摘要：著重論述活性炭的特性和吸附金的機理，提出用活性炭提金的技術要求。
1 前言
活性炭是一種多孔性含炭物質，具有發(fā)達的微孔構造和巨大的比表面積。它包括許多種具有吸附能力的碳基物質，能夠將許多化學物質吸附在其表而上。
活性炭較早用于制糖業(yè)，后來廣泛用于去除污水中的有機物和某些無機物。近幾十年，在提取黃金方面，活性炭技術又得到了迅速發(fā)展。自1973年世界上頭座炭漿法提金廠在美國雀姆斯特克礦投產以來，該法已風靡全球。據(jù)資料介紹，1989年炭漿法回收金占總量的44%，其中：南非581.8t，美國289.9t ,澳大利亞226.8t，加拿大143.3t。
我國于1986年為張家口金礦引進美國炭漿法提金工藝，并獲得成功。在短短幾年里，已發(fā)展了20多座中小型炭漿廠。從發(fā)展態(tài)勢看，在今后一段時間里，炭漿法仍是提金的選擇方法。
活性炭提金在生產上的成功應用，主要歸因于生產實踐。但目前對活性炭的特性研究較少，也不很清楚，對吸附金的機理也無統(tǒng)一看法。本文從理論上對活性炭的特性和吸附金的機理進行探討，并在此基礎上討論選擇提金活性炭的方法。
2 活性炭的特性
2.1 一般性質
活性炭外觀為暗黑色，具有良好吸附性化，化學性質穩(wěn)定，可耐強酸及強堿，能經(jīng)受水浸、高溫，密度比水小，是多孔的疏水性吸附劑。
2.2 細孔構造和分布
活性炭在制造過程中，其揮發(fā)性有機物被除去，晶格間生成空隙，形成許多不同形狀與大小的細孔。細孔壁的總表面積（即比表面積）一般高達500~1700m2/g。這就是活性炭吸附能力強、吸附容量大的主要原因。
表面積相同的炭，對同種物質的吸附容量有時卻不同，這與活性炭的細孔結構和細孔分布有關。細孔結構隨原料、活化方法、活化條件不同而異。根據(jù)半徑大小，一般將細孔分為3種：
① 大微孔：半徑1000~100000Å
② 過渡孔：半徑20~1000Å
③ 小微孔：半徑≤20Å
活性炭小微孔容積一般約為0.15~0.90ml/g，表面積占活性炭總表面積的95%以上。因此，活性炭與其它吸附劑相比，小微孔特別發(fā)達。
過渡微孔容積為0.02~0.10ml/g，表面積不超過單位重量吸附劑總面積的5%。用藥劑活化法得到的活性炭，其孔容積和表面積可以提高。
大微孔容積為0.2~0.5ml/g，表面積只有0.5~2.0m2/g，對液相的物理吸附作用不大，但作為觸媒載體，作用就十分顯著。
總之，在吸附過程中，決定吸附能力的是微孔結構。全部比表面幾乎都是微孔構成的。粗孔和過渡孔分別起著粗、細吸附通道作用，它們的存在和分布在相當程度上影響了吸附和脫附速率。
2.3 表面化學性質
活性炭的吸附特性，不僅受到細孔結構的影響，而且受到活性炭表面化學性質的影響。
2.3.1 活性炭的元素組成
活性炭的組成元素中，炭占70%~95%。此外還有兩種混合物：一是氫和氧，它們在原料中本來就存在，或在炭化過程中不完全炭化而殘留于活性炭結構中，或在活化時以化學鍵結合二是灰分，它們構成活性炭的無機部分。灰分的含量及組成隨活性炭的種類而異，椰殼炭的灰分在3%左右。煤質炭的灰分高達20%~30%。活性炭的灰分，對活性炭吸附溶液中的某些電解質和非電解質有催化作用。
2.3.2 表面氧化物
活性炭中的氫和氧，對活性炭的吸附及其它特性有很大影響。在炭化與活化過程中，氫和氧同碳以化學鍵結合，使活化炭表面上有各種有機官能團形式的氧化物和碳氫化物。氧化物使活性炭與吸附質分子發(fā)生化學作用，顯示出選擇吸附性。這些有機官能團有羧基、酚性氫基、醌型羧基、醚、酯螢光黃型的內酯、碳酸無水物、環(huán)狀過氧化物等。
3 活性炭吸附金的機理
活性炭可以從浸出清液、浸出礦漿、浸出過程中吸附金，相應稱為炭柱法（CIC）、炭漿法（CIP）和炭浸法（CIL）。
3.1 基本原理
3.1.1 吸附作用
將溶質聚集在固體衣面的作用稱為吸附作用。活性炭表面具有吸附作用。吸附可看成是一種表面現(xiàn)象，所以吸附與活性炭的表面特性有密切關系。活性炭有巨大的內部表面和孔隙分布。它的外表面積和表面氧化狀態(tài)的作用是較小的，外表面只是提供與內孔穴相通的許多通道。表面氧化物的主要作用是使疏水性的炭骨架具有親水性，也即使活性炭對許多極性和非極性化合物具有親合力。活性炭具有表面能，其吸附作用是構成孔洞壁表面的碳原子受力不平衡所致，從而引起表面吸附作用。
3.1.2 吸附形式
吸附形式分為物理吸附與化學吸附。物理吸附是通過分子力的吸附，即同偶極之間的作用和氫鍵為主的弱范德華力有關。它有足夠的強度，可以捕獲液體中的分子。吸附是分子力引起的，吸附熱較小。物理吸附需要活化能，可在低溫條件下進行。這種吸附是可逆的，即在吸附的同時，被吸附的分子由于熱運動會離開固體表面，這種現(xiàn)象稱為解吸。化學吸附與價鍵力（離子鍵或共價鍵）相結合，是一個放熱過程。化學吸附有選擇性，只對某種或幾種特定物質起作用。化學吸附不可逆，比較穩(wěn)定，不易解吸。活性炭提金時，兩種吸附并存，但以物理吸附居多。
3.1.3 吸附速率
活性炭的吸附過程分為3個階段。首先是被吸附物質在活性炭表面形成水膜擴散，稱為膜擴散，然后擴散到炭的內部孔隙，稱為孔擴散，后吸附在炭的孔除表面上。因此，吸附速率取決于被吸附物向活性炭表面的擴散。在物理吸附中，炭粒孔隙內的擴散速度和炭粒表面上的吸附反應速度，主要同前兩項有關。
3.2 吸附金的機理
活性炭從氰化金溶液中吸附金的機理，可歸結為如下幾類：
(1) Au(CN)2-還原成金屬金；
(2) 吸附[Mn+][Au(CN)2-]n離子對；
(3) Au(CN)2- 和陽離子雙電層吸附在帶電的表面上；
(4) Au(CN)2-被吸附并隨后降解為AuCN聚合物；
(5) Au(CN)2-陰離子被假定存在于表面上帶正電的碳離子位之離子交換吸附；
(6) 吸附離子后，部分Au(CN)2-絡合物還原成聚集型金。
4 提金活性炭的技術要求
提金活性炭是由提金工藝決定的，具體要求有以下幾點。
4.1 機械強度高
炭要加到攪拌的礦漿中吸附金，因此應有較高機械強度。耐磨強度一般要求大于98%，易碎炭粒的吸附性往往較高，容易造成載金炭流失，影響金的回收率。為了提高炭的機械強度，要進行（一般為4h的）預處理，使灰的損失量降至5%~10%，磨損量減到較低限度。
4.2 有價元素要有高的容量和選擇性
金礦是伴生礦，除含不與氟化物反應的石英、硅酸鹽等礦物外，還有能同氰化物反應的礦物，如銅、鐵、銻、砷等。因此要求炭對金的吸附性和選擇性較好，而對銅、鐵、鋁等較差。美國礦山局和英美試驗室的研究證實，炭吸附金的吸附平衡容量與溶液中金濃度有關。金在溶液中的平衡濃度10×10-6~0.1×10-8的吸附等溫線，幾乎成直線，但在較低濃度時開始彎曲。吸附容量隨pH值的減少而增加；平衡隨溫度升高而迅速下降；吸附速度則隨溫升而加快。金的原子半徑為0.144μm，活性炭的微孔為0.5~2.0μm。實驗得知，1.0μm左右的微孔對金氰絡離子有很好的吸附能力。載金炭一般含金3kg/t，所以提金活性炭要有較高的吸附容量。
4.3 吸附動力學快
吸附速度指單位重量的活性炭在單位時間內所吸附物質的量。活性炭是加到攪拌的曠漿中來吸附金的。攪拌增加了礦漿與活性炭之間的相對速度。金絡離子首先吸附在活性炭的外表面，然后進入活性炭內部微孔。這種擴散速度的快慢，取決于金離子在微孔中的流動性。活性炭的微孔構造和分布及金絡離子的大小，同結構有關。吸附速度決定了活性炭與金絡離子的接觸時間。吸附速度越快，所需接觸時間越短。
4.4 容易解吸和再生能多次利用
金氰絡合物經(jīng)活性炭吸附后，能夠比較容易解吸，殘留在炭孔隙中的金量很少。再生處理能恢復炭的吸附性，使其能多次使用，且耗量小。
5 結論
炭漿法在工業(yè)上大規(guī)模應用，推動了黃金生產的發(fā)展，克服了鋅粉置換那種先經(jīng)固液分離、澄清和產生含金清液、減壓脫氣除氧，然后才能置換的缺點。活性炭直接從礦漿中吸附金，再通過級間篩得到回收，省去了固液分離和脫氣作業(yè)。因此，炭漿法在經(jīng)濟上同傳統(tǒng)的鋅置換法相比，有明顯的優(yōu)越性，可使投資與操作費用節(jié)省大約20%~50%，而且溶解金損失少，回收率高。