摘要：綜述了活性炭吸附金氰絡(luò)合物的機(jī)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(jī)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(duì)活性炭吸附金氰絡(luò)合物的機(jī)理進(jìn)行了不斷地研究，至少經(jīng)歷了三個(gè)階段，取得了很大進(jìn)展，但時(shí)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(jī)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(shí)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(yàn)方法和檢測手段的發(fā)展，為繼續(xù)研究活性炭吸附金機(jī)理提供了條件，使機(jī)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(shí)，金部分地還原為介乎0與1之間的中間氧化態(tài)的機(jī)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(shí)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(tuán)關(guān)系不大。
(5) 我國學(xué)者張文輝用“對(duì)比研究法”研究了活性炭吸附Au(CN)2-的機(jī)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(jī)理研究的逐步深入，終將接近或達(dá)到真理性的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，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(dòng)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(shí)踐。
1.4.1 吸附的可逆性
研究試驗(yàn)證實(shí)，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(shí)驗(yàn)確切地證實(shí)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(yàn)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(shí)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(jí)間篩網(wǎng)，并隨炭漿流出后一級(jí)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(shí)踐中固體尾渣里的金含量增加未被檢測出來，這一事實(shí)說明“滿載”金的炭在吸附段中的破碎不是CIP的一個(gè)嚴(yán)重問題。
1.4.2 炭的分布吸附
系統(tǒng)后一級(jí)吸附槽的裝炭量應(yīng)比前面各級(jí)多加一點(diǎn)，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(jí)或后兩級(jí)中分布不均勻，那么會(huì)使尾液的金濃度增高。
筆者認(rèn)為，炭的分布“均勻”系指兩個(gè)含意，一是指吸附系統(tǒng)各級(jí)吸附槽間炭分布均勻；二是指每級(jí)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(duì)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(huì)明顯地降低金的吸附量。銅的影響特別有趣，它的吸附對(duì)游離氰根濃度和溶液的pH十分敏感。
活性炭對(duì)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(shí)，銀會(huì)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(jī)物中毒。在水中不溶解的有機(jī)化合物如各種機(jī)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(jī)物中毒，對(duì)炭在氰化金溶液中吸附金有有害影響。炭的有機(jī)物中毒機(jī)理可能是在炭粒表面吸附了一層有機(jī)溶劑膜，影響炭的吸附速度而不影響吸附容量。
無機(jī)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(jī)物中毒。炭的無機(jī)物中毒機(jī)理顯然是活性炭孔道的機(jī)械堵塞，而不是在炭表面活性點(diǎn)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(jī)廢物（解除有機(jī)物中毒），而且可將炭孔擴(kuò)大，并再生出表面氧化物活性點(diǎn)。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(duì)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(tuán)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(dòng)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(hào) | 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | 物理性質(zhì) | 備注 | ||||||||||||
| 粒度6-16目(%) | 強(qiáng)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(jī)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(yàn)，對(duì)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(qiáng)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(yàn)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(yàn)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(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(yàn)；同時(shí)，也存在一些共性的問題，應(yīng)當(dāng)改進(jìn)。
4.1 活性炭牌號(hào)
活性炭的牌號(hào)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(hào)的選優(yōu)，但在我國一些炭漿廠忽視提金炭牌號(hào)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(hào)，共同選擇適于本企業(yè)的炭牌號(hào)，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(shí)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(shí)間有的長達(dá)6小時(shí)。張家口金礦炭漿廠國外設(shè)計(jì)新炭磨損時(shí)間為30分鐘。一般以30分鐘至1小時(shí)為宜。
4.3 吸附槽炭濃度檢查及平衡
在設(shè)計(jì)和工藝條件中，對(duì)各級(jí)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(duì)炭密度每小時(shí)測定一次并填操作記錄；按時(shí)提炭，及時(shí)平衡各級(jí)吸附槽炭密度，吸附系統(tǒng)中炭的動(dòng)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(shí)測定和平衡各級(jí)吸附槽炭密度；有的8小時(shí)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”。總之，在吸附工藝中對(duì)炭的均勻分布和動(dòng)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(jì)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(jì)院研究成功的“活性炭強(qiáng)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(duì)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(duì)中間篩（橋篩）不作檢查，篩網(wǎng)漏了較長時(shí)間不能發(fā)現(xiàn)；有的對(duì)安全篩設(shè)而不用。篩子管理急待加強(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(shí)踐，推動(dòng)了活性炭吸附金機(jī)理的研究和發(fā)展；而炭吸附金機(jī)理研究的成果，又促進(jìn)了生產(chǎn)實(shí)踐的提高。炭吸附金應(yīng)用機(jī)理研究的進(jìn)展，對(duì)炭漿提金生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。
(2) 在我國炭漿提金工藝的廣泛應(yīng)用，推動(dòng)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(qiáng)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(jì)效益。