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黃金的吸附并已取得重大進展�；钚蕴糠S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�；钚蕴课近S金的工藝，經(jīng)歷了由堆浸法而炭漿法的過程。預(yù)計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)金礦引進國外炭漿工藝的全套技術(shù)，現(xiàn)已運行。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)面臨及時供應(yīng)大量優(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，有的科研機構(gòu)進行了細致的研究并取得了成績。關(guān)于煤質(zhì)活性炭用于吸附黃金，前蘇聯(lián)進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，無顯著成績可言。前蘇聯(lián)對于用高分子材料制成的活性炭之用于吸附黃金，進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)。本文著重敘述煤質(zhì)活性炭和合成活性炭之用于吸附黃金的實踐。
二、提取黃金的簡要原理和過程
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�；钚蕴康奈浇鹱鳂I(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)合物便被吸附在炭內(nèi)部孔隙的巨大表面上。
2、炭漿法
將含金礦砂粉碎至300目的細度左右。加水攪摔成均勻懸浮礦漿。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內(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�；钚蕴拷�(jīng)多次吸附、脫附后，活性降低，須進行再生。
三、對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主要有：美國Calgon公司的PCB型活性炭、法國G210AS型活性炭、比利時SCⅡ型活性炭和日本三協(xié)產(chǎn)業(yè)WS型椰殼活性炭�？偟恼f，這些炭都具有吸附容量大、強度好、吸附動力學(xué)性能好和易再生的特點。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。要求高的強度，是因為提取金的過程要求在強烈的機械攪拌和流動條件下將炭同礦漿反復(fù)接觸。強度差，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，更換的批數(shù)不得多于24批。注意炭的再生，就是延長炭的使用壽命。再生方法，是先酸洗，洗去吸附的無機物。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，因為要求煤質(zhì)炭同時具備高的黃金吸附容量和強度，那是艱難的事。對此，我國三四家主要活性炭廠這幾年剛開始探索。雖然有一定進展，但一些重要指標，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)域取得進展，研究出新的品種。
我國有的活性炭廠著眼于強度，選用半焦炭為原料試制黃金吸附炭。經(jīng)調(diào)整工藝，制備出強度為96.6-97.7%和苯吸附率為27.38-29.26%的活性炭。強度固然好，但苯吸附率并不高。經(jīng)特定條件下吸附黃金評價后，黃金吸附率達99%以上，解吸率達92%以上。惟黃金的吸附容量不夠高。有的炭廠曾用某等級煙煤制備球形炭，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。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，進而在盤式成球機上成球。以后，經(jīng)干燥、碳化和活化而成。成品強度高達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)研究人員對合成活性炭對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。強度好。其強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)。由于無無機雜質(zhì)，其類石墨晶體結(jié)構(gòu)中實際上無缺陷，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，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原子引進炭的晶體結(jié)構(gòu)中，均會顯著增強表面的還原能力，從而增強吸持黃金等貴金屬的能力。這是因為作為雜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電子的流動性。于600℃下，讓炭粒呈佛騰狀態(tài)，此時，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。面對此，活性炭工業(yè)如何才能滿足需要，回答就是三句話：擴大原料來源，提高活性炭性能，擴大活性炭品種。
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、杏核活性炭肯定會進一步擴大生產(chǎn)規(guī)模�？捎糜谖近S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。實現(xiàn)從研制向工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，尚有漫長道路可走。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�；曳执罅看嬖冢固剂黔h(huán)結(jié)構(gòu)被扭曲，故易斷裂，降低了煤的強度。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，須做細致的工作，才有可能實現(xiàn)性質(zhì)上的取長補短。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，對黃金吸附容量也大。再次是，在有希望的活性炭表面上進行化學(xué)改性。就是把周期表右上角電負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。這對無椰殼資源或少椰殼資源的國家，將是個福音。我國是發(fā)展中國家。高分子化學(xué)工業(yè)尚不夠發(fā)達，不合格品或廢料有限。勢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，特別是對貴金屬的吸附性能好，可以彌補原料貴的缺點。研這一課題，還是有現(xiàn)實意義。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。更多的工作有待后人去做。