浅谈吸金活性炭的应用及发展

自本世纪初关于活性炭的第一个专刊公布以来，它的应用范围日益广泛。由于基础理论与相关技术的发展，目前已经能够控制活性炭的比表面积、孔径分布和表面官能团，并且可以根据对象需要，选择适当原料和加工手段，以生产具有不同特性的活性炭。当前，美国已有1000多个品种，日本有300多个品种，因此，确切地讲，活性炭应是一类或一种吸附剂的总称。

按国内习惯，人们常以用途不同来区分活性炭的品种，如：药用炭、味精炭、糖用炭等等。用于吸附黄金的活性炭称为“黄金吸附炭”。美、日等国有的厂家用椰壳生产专门用于吸附黄金的活性炭，同时还在不断研究试制适用于吸附黄金的较佳炭种。本文拟就活性炭吸附金的作业条件、对国内吸金活性炭的研制方向谈几点看法。

一、活性炭吸附法提金的现行作业条件，决定了对吸金炭的技术要求。

“堆浸—活性炭吸附”法要求活性炭在pH值为10左右的贵金属稀溶液中吸附Au（CN）₂^-和Ag（CN）₂^-。吸附作业形式通常有两种：

⑴自上而下地通过固定炭层，浸出液较大流速为5克/分·呎²。

⑵自下而上地通过由3~5个吸附柱组成的膨胀床组。工业生产多采用椰壳炭，当粒度为6~16目时，浸出液流速为25克/分·呎²；当粒度为12~30目时，流速为15克/分·呎²，此时炭层约增加50%。

单个固定床，在吸附柱被穿透后，尚有大量的吸附容量留下，系统炭耗高，效率低。 即使是串联式固定床、并联式固定床同膨胀床组相比系统内炭的总体积也要大得多。这在活性炭的其它应用领域，已经得到证实。美国矿业局的一份资料介绍：在处理含金0.1盎司/吨氰化液，通过由四个吸附柱组成的吸金系统，废液含金0.0002盎司/吨，回收率达到99.8%。

“活性炭浆化法”是活性炭直接从难过滤的氰化矿浆中吸附已溶金，该法使吸附与浸出过程很好地结合起来。 矿泥与活性炭在搅拌下，长时间接触，经筛析使废矿泥与活性炭分离。该法要求活性炭粒子具有更高的硬度和抗磨性。但在特定的条件下，如炭在介质中研磨损失小，炭不需要多次循环使用，对吸附有干扰的其它杂质少 ，为保证吸金效果同强度相比，有较大的吸附容量更显得重要。加拿大加因特—耶鲁奈夫选金厂用炭浆法回收沸腾焙烧炉烟尘中的金时，采用由松木烧制的粒度为0.83~2.36mm的活性炭，这种活性炭大孔发达，强度略低—据称吸附容量达几十公斤/吨炭、回收率比原来锌粉置换提高5.8%。

据已知的，利用活性炭在多金属副产品中回收金的装置，多为固定炭层，膨胀床组。有的介质中钙、镁等阳离子含量较高，对活性炭表面有污染，炭再生时需以盐酸稀溶液处理，使之成为可溶性盐酸盐脱离活性炭。

海水中的金多以微细颗粒或卤化物形式存在，采用活性炭吸附法提金，在目前也只能是固定床与流动床两种装置。

二、同其它许多应用领域相似，活性炭在贵金属选冶方面，也是以木炭为先导。

1847年就已经有过用木炭吸附贵金属的试验。以后虽做过大量工作，但进展迟缓。重要原因之一是，在当时及以后很长一段历史时间内有关液相吸附的理论没有确立，人们对木炭缺乏了解。做为一种吸附剂，木炭比表面积和表面官能团往往是很关健的，而对于影响上述指标的因素，人们只是本世纪中期，有的是在最近才弄清楚的。表1中，九个不同材质的木炭比表面积差异很大，经850℃隔绝空气假烧10分钟，堵塞炭中孔隙物质减少， 比表面积明显增加（例如红松木炭为原来的96.25倍）。在600℃烧成的木炭吸附碱的性质强，在高于70℃烧成的木炭吸附酸的性质强，则600~700℃为木炭吸附性的变异点。显然了解上述情况对改善木炭吸金效果是有益的。

表1

由于湿法冶金的进展及活性炭工业的出现，推动了活性炭吸金技术的发展，有关吸附金的理论研究也很活跃。 有人认为活性炭对金氰络离子的吸附是通过离子交换形式进行的。在多金属矿石中，细粒金（小于0.25mm）含量往往达30~40%，即使是0.lmm也远远大于构成活性炭表面积的主要部分：微孔、过渡孔的孔径，常识所及：粒子半径小于活性炭孔径1/3时易被吸附，所以金氰络合离子进入炭微细孔内的几率很小。评价活性炭的适用性，重要的是其对有价组份的吸附容量和选择性，吸附动力学性质，再生能力，机械强度和化学稳定性。活性炭往往因原料、制备方法、产品强度、比表面积、孔径不同其吸附容量、对贵金属络合离子的选择性吸附能力，吸附速度和经济效果也有很大差异。

活性炭孔径大，对贵金属吸附容量大，如前述之加因特—耶鲁奈克所采用的松木活性炭。但随吸附容量增加，选择性吸附能力降低，载金炭杂质含量增加；孔径小，吸附容量小，对贵金属选择性吸附能力增强。一般地说，比表面积发达，吸附容量大。波涛活性炭厂家认为：具有＞500平方米/克比表面积的活性炭，适合从成份复杂的盐中吸附金。

美国、南非等国炭浆法、堆浸法生产，试验均采用椰壳制的颗粒活性炭，常用粒度为10~20目或6~16目。据称椰壳活性炭比油炭，木炭或焦炭吸附能力高。南非进行炭浆法试验时采用6~16目PCB型及SCⅡ型椰壳活性炭，炭对矿浆中金的吸附率达99%以上。

炭粒度在黄金生产中是重要的控制指标：粒度细，吸附容量大；过细则会在载金后损失于溶液中。使活性炭具有足够的强度是保证减少炭和金损失，使吸附法具有较佳经济效果的关键。在黄金生产过程中，活性炭损失于输送、与矿浆（或浸出液）的接触、筛析和再生四个环节。为减少损耗，在实际生产中输送炭的悬浮液不是机械输送，而是采用喷射或液压装置（例如空气提升器输送炭和矿浆）；炭浆法的吸附槽也多用压缩空气搅拌。因磨蚀而颗粒变小的炭除部份载金后随废液流失外，其余再生后经振动筛，筛下炭含金约5盎司/吨，送精炼厂，以回收金。颗粒炭的外型也往往是载金炭耗损的直接原因。苏联巴列依金矿公司试验厂将备用之新鲜颗粒炭置于机械搅拌器或吸附设备的磨料介质中予先处理，以期在吸附作业前除去易磨耗的炭的棱角。苏联可燃矿物研究所用烧结烟煤研制的球型颗粒炭，具有较高的强度和吸附容量。

同离子交换树脂相比，活性炭的优点是：

1.对重金属的敏感性差，因之解吸被吸附贵金属和吸附剂再生的方法也比较简单，可得到质量较高的金。—因为金多与多种贱金属伴生，这点在实际应用中更为重要。研究结果证明：在试验条件下，铜的氰化物可使AM-2B阴离子交换树脂对金的吸附容量下降四倍，锌氰化物使之下降九倍；

2.因活性炭具有较大的比表面积，所以其吸附过程较树脂更强化。

3.活性炭价格低廉。

活性炭较离子交换树脂逊色之处是其机械强度低，吸附容量小。但是这两种吸附剂都在针对一些行业的特殊需要在不断提高与发展中。苏联近年来已研制出具有离子交换性质的木炭和活性炭。

三、我国适于堆浸法的低品位矿石资源很丰富，发展活性炭吸附法提金生产具有广阔前途。因此，目前迫切需要适于提金的质量高、价格低廉的病品种活性炭：

1.用于黄金吸附的活性炭各项质量指标中，目前突出的是强度问题，解决途径可能有两个：

⑴采用高强度植物原料，如果壳类：山核桃皮，苦栋子、山楂子等等；

⑵选用适当粘结剂和软质炭做原料，在适宜的工艺条件下造粒生产硬质炭：朝鲜二八维尼纶厂用木屑代替椰子壳生产维尼纶载体炭产品强度超过65%；我国四川省林业科学研究所用木屑做原料研制出了强度为86~93.8%的活性炭；美国最近公布的一项专利，用木材、干草、泥煤和低级褐煤可制得球磨硬度大于椰壳活性炭，超过97%的高强度炭种。这条路可使高强度炭具有广泛的原料来源，还可以根据需要确定活性炭的外型和尺寸。如苏联提出的一个系列的球型活性炭样品，其外型为没有棱角的球型，耐磨蚀；但炭表面有溶解现象，这很可能成为各种造粒途径制得的黄金吸附炭在选择粘结剂及确定炭、活化工艺条件所需要解决的问题。

2.提高吸附容量和对金的选择系数，应着眼于活性炭吸附金机理方面的研究。例如：炭比表面积对吸附的影响。

波涛活性炭厂家在一组杏核活性炭样品中，原炭经水洗后比决面积为1067m²/g，载金后（称：载金3mg/g~6mg/g）比表面积则分别为1022、930和867。即表面为金氰络合物及其它杂质所占据，损失约13~18.7%。而且当比表面积达到一定程度时，对于颗粒活性炭来说，继续通过炭孔壁的烧失来扩大比表面积，导致收率下降，强度降低，成本提高。所以过份追求扩大比表面积，对于制造载金炭来说未必合适。炭表面官能团和孔径分布对吸附金氰络合物的影响，如果按“表面离子交换”说或“孔径吸附”理论显然是值得注意的。仅就孔径分布而言，大孔炭吸附容量高，选择能力差，则适于处理含其它无机杂质少的矿；小孔炭则恰相反。因此实际生产中需要针对某一具体矿石特点的吸金炭，而不可能有“广泛适应性”的炭种。

3.在合理选择原料、确定合理的生产工艺和企业利润指标的前提下，应认真解决国内市场活性炭价格偏高的问题。国内椰壳活性炭12000元/吨，杏核活性炭6000~7000元/吨，前者约为美国用于黄金吸附的活性炭销价的8~10倍。