用煤質(zhì)活性炭和合成活性炭吸附黃金
一、引言
隨著工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，世界各國對(duì)黃金的需求量越來越多。但各國富礦很有限，盡可能合理利用含金量在3—5g/T的低品位金礦、廢礦和難選礦，就突出出來了。活性炭特別適合從這些礦里提取黃金。
一百多年前，人們就開始研究用活性炭吸附溶液中的黃金。近二三十年，美國、前蘇聯(lián)、南非、澳大利亞研究活性炭在氰金溶液里對(duì)黃金的吸附并已取得重大進(jìn)展。活性炭法黃金回收率高，投資少，占地面積少，能耗低，受到各國黃金采掘業(yè)的歡迎。活性炭吸附黃金的工藝，經(jīng)歷了由堆浸法而炭漿法的過程。預(yù)計(jì)今后二三十年世界上大多數(shù)國家都將建立起炭漿法提取黃金的工廠。近年來，我國一部分礦山和科研單位也研究成功炭漿工藝。河北張家口金礦、陜西潼關(guān)金礦引進(jìn)國外炭漿工藝的全套技術(shù)，現(xiàn)已運(yùn)行。隨著活性炭法提取黃金開始在我國普及，我國活性炭工業(yè)面臨及時(shí)供應(yīng)大量?jī)?yōu)良活性炭的緊迫任務(wù)。
我國海南省有椰殼資源。少數(shù)活性炭工廠早已生產(chǎn)出優(yōu)良椰殼活性炭，不斷供應(yīng)采金工業(yè)的需要。前幾年，少數(shù)廠經(jīng)過調(diào)整工藝，也已生產(chǎn)出適合于吸附黃金的杏核活性炭。桃核活性炭之用于吸附黃金，有的科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的研究并取得了成績(jī)。關(guān)于煤質(zhì)活性炭用于吸附黃金，前蘇聯(lián)進(jìn)行了大量研究并取得了突破。但我國在這一領(lǐng)域研究工作很薄弱，無顯著成績(jī)可言。前蘇聯(lián)對(duì)于用高分子材料制成的活性炭之用于吸附黃金，進(jìn)行了卓有成效的開拓工作。工作展示合成活性炭具有吸附黃金的優(yōu)良性質(zhì)。本文著重?cái)⑹雒嘿|(zhì)活性炭和合成活性炭之用于吸附黃金的實(shí)踐。
二、提取黃金的簡(jiǎn)要原理和過程
首先，將含金礦石予以氯化處理。其中金等貴金屬優(yōu)先溶解下來，生成絡(luò)合物。公認(rèn)的反應(yīng)式是：
4Au+8CN-+O2+2H2O→4Au（CN）2-+4OH-
黃金的溶解速度取決于溶液的PH值，較佳為PH10.3。黃金只有在氰化后，才能夠被活性炭所吸附。活性炭的吸附金作業(yè)有兩種方法：一為堆浸法，另一為炭漿法。
1、堆浸法
首先，將礦石破碎至一定粒度后，堆放在淋洗設(shè)備內(nèi)，用一定濃度的NaCN溶液自上而下反復(fù)淋洗，直至淋洗液中含金量達(dá)到一定濃度止。以后，用此含金的氰化液陸續(xù)從一組充填活性炭的吸附柱通過。氰金絡(luò)合物便被吸附在炭?jī)?nèi)部孔隙的巨大表面上。
2、炭漿法
將含金礦砂粉碎至300目的細(xì)度左右。加水?dāng)囁こ删鶆驊腋〉V漿。將氰化鉀（或氰化鈉）溶液加入礦漿，生成能溶于水的氰金絡(luò)合物[（Au(CN)2）]-。含氰金絡(luò)合物的礦漿在串聯(lián)的吸附槽內(nèi)跟粒狀活性炭在攪拌下充分接觸后，便絕大部分被吸附到活性炭?jī)?nèi)表面上。只含有微量氰金化合物的礦漿尾液跟活性炭分離后排放。
從載金炭上回收黃金有兩種方法。一為較原始且不經(jīng)濟(jì)的方法，就是將載金炭送到冶煉廠焙燒，經(jīng)高溫熔煉得到黃金。另一是較普遍使用的方法，即用0.1-1.0%的熱NaCN和NaOH的混合液把載金炭上氰金絡(luò)合物脫附下來，再經(jīng)電解，得到純金。活性炭經(jīng)多次吸附、脫附后，活性降低，須進(jìn)行再生。
三、對(duì)吸附黃金用活性炭的技術(shù)要求
工業(yè)化國家多用椰殼活性炭吸附黃金。各國用于此目的椰殼活性炭型號(hào)主要有：美國Calgon公司的PCB型活性炭、法國G210AS型活性炭、比利時(shí)SCⅡ型活性炭和日本三協(xié)產(chǎn)業(yè)WS型椰殼活性炭。總的說，這些炭都具有吸附容量大、強(qiáng)度好、吸附動(dòng)力學(xué)性能好和易再生的特點(diǎn)。孔隙結(jié)構(gòu)中微孔比例大，孔隙直徑在18—21Å之間的孔隙容積占90%以上，正適合于吸附氰金絡(luò)離子。要求高的強(qiáng)度，是因?yàn)樘崛〗鸬倪^程要求在強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌和流動(dòng)條件下將炭同礦漿反復(fù)接觸。強(qiáng)度差，炭磨損大，粉末就隨尾漿液一起流失，從而帶走了黃金。為了提高強(qiáng)度，要求炭顆粒規(guī)則整齊，減少易磨損的棱角，重視炭的吸附動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，就是重視吸附效率，歸根結(jié)底，就是為了降低黃金的損失。椰殼活性炭的技術(shù)要求中關(guān)于吸附動(dòng)力學(xué)，是從兩方面來規(guī)定的，一是在一定濃度（如250ppm）的黃金溶液中按每L5g投加活性炭，攪拌1h后，溶液中剩余黃金濃度不得多于30ppm。二是在1L10ppm黃金溶液中投加1g炭，攪拌1h，更換溶液，如此反復(fù)更換，直至1g炭吸附360mg黃金為止。此時(shí)，更換的批數(shù)不得多于24批。注意炭的再生，就是延長(zhǎng)炭的使用壽命。再生方法，是先酸洗，洗去吸附的無機(jī)物。以后于700-800℃下經(jīng)水蒸氣再活化。經(jīng)過再生，一股可恢復(fù)原炭吸附容量的95%以上，自身損耗達(dá)5%。
四、用于吸附黃金的煤質(zhì)活性炭
煤質(zhì)活性炭用于黃金的吸附富集，是艱難的課題，因?yàn)橐竺嘿|(zhì)炭同時(shí)具備高的黃金吸附容量和強(qiáng)度，那是艱難的事。對(duì)此，我國三四家主要活性炭廠這幾年剛開始探索。雖然有一定進(jìn)展，但一些重要指標(biāo)，還不能令人滿意，國外首推前蘇聯(lián)做的工作多。前蘇聯(lián)沒有椰殼資源，卻有豐富的煤炭資源，其中不乏優(yōu)良煤，具備以煤代替椰殼的資源條件。已生產(chǎn)出的活性炭品種中，有的本來就具備不錯(cuò)的吸附黃金的性能，如CKT型活性炭。近年來，前蘇聯(lián)研究人員又在這一領(lǐng)域取得進(jìn)展，研究出新的品種。
我國有的活性炭廠著眼于強(qiáng)度，選用半焦炭為原料試制黃金吸附炭。經(jīng)調(diào)整工藝，制備出強(qiáng)度為96.6-97.7%和苯吸附率為27.38-29.26%的活性炭。強(qiáng)度固然好，但苯吸附率并不高。經(jīng)特定條件下吸附黃金評(píng)價(jià)后，黃金吸附率達(dá)99%以上，解吸率達(dá)92%以上。惟黃金的吸附容量不夠高。有的炭廠曾用某等級(jí)煙煤制備球形炭，用于吸附黃金，同樣不能得到滿意結(jié)果。
前蘇聯(lián)在用于吸附黃金的煤質(zhì)活性炭的研制方面取得較大成績(jī)。曾用庫茲巴斯煤田的氣煤，不使用粘合劑，制成適用于以礦漿中吸附黃金的球形炭。氣煤經(jīng)磨粉后，跟2.5%的亞硫酸鈉酵母麥芽汁溶液混勻，進(jìn)而在盤式成球機(jī)上成球。以后，經(jīng)干燥、碳化和活化而成。成品強(qiáng)度高達(dá)90-95%，可用從礦漿中吸附黃金球形炭的磨損損失降至低水平。
五、用于吸附黃金的合成活性炭
近年來，前蘇聯(lián)研究人員對(duì)合成活性炭對(duì)黃金的吸附做了很多工作，發(fā)現(xiàn)SCS型合成活性炭有較好的吸附黃金性能。SCS炭是以苯乙烯和對(duì)二乙烯基苯的共聚物為原料，經(jīng)炭化、活化而成。成品炭是直徑為0.3-1.0mm的球形炭。強(qiáng)度好。其強(qiáng)度跟燒失率幾乎不存在依賴關(guān)系。具有雙分布式（超微孔和中孔）孔隙結(jié)構(gòu)。由于無無機(jī)雜質(zhì)，其類石墨晶體結(jié)構(gòu)中實(shí)際上無缺陷，即無大面積π電子離域作用。所以，它有較小的電子功函數(shù)和較高的還原能力。正是基于這一點(diǎn)，合成炭具有較好的吸附黃金性能。
在制造SCS型炭的過程中，把2-4%的N原子或1%以下的S原子引進(jìn)炭的晶體結(jié)構(gòu)中，均會(huì)顯著增強(qiáng)表面的還原能力，從而增強(qiáng)吸持黃金等貴金屬的能力。這是因?yàn)樽鳛殡s原子存在于芳香族碳環(huán)中的S原子的Pk軌道電子參與了共軛鏈，相應(yīng)地提高了碳微晶π電子的流動(dòng)性。于600℃下，讓炭粒呈佛騰狀態(tài)，此時(shí)，以硫蒸氣處理炭粒0.5—1.5h，而后置炭粒于900℃的隋性氣氛里1h，即成。所得的含S和不含S碳的總表面積在780—1000m2/g之間。
所以，SCS合成活性炭可用于從氰金溶液中有效吸附金和銀，可用于這些貴金屬的液相冶金。在合成過程中把少于1%的S加入到碳的結(jié)構(gòu)中，不但提高炭對(duì)金和銀的吸著容量，也提高從工作溶液中提取金和銀的選擇性。
六、展望
展望未來，我國工業(yè)上黃金需求量，將隨社會(huì)主義工業(yè)化深入發(fā)展，而日益增多。人民生活明顯改善，黃金首飾普遍進(jìn)入尋常百性家，且不斷從裝飾手段逐漸向貨幣的貯存手段過渡。面對(duì)此，活性炭工業(yè)如何才能滿足需要，回答就是三句話：擴(kuò)大原料來源，提高活性炭性能，擴(kuò)大活性炭品種。
我國椰殼資源有限。今后，椰殼活性炭產(chǎn)量不可能大規(guī)模增加。但桃核、杏核活性炭肯定會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。可用于吸附黃金的新果核、果殼炭要研制出來。早已研究成功的油棕核活性炭強(qiáng)度商、吸附性能好，是潛在的椰殼炭代用品。
在我國煤質(zhì)活性炭之用于吸附黃金，尚處于低谷。實(shí)現(xiàn)從研制向工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，尚有漫長(zhǎng)道路可走。雖然我國煤炭資源較豐富，但低灰分煤不多。生產(chǎn)出強(qiáng)度好的活性炭，首先須精造出低灰分煤，作為原料。也可將煤粉加以深度酸洗，或使用其它有效方法，大幅度降低灰分。灰分大量存在，使碳六角環(huán)結(jié)構(gòu)被扭曲，故易斷裂，降低了煤的強(qiáng)度。其次，可采用配煤法制造理想中的黃金吸附炭。就是根據(jù)黃金吸附炭的理想孔隙結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，選取有特征性的煤制備活性炭，不同物種的結(jié)合，性質(zhì)多有變異。煤也不例外。不過，須做細(xì)致的工作，才有可能實(shí)現(xiàn)性質(zhì)上的取長(zhǎng)補(bǔ)短。前蘇聯(lián)在煤質(zhì)吸附金炭上取得的突破，就是借助于吸附基質(zhì)和粘合劑在更廣泛意義，上的“雜交”所得的特殊活性炭微孔容積特別大，對(duì)黃金吸附容量也大。再次是，在有希望的活性炭表面上進(jìn)行化學(xué)改性。就是把周期表右上角電負(fù)性大的元素有選擇地于特征溫度下鑲嵌入碳六角環(huán)上，以期提高炭對(duì)黃金的吸附容量。合成活性炭的出現(xiàn)，為黃金吸附炭的原料開拓了廣闊的新天地。這對(duì)無椰殼資源或少椰殼資源的國家，將是個(gè)福音。我國是發(fā)展中國家。高分子化學(xué)工業(yè)尚不夠發(fā)達(dá)，不合格品或廢料有限。勢(shì)必多用成品高分子材料，就可能限制其發(fā)展規(guī)模。但合成炭用途廣泛，特別是對(duì)貴金屬的吸附性能好，可以彌補(bǔ)原料貴的缺點(diǎn)。研這一課題，還是有現(xiàn)實(shí)意義。高分子化合物體系大，類型多,前蘇聯(lián)人不過作為首批的拓荒者取得成績(jī)。更多的工作有待后人去做。