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椰壳活性炭在黄金生产中的应用

时间:2018/5/10 10:35:06

椰壳活性炭作为金的有效吸附剂,近十年间已日益广泛地用在金的湿法冶金领域。椰壳炭吸附提金被公认为是现代提金工业的重要成就,并被誉为是近百年氰化法提金工艺的一项重大技术突破。本文将介绍椰壳活性炭提金的发展简史、工艺原理、国内外现状和应用前景等方面的内容。

椰壳活性炭

一、发展简史

早在1847年就已知椰壳活性炭有吸附贵金属的特性。至1917年止连续发表过这类论文约46篇。1880年首次用木炭从氰化金溶液中提取金,1894年又公布了从含金氰化液中用木炭吸附金的专利。1902年南非等地提金业中已使用木炭吸附金,随后椰壳活性炭于本世纪初实现工业化生产。澳大利亚金矿在1916年正式用活性炭吸附法取代锌置换法提取金。当时多数理论曾错误地认为木炭提金是简单的还原过程。1926年开始有了吸附理论的报道。1939年切普曼取得了从氰化矿浆中用椰壳炭提金的专利。到二次世界大战末止,炭吸附法提金均是采取将吸附了金的活性炭直接熔炼的方法来回收金,而不考虑活性炭的再用。1950年首次提出了从吸附了金的椰壳活性炭上使金解吸(即洗脱)的化学处理法。进而于1961年又研究出了使活性炭再生的热活化法,并建成了一座活性炭吸附法提金的试验工厂。七十年代起,由于椰壳活性炭洗提、再生和"炭浆法"提金(即用活性炭直接从氰化矿浆中吸附金)工艺的获得成功及这些工艺的有效配合,大大提高了椰壳活性炭在黄金生产中的地位和作用。继美国1973年建成投产了一座大型炭浆法提金工厂之后,近年来,南非、苏联、加拿大等国亦先后建厂。

二、工艺原理

黄金生产传统采用的氰化-锌置换提金法系基于碱性氰化液具有溶金性能:

2Au+4KCN+H2O+O2→2KAu(CN)2+2KOH

而后采用锌粉或锌丝从过滤出的澄清含金溶液(而非矿浆)中置换提金:

Zn+2KAu(CN)2→K2Zn(CN)4+2Au

炭浆法被誉为是黄金生产改革的一大成就,其可以省去昂贵而复杂的矿浆浓缩、过滤和洗涤工序,使用椰壳活性炭可直接从矿浆中提取金。因而该法工艺简单、设备投资少、生产费用低,特别对处理沉降性能差、难以过滤的泥质矿石,和处理含有妨碍氰化-锌置换过程正常进行的复杂矿石,该法更具有明显的优点。

炭浆法生产的工艺过程主要由三部分组成:椰壳炭吸附、椰壳炭上金的洗脱、椰壳炭的活化再生。

椰壳活性炭在黄金生产中的应用

1、椰壳炭吸附

从氰化矿浆中吸附金是因为椰壳活性炭对Au(CN)2络离子具有吸附能力。对吸附过程的解释曾提出过三种吸附理论:①物理吸附论,认为吸附过程是基于范德华力;②化学络合论;③电化学吸附。一般认为椰壳活性炭对Au(CN)2络离子的吸附是以物理吸附为主,其他两种吸附亦在不同程度上起作用。文献指出:椰壳炭粒中对金氰络离子的吸附包括同时发生的孔扩散和活性格点上的吸附,并经动力学研究证实孔扩散是最慢步骤。同时由测出的吸附等温线符合弗南德里胥方程说明过程属物理吸附。研究复硫脲活性炭对AuC14吸附机理表明:吸附过程十分复杂,椰壳活性炭不仅是金的吸附剂,更重要的是硫脲还原AuC14反应的催化剂。尽管至今对吸附机理认识尚不深刻,但这并不妨碍椰壳活性炭在黄金生产中的有效应用。

椰壳炭的特性之一是具有发达的孔隙结构,据其有效半径孔隙分为三类:微孔、过渡孔和大孔。微孔因具有很大的比表面积和比容,故对椰壳炭的吸附能力起决定作用。

吸附过程的技术经济效果主要取决于活性炭的质量和过程工艺条件之合理选择。前者包括炭对金的吸附容量、选择性、机械强度、吸附动力学性质、化学稳定性及再生性能。后者系指加入溶液(或矿浆)中活性炭的数量、炭和溶液的相对运动速度与吸附柱的数目等技术参数。根据活性炭生产原料及其制备工艺的不同,炭的质量亦有所差异。

国内黄金生产中采用的活性炭大多是用过热(800-900℃)水蒸气活化法生产的椰壳活性炭,其主要性能见表1。

表1

2、椰壳炭上金的洗脱(即解吸)

正确选择有效的解吸剂和制定合理的解吸流程是确保从吸附金的椰壳活性炭上使金迅速而完全地解吸之重要条件。主要方法如表2所述。

表2

3、椰壳炭的活化再生

经解吸的椰壳活性炭为恢复其活性达到返回再用、降低炭耗的目的需将其在800-900℃温度下,于水平的钢制回转窑内隔绝空气处理30分钟。窑给料端密封、过热蒸气通过炭层后从排料端排出,这样可阻止空气进入窑内。经再生处理后,需将炭过筛除去小于24网目的炭粒。

三、活性炭提金的国内外现状

1、堆浸技术中椰壳炭的应用

七十年代黄金价格的持续上涨和世界黄金需求量的不断增加,黄金生产出现了采金热潮,促使人们去充分发掘和利用资源,以及对报废的老矿山和曾经认为无开采价值的低品位金矿重新评价,在此过程中发展起来的堆浸技术以其独特的技术经济效果促使其应用在黄金生产上。在堆浸工艺中,椰壳活性炭是用于从堆浸所得的含金浸出液中吸附提金,进而从吸附金的炭上回收金。

2、选别多金属矿时付产金的回收

苏联季申斯克选厂1970年起试验用活性炭回收铅浮选尾矿浓密机溢流中流失的金。在试验成功的基础上,1973年正式将椰壳活性炭用于生产,椰壳炭以悬浮液加入(炭量为70-120g/L),炭耗为300-500g炭/t原矿,金回收率提高8%。

别洛乌索夫斯克选厂用3-5mm椰壳活性炭(每立方米溢流加炭1kg)二段逆流吸附,从铜精矿浓密机溢流中成功地回收了金,回收率高达96%,使金的总回收率提高2.9%,节约费用11万卢布。

兹良诺夫斯克选厂是苏联第一个用活性炭吸附和用树脂净化铜精矿浓密机溢流的工厂。使含金溢流通过两个串联的内装有高碘值活性炭的吸附柱后,溢流含金由0.7mg/L降至0.04mg/以下,金的回收率达94%。

3、从矿泥中回收金

美国南达科他州的霍姆斯特克金矿是当前世界上已投产的规模最大的活性炭提金工厂,该厂于1973年建成,日处理矿泥2250吨。生产中使用粒度为1.0-3.35mm椰壳活性炭,含金矿浆中活性炭的浓度为18-24g/L。在四段吸附中炭与矿浆作逆流运动,吸附了金的炭经空气提液器提至振动筛上以与矿浆分离。吸附了金的炭用热碱氰化液解吸、加热活化再生后返回吸附工段。得到的含金解吸液经电极后,从阴极上回收金,进而将阴极金熔炼得成品金。金的总回收率达92%,与常规锌置换工艺相比,该法节省基建投资25%、节省生产费用6%。

近年来世界各地采用活性炭吸附工艺建立的提金工厂日渐增多。除美国先后建成几座炭浆工厂外,南非从1974年起接连建成了规模不等的炭浆工厂,预计1982年一座大型的(年处理量为12万吨矿石)炭浆工厂即将投产。加拿大、澳大利亚等国近年亦建成此类工厂投产。巴布亚新几内亚1981年也将建成一座日处理1500吨矿石的炭浆工厂。非律宾阿特拉斯联合矿业开发公司1978年采用炭吸附法在马斯巴特金矿建厂,该厂投产后将年产金2799kg。

我国已在近几年着手椰壳活性炭提金研究工作,辽宁冶金研究所和丹东黄金公司利用堆浸技术,对低品位金矿(含金1.30-3.88g/t矿石)采用炭吸附工艺进行了试验。冶金部长春黄金研究所利用国产椰壳活性炭对黑龙江省某氧化矿所作的提金试验研究表明:河南金牟山环保科技有限公司生产的椰壳黄金活性炭和杏壳黄金活性炭具有较高的机械强度和吸金效果。椰壳炭的比表面积为1281m2/g,总孔容为0.6392cm3/g,强度达93%;杏壳炭的表面积为1064m2/g,总孔容为0.6346m2/g。山东省兴城和焦家金矿1980年由美国戴维麦基公司设计建设了我国第一座日处理2000吨矿石的炭浆厂,矿石经浮选后将所得精矿送炭浆厂处理。

四、活性炭的应用前景

活性炭吸附法提金以其独特的优点和明显的技术经济效果,使其日益广泛地在世界黄金生产领域中得到了运用。我国黄金资源丰富、地域辽阔,这一新型工艺同样具有无限的前景,这是因为:

1、我国是一个主要靠脉矿开采提金的国家,黄金资源中适宜用活性炭吸附法处理的泥质矿,氧化矿以及组成复杂的多金属矿储量可观。炭吸附工艺因其对矿石组成要求不甚严格,具有较大的适应性,而且易于实现就地产金,无需将金精矿送冶炼厂集中处理。

2、我国采金历史悠久,不少老矿多年来积存或废弃的低品位矿石和尾矿较多,而且我国黄金矿山小型而分散、群众采金事业发达。活性炭吸附提金工艺因其具有设备简单、操作方便、易于投产、基建和生产费用低和其处理规模可因地制宜等特点,尤其适合我国矿山现实情况。

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