活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭電凝工藝回收金

　　通過工業(yè)冶金過程回收金的高效率越來越重要，因?yàn)榻鹪诘V體中的濃度很低并且難以提取。在采礦-冶金工業(yè)中，含有活性炭的金屬回收系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗鼈冊(cè)诨厥者^程之前不需要溶液處理。但是活性炭是一種有機(jī)材料，在回收系統(tǒng)中容易磨損和分解，導(dǎo)致細(xì)顆粒損失高達(dá)平均消耗量的41%(40克/噸活性炭)，所以活性炭的強(qiáng)度也是影響金金回收率的重要指標(biāo)。為了更進(jìn)一步防止用于黃金回收系統(tǒng)活性炭的顆粒磨損，本次研究的電凝技術(shù)是提高黃金回收系統(tǒng)中活性炭顆�；厥章实囊环N技術(shù)，它是冶金領(lǐng)域的一項(xiàng)潛在創(chuàng)新技術(shù)，并且可以針對(duì)活性炭上的金回收進(jìn)行操作優(yōu)化。

　　電凝工藝測(cè)試

　　電凝程序的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模批量實(shí)驗(yàn)在水性介質(zhì)中在存在活性炭顆粒的情況下進(jìn)行。使用砂漿減小顆粒尺寸和篩子來篩選實(shí)驗(yàn)尺寸的活性炭顆粒。金吸附程序在1升燒杯中進(jìn)行，磁力攪拌700rpm24小時(shí)。具體來說，將1000mg/L金合成基質(zhì)溶液用2.5克氫氧化鈉堿化。當(dāng)pH值達(dá)到10.5-11時(shí)，將測(cè)試條件調(diào)整為0.5升合成溶液與0.25克不同大小的活性炭顆粒接觸。最終Au濃度在0.106-mm大小的活性炭顆粒中為1.663%，在0.053-mm大小的活性炭顆粒中為1.562%。電凝還使用不同的電極材料(鋁和鐵)進(jìn)行。電極是尺寸為60mm×30mm×2mm(長×寬×厚)的板。電極間距最初為14mm，并在測(cè)試期間減小。

　　在本研究中，電凝工藝的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是在具有不同尺寸的活性炭顆粒的水性介質(zhì)中進(jìn)行的。一旦停留時(shí)間完成，過濾溶液以分離各相。液體的特征在于金屬的存在，固體通過火分析技術(shù)、掃描電子顯微鏡和原子吸收分析進(jìn)行分析，以證實(shí)電極材料和活性炭結(jié)合金的元素濃度。通過田口設(shè)計(jì)在正交系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并通過線性回歸確定變量對(duì)過程的影響。

　　電凝處理后溶液和活性炭的Au分析

　　水性介質(zhì)最終溶液中的元素通過測(cè)定。溶液中存在的元素可以來自電極氧化、活性炭孔隙中的元素提取以及水介質(zhì)中使用的硬水中的元素。在測(cè)試中，由于電凝過程中的廣泛氧化，F(xiàn)e水平低于Fe量化限值(0.01mg/L)。使用0.106毫米大小的活性炭顆粒的電凝工藝在鋁電極上實(shí)現(xiàn)了比鐵電極更均勻的涂層，如750倍和600倍放大率下的活性炭顆粒的SEM圖像所示(見圖1)。活性炭結(jié)果中存在的多元素在王水中消解并通過ICP-OES表征，通過電極的氧化、活性炭顆粒的凝聚和水介質(zhì)硬水中所含金屬的吸附而增加。

　　圖1：使用鐵電極(a)和鋁電極(b)的電凝工藝，活性炭顆粒的SEM表征。

　　活性炭顆粒大小的影響

　　不同尺寸活性炭顆粒中電凝的結(jié)果如圖2所示，它是在EDS函數(shù)中使用SEM進(jìn)行的，它非常精確地說明了不同尺寸顆粒的聚集，被EDS函數(shù)顯示為鋁-氧的物質(zhì)包圍藍(lán)色和橙色，而在淺藍(lán)色的中心，它顯示了碳，作為一個(gè)整體，根據(jù)比例，一個(gè)尺寸接近400微米的活性炭和Al(OH)3的凝塊。延長停留時(shí)間會(huì)增加活性炭對(duì)電凝工藝的暴露。測(cè)量的pH值是用過的水的pH值，電極由鋁制成，在這些測(cè)試中表現(xiàn)最好。如上所述，電流密度取決于施加的電壓、介質(zhì)的電導(dǎo)率以及電極的類型和距離。在電凝過程結(jié)束時(shí)電極質(zhì)量的退化作為參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，當(dāng)電流密度和停留時(shí)間增加時(shí)，電極退化程度越高。第3階段測(cè)試顯示零重量損失，表明活性炭顆粒是固定的。大量凝塊與最終體重的增加直接相關(guān)。在測(cè)試中，最終重量分別比初始重量高出174%和107%，分別是因?yàn)殇X從水性介質(zhì)中沉積出來并且活性炭凝結(jié)。

　　圖2：測(cè)試的SEM和EED說明多分散活性炭顆粒的凝聚。

　　電流強(qiáng)度與金濃度

　　電凝過程是否可以凝結(jié)不同尺寸的活性炭是一個(gè)令人感興趣的話題。因此，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的第3階段將粒度設(shè)置為變量。不同尺寸的活性炭在多分散懸浮液中比相同尺寸的顆粒凝結(jié)得更快，因?yàn)榉浅Ｐ〉念w粒往往會(huì)粘附到較大的顆粒上。這個(gè)概念與我們對(duì)兩種活性炭粒徑的凝結(jié)結(jié)果一致。相反，相同尺寸的顆粒之間的凝聚逐漸導(dǎo)致多分散性，一些顆粒變得比其他顆粒大。因此，當(dāng)活性炭顆粒大小不同時(shí)(如在實(shí)際情況中發(fā)生)，電凝將比活性炭顆粒大小相似時(shí)更有效。在第1階段，發(fā)現(xiàn)帶有鋁電極的電凝優(yōu)于帶有鐵電極的電凝。第一眼就觀察到前者的優(yōu)越性，形成了界限分明的大凝塊。在使用鐵電極的電凝測(cè)試中，活性炭的重量比活性炭的初始質(zhì)量高7-11%。

　　圖3：電流強(qiáng)度與鋁和金濃度(1)的關(guān)系圖，以及電流強(qiáng)度與總累積重量和金濃度(2)的關(guān)系圖。

　　活性炭電凝工藝回收金，使用鐵和鋁電極的電凝工藝在水介質(zhì)中以0.8000±0.001g/L的濃度凝結(jié)了活性炭顆粒，盡管使用鋁電極的電凝工藝在細(xì)顆粒的回收方面表現(xiàn)出更好的性能。顯微SEM圖像顯示了活性炭顆粒上的鐵或鋁沉積物。還觀察到兩個(gè)或多個(gè)顆粒結(jié)合成單一化合物。電凝處理后的粒度總體上大于處理前。映射函數(shù)驗(yàn)證了金在整個(gè)活性炭顆粒中以低濃度均勻沉積，除了在金濃度增加的某些地方。這些地方通常對(duì)應(yīng)于活性炭中的地表下空腔或孔隙。電凝工藝在水性介質(zhì)中的最佳操作條件下活性炭對(duì)金的回收率為96-100%。

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