用煤质活性炭和合成活性炭吸附黄金

一、引言

随着工业的发展和人们生活水平的提高，世界各国对黄金的需求量越来越多。但各国富矿有限，尽可能合理利用含金量在3-5g/T的低品位金矿、废矿和难选矿，就突出出来了。活性炭特别适合从这些矿里提取黄金。

一百多年前，人们就开始研究用活性炭吸附溶液中的黄金，近二三十年，美国、前苏联、南非、澳大利亚研究活性炭在氰金溶液里对黄金的吸附并已取得重大进展，活性炭法黄金回收率高，投资少，占地面积少，能耗低，受到各国黄金采掘业的欢迎，活性炭吸附黄金的工艺，经历了由堆浸法到炭浆法的过程。预计今后二三十年世界上大多数国家都将建立起炭浆法提取黄金的工厂。近年来，我国一部分矿山和科研单位也研究成功炭浆工艺。河北张家口金矿、陕西潼关金矿引进国外炭浆工艺的全套技术，现已运行。随着活性炭法提取黄金开始在我国普及，我国活性炭工业面临及时供应大量优良活性炭的紧迫任务。

我国海南省有椰壳资源。少数活性炭工厂早已生产出优良椰壳活性炭，供应采金工业的需要。前几年，少数厂经过调整工艺，也已生产出适合于吸附黄金的杏核活性炭。桃核活性炭之用于吸附黄金，有的科研机构进行了细致的研究并取得了成绩。关于煤质活性炭用于吸附黄金，前苏联进行了大量研究并取得了突破。但我国在这一领域研究工作很薄弱，无显著成绩可言。前苏联对于用高分子材料制成的活性炭之用于吸附黄金，进行了卓有成效的开拓工作。工作展示合成活性炭具有吸附黄金的优良性质。本文着重叙述煤质活性炭和合成活性炭之用于吸附黄金的实践。

二、提取黄金的简要原理和过程

首先，将含金矿石予以氰化处理。其中金等贵金属优先溶解下来，生成络合物。公认的反应式是：

4Au+8CN^-+O₂+2H₂O→4Au(CN)2^-+4OH^-

黄金的溶解速度取决于溶液的PH值，较佳为PH=10.3。黄金只有在氰化后，才能够被活性炭所吸附。活性炭的吸附金作业有两种方法：一为堆浸法，另一为炭浆法。

1.堆浸法

首先，将矿石破碎至一定粒度后，堆放在淋洗设备内， 用一定浓度的NaCN溶液自上而下反复淋洗，直至淋洗液中含金量达到一定浓度止。以后，用此含金的氰化液陆续从一组充填活性炭的吸附柱通过。氰金络合物便被吸附在炭内部孔隙的巨大表面上。

2.炭浆法

将含金矿砂粉碎至300目的细度左右，加水搅拌成均匀悬浮矿浆，将氰化钾（或氰化钠）溶液加入矿浆，生成能溶于水的氰金络合物[Au(CN)2]^-，含氰金络合物的矿浆在串联的吸附槽内跟粒状活性炭在搅拌下充分接触后，便绝大部分被吸附到活性炭内表面上。只含有微量氰金化合物的矿浆尾液跟活性炭分离后排放。

从载金炭上回收黄金有两种方法。一为较原始，不经济的方法，就是将载金炭送到冶炼厂焙烧，经高温熔炼得到黄金。另一是较普遍使用的方法，即用0.1-1.0%的热NaCN和NaOH的混合液把载金炭上氰金络合物脱附下来，再经电解，得到纯金。活性炭经多次吸附、脱附后，活性降低，需要进行再生。

三、对吸附黄金用活性炭的技术要求

工业化国家多用椰壳活性炭吸附黄金。各国用于此目的椰壳活性炭型号主要有：美国Calgon公司的PCB型活性炭、法国G210AS型活性炭、比利时SCⅡ型活性炭和日本三协产业WS型椰壳活性炭，总的说，这些炭都具有吸附容量大、强度好、吸附动力学性能好和易再生的特点。孔隙结构中微孔比例大，孔隙直径在18-21Å之间的孔隙容积占90%以上，正适合于吸附氰金络离子。要求高的强度，是因为提取金的过程要求在强烈的机械搅拌和流动条件下将炭同矿浆反复接触。强度差，炭磨损大，粉末就随尾浆液一起流失，从而带走了黄金。为了提高强度，要求炭颗粒规则整齐，减少易磨损的棱角，重视炭的吸附动力学性质，就是重视吸附效率，归根结底，就是为了降低黄金的损失。椰壳炭的技术要求中关于吸附动力学，是从两方面来规定的，一是在一定浓度（如250ppm）的黄金溶液中按每L5g投加活性炭，搅拌1h后，溶液中剩余黄金浓度不得多于30ppm。二是在1L10ppm黄金溶液中投加1g炭，搅拌1h，更换溶液，如此反复更换，直至1g炭吸附360mg黄金为止，此时，更换的批数不得多于24批。注意炭的再生，就是延长炭的使用寿命。再生方法，是先酸洗，洗去吸附的无机物。以后于700-800℃下经水蒸气再活化。经过再生，一般可恢复原炭吸附容量的95%以上，自身损耗达5%。

下面列出有关活性炭的性能要求和有关图表。以其它材料制成的，用于提金的活性炭，也需要参照有关条项的要求。

表1吸附黄金用椰壳炭的各项性能要求

表2 法国G210AS椰壳活性炭的技术要求

四、用于吸附黄金的煤质活性炭

煤质活性炭用于黄金的吸附富集，是艰难的课题，因为要求煤质炭同时具备高的黄金吸附容量和强度，那是艰难的事。对此，我国三四家主要活性炭厂这几年刚开始探索。虽然有一定进展，但一些重要指标，还不能令人满意，国外首推前苏联做的工作多。前苏联没有椰壳资源，却有丰富的煤炭资源，其中不乏优良煤，具备以煤代替椰壳的资源条件。已生产出的活性炭品种中，有的本来就具备不错的吸附黄金的性能， 如CKT型活性炭，近年来，前苏联研究人员又在这一领域取得进展，研究出新的品种。

我国有的活性炭厂着眼于强度，选用半焦炭为原料试制黄金吸附炭。经调整工艺，制备出强度为96.6-97.7%和苯吸附率为27.38-29.26%的活性炭。强度固然好，但苯吸附率并不高。经特定条件下吸附黄金评价后，黄金吸附率达99%以上，解吸率达92%以上，惟黄金的吸附容量不够高。有的炭厂曾用某等级烟煤制备球形炭，用于吸附黄金，同样不能得到满意结果。

前苏联在用于吸附黄金的煤质活性炭的研制方面取得较大成绩。曾用库兹巴斯（Ky3oacc）煤田的气煤，不使用粘合剂，制成适用于以矿浆中吸附黄金的球形炭。气煤经磨粉后，跟2.5%的亚硫酸钠酵母麦芽汁溶液混匀，进而在盘式成球机上成球。以后，经干燥、碳化和活化而成。成品强度高达90-95%（按照MHC-8），可用从矿浆中吸附黄金。球形炭的磨损损失降至低水平。

试验用的黄金溶液，除了黄金外，尚含有Ag、Cu、Fe、Ni、Co、Ca和Na。炭样对黄金的选择性高。对黄金的选择系数（以对黄金的吸附量跟对其它金属离子总吸附量之比表示）为阴离子树脂AM-25的4倍。吸附测定在室温下进行。炭是在不断搅拌下吸附黄金，时间长达120h，所制样品的孔隙结构数据和吸附容量数据见表3，炭吸附黄金的动力学曲线示于图3。

表3 球形活性炭的技术特性

前苏联期刊报导一种新型煤质活性炭，可成功吸附黄金，吸附容量提高45%，此成果已申报专利。制备此新型活性炭时，首先将页岩焦油、糠醛和酸性渣油三种材料按49%、24%、27%的重量比配好。先将页岩焦油和糠醛混合均匀。将酸性渣油于20℃下缓慢加到已混合均匀的混合体中，经半小时搅拌，即成共聚物。再于100℃下固化5h后，磨成0.105mm的细度，将库兹巴斯煤的煤粉跟共聚物、本焦油三者按20%、44%和36%的比例混合均匀，再经造粒、炭化、话化而成。颗粒先在转炉内于100-150℃的热空气流里加热5-6h，进而在转炉内于CO2气流里完成碳化，活化时，先于800℃用水蒸汽活化至10%的烧失率，而后于800-850℃下继续活化至中等得率（40-50%）即成。

所用煤选用前苏联库兹涅茨煤矿开采的T牌弱粘结煤。其组成列于下面：

灰分  8.1%

氢  3.9%

挥发分  13.7%

水分  2.3%

固定碳  70.2%

酸性渣油是苯和甲苯的硫酸提纯物，木焦油的组成是：沥青55%，绿油25%和木焦油20%。

所研活性炭对黄金等贵金属的吸附容量和选择性，是在动态条件下用氰金溶液进行测定。氰金溶液的组成（mg/L）列于下面：

Au 1.56

Ni 0.87

Ag 0.93

Co 0.98

Cu 8.98

氰化物300

Zn 47.9

CaO 140

Fe 1.86

试验用直径4.8cm的玻璃柱。活性炭体积为498cm3的装填层厚为27.5cm。溶液以平均每h2.26比体积的流速流过炭柱，比体积为溶液对炭体积的比值。

以上吸附量是新型活性炭在氰化金溶液中吸附了2h后的结果。在同样条件下，前苏联CKT型活性炭对Au和Ag的吸附量分别是6.47mg/g和1.36mg/g。

五、用于吸附黄金的合成活性炭

表4 新型吸附黄金活性炭的孔隙结构和性能

近年来，前苏联研究人员对合成活性炭对黄金的吸附做了很多工作，发现SCS型合成活性炭有较好的吸附黄金性能。SCS炭是以苯乙烯和对二乙烯基苯的共聚物为原料，经炭化、活化而成，成品炭是直径为0.3-1.0mm的球形炭。强度好，其强度跟烧失率几乎不存在依赖关系。具有双分布式（超微孔和中孔）孔隙结构。由于无无机杂质，其类石墨晶体结构中实际上无缺陷，即无大面积π电子离域作用。所以，它有较小的电子功函数和较高的还原能力。正是基于这一点，合成炭具有较好的吸附黄金性能。

在制造SCS型炭的过程中，把2-4%的N原子或1%以下的S原子引进炭的晶体结构中，均会显著增强表面的还原能力，从而增强吸持黄金等贵金属的能力，这是因为作为杂原子存在于芳香族碳环中的S原子的pk轨道电子参与了共轭链，相应地提高了碳微晶π电子的流动性，于600℃下，让炭粒呈沸腾状态，此时，以硫蒸气处理炭粒0.5-1.5h，而后置炭粒于900℃的惰性气氛里1h，即成。所得的含S和不含S碳的总表面积在780-1000m2/g之间。

以下示出加S和不加S的SCS型炭从氰金溶液中提取黄金的吸附等温线，将0.1-0.25g炭投于50-400ml浓度为10-25mg/L的氰金溶液中振荡24h。溶液PH为10，含有0.01%游离氰。溶液中黄金浓度用原子吸收光谱法测定。图4为加量多于1%的吸附容量急剧下降，等温线未示出。

SCS型活性炭不仅对Au的吸附容量大，而且在除Au外尚含有多种金属的混合液中对Au的选择性很高。表5示出混合液的组成和炭对Au的吸附容量及选择性。表中同时列出在前苏联黄金采掘工业中广泛用于吸附黄金的AM-25型阳离子交换树脂，以资比较。测定样品的选择性时，是将0.5g炭投于100ml溶液中，振荡48h。

表5 合成炭对包括黄金在内的若干种金属的吸着容量

溶液中除了Au、Ag、Cu和Fe外尚有Zn、Ni、Co，其Cp分别为4.1mg/L、1.1mg/L和0.3mg/L。SCS-4对Zn的A为0.1mg/g，对后两种的A为零。从表可见，SCS系列样品对Au和Ag的选择性，比AM-26阴离子交换树脂好得多。所吸附的Au和Ag可用高压蒸煮解吸法从炭上提取下来，活性炭可以反复使用多次，而不至使吸着贵金属的指标显著劣化。

所以， SCS合成活性炭可用于从氰金溶液中有效吸附金和银，可用于这些贵金属的液相冶金，在合成过程中把少于1%的S加入到碳的结构中，不但提高炭对金和银的吸着容量，也提高从工作溶液中提取金和银的选择性。

表6 制备的合成活性炭的基本数据

六、展望

展望未来，我国工业上黄金需求量，将随社会主义工业化深入发展，而日益增多。人民生活改善，黄金首饰普遍进入寻常百性家，且不断从装饰手段逐渐向货币的贮存手段过渡。面对此，活性炭工业如何才能满足需要?回答就是三句话：扩大原料来源，提高活性炭性能，扩大活性炭品种。

我国椰壳资源有限。今后，椰壳活性炭产量不可能大规模增加，但桃核、杏核活性炭肯定会进一步扩大生产规模。可用于吸附黄金的新果核、果壳炭要研制出来、早已研究成功的油棕核活性炭强度高、吸附性能好，是潜在的椰壳炭代用品。

在我国煤质活性炭之用于吸附黄金，尚处于低谷。实现从研制向工业生产的转变，尚有漫长道路可走。虽然我国煤炭资源较丰富，但低灰分煤不多、生产出强度好的活性炭，首先须精造出低灰分煤，作为原料。也可将煤粉加以酸洗，或使用其它有效方法，大幅度降低灰分、灰分大量存在，使碳六角环结构被扭曲，故易断裂，降低了煤的强度。其次，可采用配煤法制造理想中的黄金吸附炭。就是根据黄金吸附炭的理想孔隙结构和强度，选取有特征性的煤制备活性炭。不同物种的结合，性质多有变异。煤也不例外。不过，须做细致的工作，才有可能实现性质上的取长补短。前苏联在煤质吸附金炭上取得的突破，就是借助于吸附基质和粘合剂在更广泛意义上的“杂交”，所得的特殊活性炭微孔容积特别大，对黄金吸附容量也大。再次是，在有希望的活性炭表面上进行化学改性，就是把周期表右上角电负性大的元素有选择地于特征温度下镶嵌入碳六角环上，以期提高炭对黄金的吸附容量。

合成活性炭的出现，为黄金吸附炭的原料开拓了广阔的新天地。这对无椰壳资源或少椰壳资源的国家，将是个福音。我国是发展中国家。高分子化学工业尚不够发达，不合格品或废料有限、势必多用成品高分子材料，就可能限制其发展规模。但合成炭用途广泛，特别是对贵金属的吸附性能好，可以弥补原料贵的缺点。研这一课题，还是有现实意义。高分子化合物体系大，类型多，前苏联人不过作为首批的拓荒者取得成绩，更多的工作有待后人去做。