活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附硫代硫酸铜和金的机理

　　近年来，研究人员正在努力寻找一种环境可行的选择来替代传统的氰化工艺，传统的氰化工艺被认为对环境和公共安全有害。硫代硫酸盐因其无毒、成本相对较低、浸出效率高而被认为是最有前途的氰化物替代品。使用铜-氨-硫代硫酸盐溶液从矿石或精矿中浸出金已经进行了广泛的研究。为了克服氨对环境的潜在挑战，然而，从硫代硫酸盐浸出溶液中回收金的研究有限。有报道称，使用锌、铁和铜作为胶结剂，氰化金或硫代硫酸金络合物可以还原为金属金。然而，活性炭能否作为吸附剂用于硫代硫酸盐浸出液中金的回收尚存疑问。但是研究结果表明，改性活性炭对金的吸附可能是通过配体交换机制进行的。对于未经处理的活性炭，使用硫代氨基脲(TSC)作为添加剂从孕硫代硫酸盐溶液中回收金。五段吸附后，在最佳条件下可获得42.6kg/t的载金量，对于含5kg/t金的碳，在24h后，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)脱附剂对金的脱附性能可达95.3%。

　　然而，由于硫代硫酸金浸出系统中通常使用大量的铜作为催化剂，因此不可避免地会导致孕浸出液中铜的含量远远高于金的含量。因此，研究硫代硫酸盐铜的吸附行为并阐明其对硫代硫酸盐溶液中金回收的潜在影响是有意义的。本文比较研究了硫代硫酸铜和硫代硫酸金配合物在水溶液中对活性炭的吸附行为。采用多种吸附动力学模型拟合吸附过程，阐明硫代硫酸铜和硫代硫酸金在活性炭上的吸附机理。文中还讨论了利用活性炭从硫代硫酸盐溶液中回收金的潜在挑战。

　　吸附测试材料

　　分析级试剂，包括硫代硫酸钠、氢氧化钠、硫酸、铜硫酸根和金标准溶液均来自中国上海国药化学试剂有限公司(SCRC)。这些吸附试验中使用的椰壳活性炭是分析级的。扫描电子显微镜(SEM)图像显示了活性炭的微观结构(图1)。活性炭具有较大的比表面积(1000−1500m2/g)和清晰的颗粒。

　　图1：活性炭的微观结构。

　　吸附动力学

　　用100mL硫代硫酸铜溶液进行铜吸附动力学试验，初始铜浓度为3g/L。硫代硫酸盐与铜的摩尔比为8:1。除另有说明外，0.5g活性炭用于吸附试验。图2显示了Cu(S2O3)23−在活性炭上的吸附动力学。活性炭对铜的吸附容量在前1h急剧增加，随后略有下降并趋于稳定。

　　图2：Cu(SO2)3配合物在活性炭上的吸附动力学。

　　用初始浓度为50mg/L金的100mL硫代硫酸金溶液进行金吸附试验。硫代硫酸盐与金的摩尔比为8:1。除另有说明外，采用1.0g活性炭进行吸附试验。图3显示了金在活性炭上的吸附动力学。活性炭对金的吸附能力在初始阶段迅速增加。在吸附时间约为3h时观察到吸附峰，随后对金的吸附略有下降，说明金在活性炭上的平衡吸附基本建立。

　　图3：Au(SO2)3配合物在活性炭上的吸附动力学。

　　活性炭吸附的一些硫代硫酸金配合物可能被还原为金属金。金属金一旦形成，就会被硫代硫酸盐溶解，在溶液中形成Au(S2O3)23−络合物。因此，硫代硫酸盐离子还能起到解吸剂的作用，且过量硫代硫酸盐的含量可能会抑制活性炭对金的吸附能力。对于铜的吸附，过量的硫代硫酸盐可与铜离子反应生成硫化铜(Cu2S、CuS)，由于硫代硫酸盐的不稳定性，硫代硫酸盐本身可分解为单质硫和其他含硫物质。硫或硫化铜的存在可能会占据活性炭的活性位点;因此，碳是有毒的。此外，铜或亚铜离子也可在活性炭上还原为金属铜，导致对铜的吸附能力下降。

　　潜在的吸附机理

　　图4显示了原始活性炭和负载铜和金的活性炭的FTIR光谱。在大约3430、1600和1100cm−1处的峰值分别与O-h、C=O和C-O拉伸振动有关，分别为b。吸附后羰基峰(C=O)基本高于吸附前，对铜的吸附增加更为明显。对于负载有铜的碳，峰在1100cm−1处几乎消失，但在1211和1016cm−1处出现了两个明显的峰，这被认为是由醚(-c-o-c-)的拉伸振动引起的。2922cm−1的新峰出现在负载金的碳上，可能是烷基(-CH2)基团的拉伸引起的。两种负载碳在500~600cm−1附近均出现弱吸附峰，对应于S=O或S-O键。红外光谱分析表明，原活性炭中存在的官能团包括羟基(-oh)、羰基(C=O)和氧键(-C-O-)。吸附后,羟基(-oh)和羰基(C=O)键的强度增加，而铜负载碳的碳氧键(-C-O-)几乎消失。表明金在活性炭上的吸附机理与铜的吸附机理不同。

　　图4：原活性炭和含铜碳(a)、含金碳(b)的FTIR光谱。

　　活性炭吸附硫代硫酸铜和金的机理

　　(1)在硫代硫酸盐溶液中，活性炭对铜具有良好的吸附性能，但对金的选择性较差。当初始铜浓度为3000mg/L、初始pH为8.5和298K时，活性炭对铜的吸附量达到79.04mg/g，比对金的吸附量高2个数量级。硫代硫酸盐离子的竞争性吸附导致对铜和金的吸附量明显下降。

　　(2)铜和金的吸附动力学硫代硫酸盐配合物在活性炭两者上的吸附符合伪二级模型。的良好的线性相关性表明适应性强的铜吸附等温线来的Freundlich模型和金吸附等温线到Langmuir模型。这表明铜吸附是多分子化学吸附，而金的吸附是单分子吸附。

　　(3)FTIR和XPS分析表明，在吸附过程中，Cu和S之间的潜在相互作用可能与活性炭表面活性基团中的C部分形成共价键。金在活性炭上的吸附机理与铜的吸附机理不同。

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