中小型炭浆厂。从发展态势看，在今后一段时间里，炭浆法仍是提金的选择方法。
活性炭提金在生产上的成功应用，主要归因于生产实践。但目前对活性炭的特性研究较少，也不很清楚，对吸附金的机理也无统一看法。本文从理论上对活性炭的特性和吸附金的机理进行探讨，并在此基础上讨论选择提金活性炭的方法。
2 活性炭的特性
2.1 一般性质
活性炭外观为暗黑色，具有良好吸附性化，化学性质稳定，可耐强酸及强碱，能经受水浸、高温，密度比水小，是多孔的疏水性吸附剂。
2.2 细孔构造和分布
活性炭在制造过程中，其挥发性有机物被除去，晶格间生成空隙，形成许多不同形状与大小的细孔。细孔壁的总表面积（即比表面积）一般高达500~1700m2/g。这就是活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。
表面积相同的炭，对同种物质的吸附容量有时却不同，这与活性炭的细孔结构和细孔分布有关。细孔结构随原料、活化方法、活化条件不同而异。根据半径大小，一般将细孔分为3种：
① 大微孔：半径1000~100000Å
② 过渡孔：半径20~1000Å
③ 小微孔：半径≤20Å
活性炭小微孔容积一般约为0.15~0.90ml/g，表面积占活性炭总表面积的95%以上。因此，活性炭与其它吸附剂相比，小微孔特别发达。
过渡微孔容积为0.02~0.10ml/g，表面积不超过单位重量吸附剂总面积的5%。用药剂活化法得到的活性炭，其孔容积和表面积可以提高。
大微孔容积为0.2~0.5ml/g，表面积只有0.5~2.0m2/g，对液相的物理吸附作用不大，但作为触媒载体，作用就十分显著。
总之，在吸附过程中，决定吸附能力的是微孔结构。全部比表面几乎都是微孔构成的。粗孔和过渡孔分别起着粗、细吸附通道作用，它们的存在和分布在相当程度上影响了吸附和脱附速率。
2.3 表面化学性质
活性炭的吸附特性，不仅受到细孔结构的影响，而且受到活性炭表面化学性质的影响。
2.3.1 活性炭的元素组成
活性炭的组成元素中，炭占70%~95%。此外还有两种混合物：一是氢和氧，它们在原料中本来就存在，或在炭化过程中不完全炭化而残留于活性炭结构中，或在活化时以化学键结合二是灰分，它们构成活性炭的无机部分。灰分的含量及组成随活性炭的种类而异，椰壳炭的灰分在3%左右。煤质炭的灰分高达20%~30%。活性炭的灰分，对活性炭吸附溶液中的某些电解质和非电解质有催化作用。
2.3.2 表面氧化物
活性炭中的氢和氧，对活性炭的吸附及其它特性有很大影响。在炭化与活化过程中，氢和氧同碳以化学键结合，使活化炭表面上有各种有机官能团形式的氧化物和碳氢化物。氧化物使活性炭与吸附质分子发生化学作用，显示出选择吸附性。这些有机官能团有羧基、酚性氢基、醌型羧基、醚、酯萤光黄型的内酯、碳酸无水物、环状过氧化物等。
3 活性炭吸附金的机理
活性炭可以从浸出清液、浸出矿浆、浸出过程中吸附金，相应称为炭柱法（CIC）、炭浆法（CIP）和炭浸法（CIL）。
3.1 基本原理
3.1.1 吸附作用
将溶质聚集在固体衣面的作用称为吸附作用。活性炭表面具有吸附作用。吸附可看成是一种表面现象，所以吸附与活性炭的表面特性有密切关系。活性炭有巨大的内部表面和孔隙分布。它的外表面积和表面氧化状态的作用是较小的，外表面只是提供与内孔穴相通的许多通道。表面氧化物的主要作用是使疏水性的炭骨架具有亲水性，也即使活性炭对许多极性和非极性化合物具有亲合力。活性炭具有表面能，其吸附作用是构成孔洞壁表面的碳原子受力不平衡所致，从而引起表面吸附作用。
3.1.2 吸附形式
吸附形式分为物理吸附与化学吸附。物理吸附是通过分子力的吸附，即同偶极之间的作用和氢键为主的弱范德华力有关。它有足够的强度，可以捕获液体中的分子。吸附是分子力引起的，吸附热较小。物理吸附需要活化能，可在低温条件下进行。这种吸附是可逆的，即在吸附的同时，被吸附的分子由于热运动会离开固体表面，这种现象称为解吸。化学吸附与价键力（离子键或共价键）相结合，是一个放热过程。化学吸附有选择性，只对某种或几种特定物质起作用。化学吸附不可逆，比较稳定，不易解吸。活性炭提金时，两种吸附并存，但以物理吸附居多。
3.1.3 吸附速率
活性炭的吸附过程分为3个阶段。首先是被吸附物质在活性炭表面形成水膜扩散，称为膜扩散，然后扩散到炭的内部孔隙，称为孔扩散，后吸附在炭的孔除表面上。因此，吸附速率取决于被吸附物向活性炭表面的扩散。在物理吸附中，炭粒孔隙内的扩散速度和炭粒表面上的吸附反应速度，主要同前两项有关。
3.2 吸附金的机理
活性炭从氰化金溶液中吸附金的机理，可归结为如下几类：
(1) Au(CN)2-还原成金属金；
(2) 吸附[Mn+][Au(CN)2-]n离子对；
(3) Au(CN)2- 和阳离子双电层吸附在带电的表面上；
(4) Au(CN)2-被吸附并随后降解为AuCN聚合物；
(5) Au(CN)2-阴离子被假定存在于表面上带正电的碳离子位之离子交换吸附；
(6) 吸附离子后，部分Au(CN)2-络合物还原成聚集型金。
4 提金活性炭的技术要求
提金活性炭是由提金工艺决定的，具体要求有以下几点。
4.1 机械强度高
炭要加到搅拌的矿浆中吸附金，因此应有较高机械强度。耐磨强度一般要求大于98%，易碎炭粒的吸附性往往较高，容易造成载金炭流失，影响金的回收率。为了提高炭的机械强度，要进行（一般为4h的）预处理，使灰的损失量降至5%~10%，磨损量减到较低限度。
4.2 有价元素要有高的容量和选择性
金矿是伴生矿，除含不与氟化物反应的石英、硅酸盐等矿物外，还有能同氰化物反应的矿物，如铜、铁、锑、砷等。因此要求炭对金的吸附性和选择性较好，而对铜、铁、铝等较差。美国矿山局和英美试验室的研究证实，炭吸附金的吸附平衡容量与溶液中金浓度有关。金在溶液中的平衡浓度10×10-6~0.1×10-8的吸附等温线，几乎成直线，但在较低浓度时开始弯曲。吸附容量随pH值的减少而增加；平衡随温度升高而迅速下降；吸附速度则随温升而加快。金的原子半径为0.144μm，活性炭的微孔为0.5~2.0μm。实验得知，1.0μm左右的微孔对金氰络离子有很好的吸附能力。载金炭一般含金3kg/t，所以提金活性炭要有较高的吸附容量。
4.3 吸附动力学快
吸附速度指单位重量的活性炭在单位时间内所吸附物质的量。活性炭是加到搅拌的旷浆中来吸附金的。搅拌增加了矿浆与活性炭之间的相对速度。金络离子首先吸附在活性炭的外表面，然后进入活性炭内部微孔。这种扩散速度的快慢，取决于金离子在微孔中的流动性。活性炭的微孔构造和分布及金络离子的大小，同结构有关。吸附速度决定了活性炭与金络离子的接触时间。吸附速度越快，所需接触时间越短。
4.4 容易解吸和再生能多次利用
金氰络合物经活性炭吸附后，能够比较容易解吸，残留在炭孔隙中的金量很少。再生处理能恢复炭的吸附性，使其能多次使用，且耗量小。
5 结论
炭浆法在工业上大规模应用，推动了黄金生产的发展，克服了锌粉置换那种先经固液分离、澄清和产生含金清液、减压脱气除氧，然后才能置换的缺点。活性炭直接从矿浆中吸附金，再通过级间筛得到回收，省去了固液分离和脱气作业。因此，炭浆法在经济上同传统的锌置换法相比，有明显的优越性，可使投资与操作费用节省大约20%~50%，而且溶解金损失少，回收率高。