吸附活性炭酸洗系统的设计与改进

【摘 要】 经解析后的活性旧炭，需酸洗后才能恢复期吸附氰化合金的能力，目前国内传统的洗炭酸装置存在人为因素影响大，酸洗反应不彻底等问题，本文主要介绍了，自行设计的酸洗柱的原理及通过试验证明新的酸洗柱的优越性。

【关键词】 吸附速率 活性炭 金

1 前言

活性炭作为金的吸附载体，以其良好的吸附性和可重复利用性，现被黄金矿山广泛用于金氰化络合物溶液的捕收富集。但在炭吸附金的过程中，溶液中的Ca2+、Mg2+易生成碳酸盐等沉淀，依附在活性炭表面；此外，由于活性炭的特殊吸附性能致使含金贵液中的无机或有机杂质也被吸附其中，当无机盐沉淀及其他杂质含量积累到一定程度时，会抑制活性炭对金氰化络合物的吸附。为了保证活性炭的吸附效果[1]，黄金矿山一般都会在炭吸附前，对新炭用清水清洗并机械打磨菱角，对解析后的旧炭进行酸洗再生，然后返回吸附流程循环使用。

2 传统洗炭工艺现状

传统的酸洗炭工艺是采用浓度约5%的硝酸或盐酸溶液浸泡，然后从底部放水口接入清水进行漂洗，以去除无机杂质，恢复活性炭的吸附能力。这种工艺的所有操作都在同一容器内完成，具有设备简单、操作方便等优点。但也存在着以下不足之处：（1）人为因素常使酸洗反应不彻底，肉眼可见白色碳酸钙物质附着在洗后的炭表面；（2）在清水漂洗过程中，细粉炭易夹在粗炭中成为吸附炭，吸附时载金细炭易跑出吸附柱外，造成炭的损失和金的流失；（3）洗炭柱呈敞口状态，酸洗过程中酸气挥发，造成空气污染，恶化员工操作环境；（4）在洗出炭口的炭人工清洗不彻底，洗出的炭呈酸性，不利于保存；（5）酸洗水不能重复利用，且污染环境。

3 改进后的活性炭酸洗柱系统装置

装置原理：

酸洗柱结构原理示意图如图1所示。将吸附炭装入酸洗柱中，用耐酸泵将一定浓度的盐酸溶液从酸洗柱的底部输入，使活性炭床层具有一定程度的流化松散，并使炭所含碳酸盐等无机杂质与酸进行充分的化学反应。反应产生的气泡在上升过程中对炭床层具有搅拌作用，而活性炭颗粒受重力、气泡夹带及上升液流的综合作用，在一定范围内上下脉动和混合成不规则运动；炭颗粒相互碰撞，对磨去炭菱角有一定的作用。反应后的酸液由上部溢流堰溢出返回贮酸槽，再利用耐酸泵输送至酸洗柱，如此反复多次循环，至反应彻底完成后进行漂洗。漂洗时利用与吸附塔水压相同的上升弱碱水漂洗炭床层，进出口装有贵液吸附塔内的花管网，至溢流水为弱碱性完成活性炭的酸洗活化，活性炭在特定的水压和筛网下得到充分筛选。充分酸洗后，打开卸炭口，活性炭从下面单口自流排出。所得的活性炭提高了吸附活性，得到了吸附塔中所需炭的合理粒级和强度。

理论分析：

上升酸溶液速度的计算是炭酸洗柱设计的关键。首先上升液流必须能使吸附炭床层具有一定程度的松散层的，因此起始流化速度应该作为上升液流速度设定的参考值。

起始流化速度计算

起始流化速度可采用固定床压降的厄贡（Ergun）公式[2]计算。即：

将以上数值代入，解得流体的表观起始流化速度为14.9mm/s。酸溶液与活性炭所吸附的碳酸盐杂质发生化学反应形成大量气泡，气泡在上升过程中夹带解吸炭颗粒，使炭床层发生搅动。因此不需要解吸炭粒床层完全流化，而只需床层部分流化就可保证床层中的颗粒呈松散状态，气泡周围的活性炭颗粒在重力、气泡及上升液流的综合作用下，在一定范围内上下脉动；同时气泡对颗粒的夹带可造成吸附炭颗粒更大范围的混合。

4 传统与新工艺的洗炭系统实验参数对比

传统工艺洗炭实验，取旧炭均匀缩分成5组，每组50g，分别放入浓度为2%，3%，4%，5%，6%的稀盐酸溶液中浸泡0.5h，再用清水清洗；新工艺洗炭实验，用一段小塑料管装炭，两端用细网封口，用水泵将不同浓度盐酸溶液从低下输入，溶液自上端流出，如此循环，将缩分好的5组旧炭放入管内酸洗0.5h，再用清水洗至溶液成中性。最后将不同工艺洗好的炭放入相同金品位的溶液浸泡4h，计算吸附速率，试验结果见下表1。

为提高生产速率，实际生产中通常不会等到炭吸附完全饱和之后才卸炭，洗炭的目的主要是提高活性炭的吸附速率，一般情况下，旧炭经酸洗后，炭的吸附容量都能满足生产上的要求，因此这里只考查了酸洗后炭的吸附速率。

由表1可知，相同酸浓度下采用新工艺酸洗炭后，炭的吸附速率均大于传统工艺。试验过程中发现，新工艺洗炭所需的时间更短清洗更彻底，而传统工艺洗后的炭表面仍有肉眼可见的白色物质。

新工艺洗炭装置在实际生产中是可行的，但酸浓度不能太高，浓酸易软化活性，降低炭的强度，使解吸炭变软而易粉碎；酸的浓度也不宜过低，否则将起不到酸洗的目的，最佳洗炭的盐酸浓度应为5%。

5 结语

新工艺活性炭酸洗系统所需的酸洗流速为14.9mm/s，盐酸浓度5%。酸洗旧炭的目的在于除去灰分无机盐等杂质，水洗则主要是中和剩余的酸，去除碳酸离子等。与传统的酸洗装置相比，新工艺所采用的酸洗装置酸洗时间更短，酸洗液可多次循环使用，活性炭的吸附能力更高，操作简单，且更环保。

作为辅助流程的活性炭酸洗系统，酸洗后活性炭的好坏，将直接影响炭吸附过程中的炭损和金损。因此，改进炭酸洗装置对于完善酸洗炭系统、提高金回收率等具有重要作用，同时将为黄金矿山带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]长春黄金研究所编译.树脂矿浆法与炭浆法[M].沈阳：东北工学院出版社，1992.

[2]Ergun S.Fluid flow through Packed Columns[J].Chem. Eng.Progr.1952，48：89～94.

[3]韦鲁滨，边炳鑫.矿物分离过程动力学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2002.

[4]杨保东，李柱国，董浩升.新型活性炭酸洗再生系统的设计与应用[J].黄金，2006，11（27）：41～43.

[5]陈仁辉.吸附黄金用的活性炭[J].炭素，1993，2：40～48.