活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附硫代硫酸銅和金的機理

　　近年來，研究人員正在努力尋找一種環境可行的選擇來替代傳統的氰化工藝，傳統的氰化工藝被認為對環境和公共安全有害。硫代硫酸鹽因其無毒、成本相對較低、浸出效率高而被認為是最有前途的氰化物替代品。使用銅-氨-硫代硫酸鹽溶液從礦石或精礦中浸出金已經進行了廣泛的研究。為了克服氨對環境的潛在挑戰，然而，從硫代硫酸鹽浸出溶液中回收金的研究有限。有報道稱，使用鋅、鐵和銅作為膠結劑，氰化金或硫代硫酸金絡合物可以還原為金屬金。然而，活性炭能否作為吸附劑用于硫代硫酸鹽浸出液中金的回收尚存疑問。但是研究結果表明，改性活性炭對金的吸附可能是通過配體交換機制進行的。對于未經處理的活性炭，使用硫代氨基脲(TSC)作為添加劑從孕硫代硫酸鹽溶液中回收金。五段吸附后，在最佳條件下可獲得42.6kg/t的載金量，對于含5kg/t金的碳，在24h后，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)脫附劑對金的脫附性能可達95.3%。

　　然而，由于硫代硫酸金浸出系統中通常使用大量的銅作為催化劑，因此不可避免地會導致孕浸出液中銅的含量遠遠高于金的含量。因此，研究硫代硫酸鹽銅的吸附行為并闡明其對硫代硫酸鹽溶液中金回收的潛在影響是有意義的。本文比較研究了硫代硫酸銅和硫代硫酸金配合物在水溶液中對活性炭的吸附行為。采用多種吸附動力學模型擬合吸附過程，闡明硫代硫酸銅和硫代硫酸金在活性炭上的吸附機理。文中還討論了利用活性炭從硫代硫酸鹽溶液中回收金的潛在挑戰。

　　吸附測試材料

　　分析級試劑，包括硫代硫酸鈉、氫氧化鈉、硫酸、銅硫酸根和金標準溶液均來自中國上海國藥化學試劑有限公司(SCRC)。這些吸附試驗中使用的椰殼活性炭是分析級的。掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示了活性炭的微觀結構(圖1)。活性炭具有較大的比表面積(1000−1500m2/g)和清晰的顆粒。

　　圖1：活性炭的微觀結構。

　　吸附動力學

　　用100mL硫代硫酸銅溶液進行銅吸附動力學試驗，初始銅濃度為3g/L。硫代硫酸鹽與銅的摩爾比為8:1。除另有說明外，0.5g活性炭用于吸附試驗。圖2顯示了Cu(S2O3)23−在活性炭上的吸附動力學。活性炭對銅的吸附容量在前1h急劇增加，隨后略有下降并趨于穩定。

　　圖2：Cu(SO2)3配合物在活性炭上的吸附動力學。

　　用初始濃度為50mg/L金的100mL硫代硫酸金溶液進行金吸附試驗。硫代硫酸鹽與金的摩爾比為8:1。除另有說明外，采用1.0g活性炭進行吸附試驗。圖3顯示了金在活性炭上的吸附動力學。活性炭對金的吸附能力在初始階段迅速增加。在吸附時間約為3h時觀察到吸附峰，隨后對金的吸附略有下降，說明金在活性炭上的平衡吸附基本建立。

　　圖3：Au(SO2)3配合物在活性炭上的吸附動力學。

　　活性炭吸附的一些硫代硫酸金配合物可能被還原為金屬金。金屬金一旦形成，就會被硫代硫酸鹽溶解，在溶液中形成Au(S2O3)23−絡合物。因此，硫代硫酸鹽離子還能起到解吸劑的作用，且過量硫代硫酸鹽的含量可能會抑制活性炭對金的吸附能力。對于銅的吸附，過量的硫代硫酸鹽可與銅離子反應生成硫化銅(Cu2S、CuS)，由于硫代硫酸鹽的不穩定性，硫代硫酸鹽本身可分解為單質硫和其他含硫物質。硫或硫化銅的存在可能會占據活性炭的活性位點;因此，碳是有毒的。此外，銅或亞銅離子也可在活性炭上還原為金屬銅，導致對銅的吸附能力下降。

　　潛在的吸附機理

　　圖4顯示了原始活性炭和負載銅和金的活性炭的FTIR光譜。在大約3430、1600和1100cm−1處的峰值分別與O-h、C=O和C-O拉伸振動有關，分別為b。吸附后羰基峰(C=O)基本高于吸附前，對銅的吸附增加更為明顯。對于負載有銅的碳，峰在1100cm−1處幾乎消失，但在1211和1016cm−1處出現了兩個明顯的峰，這被認為是由醚(-c-o-c-)的拉伸振動引起的。2922cm−1的新峰出現在負載金的碳上，可能是烷基(-CH2)基團的拉伸引起的。兩種負載碳在500~600cm−1附近均出現弱吸附峰，對應于S=O或S-O鍵。紅外光譜分析表明，原活性炭中存在的官能團包括羥基(-oh)、羰基(C=O)和氧鍵(-C-O-)。吸附后,羥基(-oh)和羰基(C=O)鍵的強度增加，而銅負載碳的碳氧鍵(-C-O-)幾乎消失。表明金在活性炭上的吸附機理與銅的吸附機理不同。

　　圖4：原活性炭和含銅碳(a)、含金碳(b)的FTIR光譜。

　　活性炭吸附硫代硫酸銅和金的機理

　　(1)在硫代硫酸鹽溶液中，活性炭對銅具有良好的吸附性能，但對金的選擇性較差。當初始銅濃度為3000mg/L、初始pH為8.5和298K時，活性炭對銅的吸附量達到79.04mg/g，比對金的吸附量高2個數量級。硫代硫酸鹽離子的競爭性吸附導致對銅和金的吸附量明顯下降。

　　(2)銅和金的吸附動力學硫代硫酸鹽配合物在活性炭兩者上的吸附符合偽二級模型。的良好的線性相關性表明適應性強的銅吸附等溫線來的Freundlich模型和金吸附等溫線到Langmuir模型。這表明銅吸附是多分子化學吸附，而金的吸附是單分子吸附。

　　(3)FTIR和XPS分析表明，在吸附過程中，Cu和S之間的潛在相互作用可能與活性炭表面活性基團中的C部分形成共價鍵。金在活性炭上的吸附機理與銅的吸附機理不同。

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