摘要：綜述了活性炭吸附金氰絡(luò)合物的機理和應(yīng)用研究的進(jìn)展，比較了提金活性炭產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，提出了制定提金活性炭專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建議，調(diào)查了提金活性炭的使用管理。
1 炭從氰化物溶液中吸附金的機理研究和進(jìn)展
1894年約翰遜（Johnston）獲得了使用活性炭作氰化金的吸附劑的專利。在近百年來，人們對活性炭吸附金氰絡(luò)合物的機理進(jìn)行了不斷地研究，至少經(jīng)歷了三個階段，取得了很大進(jìn)展，但時至今日仍在探索中。
1.1 早期理論
活性炭從氰化金溶液中吸附金的早期理論大致可分為兩種。一是“直接吸附說”，認(rèn)為金以Au(CN)2-陰離子而被活性炭直接吸附；二是“還原說”，認(rèn)為活性炭吸附金的氰化絡(luò)合物發(fā)生了化學(xué)變化，它被還原成金屬金或某種中間狀態(tài)的產(chǎn)物，或者是它在炭的孔隙里沉淀成不溶性的絡(luò)合物AuCN。
1.2 中期理論
有關(guān)活性炭吸附金氰絡(luò)合物的機理研究在研究者中雖還有分歧，但關(guān)于Au(CN)2-絡(luò)合物在炭表面上被完全還原為金屬的理論，已被事實否定。
1.3 80年代理論
在80年代世界范圍的“黃金熱”中，隨著炭漿提金工藝的廣泛應(yīng)用、試驗方法和檢測手段的發(fā)展，為繼續(xù)研究活性炭吸附金機理提供了條件，使機理研究有了新進(jìn)展。
(1) 傾向性認(rèn)為，亞金氰化絡(luò)合物吸附在活性炭上，并不伴隨化學(xué)變化。
(2) 研究已經(jīng)確認(rèn)，炭從堿性氰化物溶液與從酸性氰化物溶液中吸附金不同，金在炭上不還原為金屬態(tài)。
(3) 認(rèn)為在炭表面形成金束時，金部分地還原為介乎0與1之間的中間氧化態(tài)的機理亦不受青賴。
(4) JDMiller等研究認(rèn)為，活性炭從氰化物溶液中吸附金的實質(zhì)，同石墨結(jié)構(gòu)性質(zhì)，如表面積和微晶尺寸及結(jié)構(gòu)缺陷關(guān)系密切，同官能團關(guān)系不大。
(5) 我國學(xué)者張文輝用“對比研究法”研究了活性炭吸附Au(CN)2-的機理，得出了與炭的化學(xué)結(jié)構(gòu)和孔結(jié)構(gòu)（中孔和微孔）有關(guān)的結(jié)論。
筆者認(rèn)為，隨著科學(xué)技術(shù)及測試手段的發(fā)展和炭吸附金機理研究的逐步深入，終將接近或達(dá)到真理性的認(rèn)識。同時，必將指導(dǎo)生產(chǎn)提金用活性炭質(zhì)量的提高，以滿足提金工藝的需要。
1.4 理論研究的進(jìn)展
近年來，活性炭在炭漿提金工藝中的應(yīng)用理論研究如吸附熱力學(xué)和動力學(xué)的研究取得了成就。它直接影響到炭漿廠的生產(chǎn)實踐。
1.4.1 吸附的可逆性
研究試驗證實，盡管解吸速度比吸附速度稍慢，但反應(yīng)是可逆的。經(jīng)工業(yè)實驗確切地證實了活性炭在含金氰絡(luò)合物的礦漿中吸附金的可逆性，并通過試驗得出了“接觸離子交換效應(yīng)”的結(jié)論。
吸附的可逆性這一現(xiàn)象在炭漿提金實踐中的意義是，如果吸附金的炭顆粒一但被破碎而隨炭漿穿過了20目的級間篩網(wǎng)，并隨炭漿流出后一級吸附槽之前，有少量的金從炭粒上被解吸下來。因此，與送進(jìn)CIP的料漿中固體含（金）量相比，以CIP排出的固體尾渣中檢測出不溶的金含量增加，這說明增加的金與細(xì)粒炭有關(guān)。實踐中固體尾渣里的金含量增加未被檢測出來，這一事實說明“滿載”金的炭在吸附段中的破碎不是CIP的一個嚴(yán)重問題。
1.4.2 炭的分布吸附
系統(tǒng)后一級吸附槽的裝炭量應(yīng)比前面各級多加一點，這一看法與有效地降低尾液中金濃度的操作結(jié)果是一致的。
炭在含金高濃度的第1級或后兩級中分布不均勻，那么會使尾液的金濃度增高。
筆者認(rèn)為，炭的分布“均勻”系指兩個含意，一是指吸附系統(tǒng)各級吸附槽間炭分布均勻；二是指每級吸附槽中炭的分布均勻。
1.4.3 競爭吸附
盡管活性炭一般對氰化金有很高的選擇性，但氰化銀也被吸附。高濃度的銅、鎳和鐵等的氰化絡(luò)合物的存在，會明顯地降低金的吸附量。銅的影響特別有趣，它的吸附對游離氰根濃度和溶液的pH十分敏感。
活性炭對氰化金的選擇性高于氰化銀，當(dāng)兩種金屬絡(luò)合物的吸附量相當(dāng)高時，銀會被金“擠出”活性炭。所以，須采取特殊的措施，以保證滿意地回收銀。
1.4.4 活性炭中毒
有機物中毒。在水中不溶解的有機化合物如各種機械油、浮選藥劑、腐植酸等在CIP系統(tǒng)中存在，可引起炭的有機物中毒，對炭在氰化金溶液中吸附金有有害影響。炭的有機物中毒機理可能是在炭粒表面吸附了一層有機溶劑膜，影響炭的吸附速度而不影響吸附容量。
無機物中毒。碳酸鈣、赤鐵礦、細(xì)分散的粘土或頁巖礦泥等在CIP中的存在可引起炭的無機物中毒。炭的無機物中毒機理顯然是活性炭孔道的機械堵塞，而不是在炭表面活性點上的競爭吸附。
1.4.5 解吸炭的熱力再生
解吸炭經(jīng)化學(xué)再生后，還須進(jìn)行熱力再生。炭經(jīng)熱力再生重新活化不僅可除去有機廢物（解除有機物中毒），而且可將炭孔擴大，并再生出表面氧化物活性點。但再生炭只能達(dá)到新炭活性的80%。研究表明，控制再生溫度、加入的水或蒸氣及鹽量是重要的。該過程的主要反應(yīng)是水煤氣反應(yīng)，溫度高于800℃，Ca2+、Fe2+對反應(yīng)有催化作用。然而，炭的溫度也決定了所生成的功能團類型。
2 提金用活性炭產(chǎn)品和新炭研制
2.1 活性炭產(chǎn)品
在我國隨著炭漿提金工藝（CIP、CIL、CIC）的推廣應(yīng)用，推動了提金用活性炭的生產(chǎn)發(fā)展。國產(chǎn)提金炭已由第一代的杏殼炭發(fā)展到第二代的椰殼炭。目前，國內(nèi)已有數(shù)百家活性炭廠，生產(chǎn)提金用椰殼炭的主要廠家和產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)見附表1。
表1 提金用活性炭生產(chǎn)廠家及技術(shù)指標(biāo)
| 生產(chǎn)廠家 | 產(chǎn)品牌號 | 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | 物理性質(zhì) | 備注 | ||||||||||||
| 粒度6-16目(%) | 強度(%) | 水分(%) | 灰分(%) | 堆密度(g/mL) | 碘吸附(mg/g) | CCl4吸附(%) | pH值 | 吸金速度(%) | 吸金容量(%) | 比表面積(m2/g) | 總孔容積(cm2/g) | 微孔容積(cm2/g) | 中孔容積(cm2/g) | |||
| 赤峰有機化工廠 | BHSS-616 | ≥90 | ≥90 | ＜10 | / | ≥0.54 | ＞800 | ＞50 | / | / | / | / | / | / | / |
1.進(jìn)口椰殼 2.檢測按GB |
| 南寧市活性炭廠 | YN-12 | 6-12目≥95 | ≥95 | ≤7 | 4-6 | 0.4-0.45 | ≥1000 | ≥60 | 7-9 | / | / | 1000-1200 | 0.9 | 0.45 | 0.2 | 1.進(jìn)口椰殼·N2BET法 |
| 海南瓊池公司活性炭廠 | KO2 | ＞90 | ＞90 | ＜10 | ＜3 | 測0.41 | ＞1000 | 苯(mg/g)450 | ＞7 | / | / | / | / | / | ||
| 唐山建新活性炭有限公司 | JX-102 | 6-12目＞95 | ＞98 | ＜5 | ＜3 | 0.44-0.58 | / | 60-70 | / | 測50-55 | 測20.7-29.3 | / | / | / | / | 1.進(jìn)口椰殼炭化料 |
| 北京光華木材廠 | GH-16A | ≥90 | ≥90 | ≤10 | / | / | / | 苯(mg/g)450 | ≥7 | / | / | 1000-1100 | 0.9 | 0.45 | 0.2 |
1.國產(chǎn)杏殼炭 2.檢測GB |
| 斯里蘭卡國(BLCL) | RLCL | ≥97 | ≥98 | ＜3-5 | ＜2-6 | 0.40-0.55 | 700-1400 | 20-110 | / | / | / | / | / |
1.椰殼 2.檢測ASTM |
||
| 美國CALGON公司 | CALGON(PCB) | 平均3.0-3.2mm | / | / | / | 0.44-0.49 | ＞1200 | ＞60 | / | / | / | 1150-1250 | / | / | / |
1.椰殼 2.檢測ASTM |
| 張家口金礦碳漿廠標(biāo)準(zhǔn) | ZJK(礦標(biāo)) | ≥97 | ＞97 | ＜5 | ＜4 |
0.44-0.48 |
/ | ＞60 | / | 600min≥60 | ≥25 | / | / | / | / | 檢測參照GB.ASTM/AARL |
2.2 新炭的研制
生產(chǎn)提金用炭的原料除椰殼和杏殼外，還有烏欖核殼、野核桃殼、核桃殼、桃核殼和山楂核等。中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所韓富榮等研制了提金用“山楂核活性炭”。通過試驗，對比測定了山楂核活性炭和美國椰殼炭的吸金速度、吸金回收率、載金量、耐磨強度和解吸等�，F(xiàn)尚未用于工業(yè)生產(chǎn)。
贛州有色金屬研究所劉永庚等試驗研究了《磁性炭在選金工藝中的應(yīng)用》；中科院金屬研究所王崇琳等研究了《磁性活性炭的吸附金特性》；中南工業(yè)大學(xué)李德良等進(jìn)行了《磁性炭漿（MIP）工藝及磁性炭研究》；內(nèi)蒙古自治區(qū)冶金研究所張春樹等進(jìn)行了《活性炭纖維織物（炭布）在氰化液中吸附金銀直接電解金試驗研究》。可望用于工業(yè)生產(chǎn)。
3 提金炭技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
研兗和實踐證明，生產(chǎn)提金炭的原料、設(shè)備、工藝條件、控制手段等的不同，產(chǎn)出的提金炭質(zhì)量亦不同。目前，我國對提金炭技術(shù)指標(biāo)和測定尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。炭生產(chǎn)廠家各持已見，科研單位采用“對比法”鑒別質(zhì)量。
冶金部長沙礦冶研究院劉謨禧提出了《提金活性炭的制備、性能及其應(yīng)用》；長春黃金研究所卞直旭等人提出了《提金專用活性炭質(zhì)量測試方法的探討》，張家口金礦張全楨等人提出了《提金用活性炭性能測定及選優(yōu)》，并提出了張家口金礦《提金活性炭技術(shù)指標(biāo)及檢測方法》礦標(biāo)。
筆者認(rèn)為；當(dāng)務(wù)之急是有關(guān)單位應(yīng)針對我國提金炭的生產(chǎn)和炭漿提金工藝需要；參照和借鑒國外提金炭的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法；盡快地制定出我國的提金炭專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)中，應(yīng)將炭的吸金容量（K值）、吸金速度（R值）、比表面積和孔容積等有關(guān)指標(biāo)納入我國的提金炭技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，以滿足炭漿提金工藝的需要。
4 提金炭的使用管理
筆者對部分炭漿廠提金炭的使用管理進(jìn)行了考察。應(yīng)當(dāng)肯定的是各炭漿廠都積累了許多經(jīng)驗；同時，也存在一些共性的問題，應(yīng)當(dāng)改進(jìn)。
4.1 活性炭牌號
活性炭的牌號不同，技術(shù)指標(biāo)亦不同。據(jù)不完全了解，僅美國有名的活性炭公司有8家，其中卡爾根（CALGON）跨國公司是四大家之一。國外炭漿廠均重視提金炭牌號的選優(yōu)，但在我國一些炭漿廠忽視提金炭牌號的選擇。企業(yè)的供應(yīng)部門和生產(chǎn)技術(shù)部門應(yīng)重視提金炭牌號，共同選擇適于本企業(yè)的炭牌號，以保證質(zhì)量需求。
4.2 新炭預(yù)處理
新炭加入吸附工藝前，均進(jìn)行攪拌磨損處理，有的同時加酸處理，磨后過篩。但多數(shù)磨損處理前不作篩分考核（或取樣篩分）；亦不作磨損后的考核；攪拌磨損時間有的長達(dá)6小時。張家口金礦炭漿廠國外設(shè)計新炭磨損時間為30分鐘。一般以30分鐘至1小時為宜。
4.3 吸附槽炭濃度檢查及平衡
在設(shè)計和工藝條件中，對各級吸附槽炭濃（密）度及檢查均有規(guī)定。張家口金礦炭漿廠崗位操作工按規(guī)定對炭密度每小時測定一次并填操作記錄；按時提炭，及時平衡各級吸附槽炭密度，吸附系統(tǒng)中炭的動態(tài)平衡掌握得好，不加“頓炭”。但較普通的吸附工藝操作管理中，不按時測定和平衡各級吸附槽炭密度；有的8小時測定1~2次；各槽炭密度出現(xiàn)了不平衡亦不作調(diào)整（檢測同調(diào)整脫節(jié)）；有的發(fā)現(xiàn)吸附尾液品位上升就加“頓炭”�？傊�，在吸附工藝中對炭的均勻分布和動態(tài)平衡操作管理差，急需改進(jìn)和提高。
4.4 解吸炭熱力再生
解吸炭的再生一般分為化學(xué)再生（酸洗）和熱力再生兩步。但有的炭漿廠只作化學(xué)再生不作熱力再生。有的在設(shè)計中無此工序；有的雖有設(shè)備但閑置不用。如某廠設(shè)備漏油較普遍，吸附槽攪拌裝置漏油直接進(jìn)入吸附槽中。解吸炭只作化學(xué)再生，熱力再生窯閑置，不作熱力再生。提金炭載金能力下降，造成惡性循環(huán)。其炭的生產(chǎn)指標(biāo)見附表2。
表2 1992年吸附和解吸指標(biāo)
| 月份 | 載金炭品位(g/t) | 解吸炭品位(g/t) | 解吸率(%) |
| 1 | 2051.6 | 250.2 | 87.8 |
| 2 | 2826.3 | 730.5 | 74.5 |
| 3 | 2968.0 | 505.8 | 83.0 |
| 4 | 2162.7 | 110.3 | 94.9 |
| 5 | 1693.3 | 249.0 | 85.3 |
| 6 | 2083.1 | 206.4 | 87.6 |
中國市政工程西北設(shè)計院研究成功的“活性炭強制放電再生法及裝”，已由江蘇省啟東市活性炭再生設(shè)備廠制造的“WYS型活性炭再生爐”，在內(nèi)蒙紅花溝金礦首用成功，為提金解吸炭的熱力再生提供了我國第二代再生爐。
4.5 篩子管理
在炭漿廠各工序中，篩子的重要性是眾所周知的。生產(chǎn)中輪普遍的是對篩子管理較差。有的將除屑篩扔掉；有的除屑篩效果差；有的對中間篩（橋篩）不作檢查，篩網(wǎng)漏了較長時間不能發(fā)現(xiàn)；有的對安全篩設(shè)而不用。篩子管理急待加強和改變現(xiàn)狀。
4.6 炭平衡
在炭漿廠工藝中炭平衡的重要性及其對金屬平衡的影響是不言而喻的。但多數(shù)炭漿廠不做炭平衡的技術(shù)管理工作，炭耗損不清。有關(guān)部門應(yīng)作出炭平衡的技術(shù)規(guī)程，企業(yè)應(yīng)加強炭平衡管理，將管理水平提高一步。
5 結(jié)論
(1) 活性炭用于從氰化溶金礦漿中提金的廣泛生產(chǎn)實踐，推動了活性炭吸附金機理的研究和發(fā)展；而炭吸附金機理研究的成果，又促進(jìn)了生產(chǎn)實踐的提高。炭吸附金應(yīng)用機理研究的進(jìn)展，對炭漿提金生產(chǎn)具有現(xiàn)實意義。
(2) 在我國炭漿提金工藝的廣泛應(yīng)用，推動了提金用炭的生產(chǎn)、品種的增加和質(zhì)量的提高。有關(guān)部門應(yīng)盡快制定我國提金炭的質(zhì)量檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
(3) 炭漿提金廠應(yīng)加強提金炭的生產(chǎn)技術(shù)管理，以減少炭及金的消耗、損失，提高經(jīng)濟效益。