改性活性炭及改性壳聚糖用于吸附硫代硫酸盐溶液中Au(Ⅰ)的性能研究摘要
硫代硫酸盐提金方法具有浸出试剂无毒、对环境友好、试剂价格低廉、浸出速率快、浸出率高且对复杂金矿能有效浸出等优点引起业界广泛关注。但与氰化物法相比较,硫代硫酸盐浸金液中的金很难被有效地回收,使其工业化应用受到阻碍。本文研究从硫代硫酸盐提金液中有效回收金的方法可推动该提金方法的工业化应用。本文合成了改性活性炭(AC-SH)与改性壳聚糖(CTS-SCN)两种吸附剂并用于吸附硫代硫酸盐溶液中的金。对AC-SH与CTS-SCN的合成条件进行了探索,当2-巯基苯并噁唑(MBO)与活性炭(AC)的质量比为1:10时,在160℃下加热3 h合成的AC-SH能达到较好的吸附效果;当硫氰酸铵(SCN)与壳聚糖(CTS)的质量比为3:10时,在120℃下加热8 h合成的CTS-SCN具有较好的吸附效果,对影响AC-SH、CTS-SCN的吸附性能的因素如吸附时间、吸附温度、溶液初始p H、硫代硫酸盐浓度、溶液初始Au(Ⅰ)浓度进行了考察,结果表明AC-SH、CTS-SCN分别吸附24 h、10 min后基本达到吸附平衡,AC-SH吸附率随温度的升高而升高,说明AC-SH吸附硫代硫酸盐溶液中的金是一个吸热过程,而CTS-SCN吸附回收率随温度的升高而降低,是一个放热过程;AC-SH、CTS-SCN分别在溶液p H为9、6时吸附效果较佳;AC-SH、CTS-SCN对[Au(S2O3)2]3-的吸附率随硫代硫酸盐浓度的升高而降低;随着金初始浓度的升高,AC-SH及CTS-SCN的金负载量均增大。利用FT-ⅠR、SEM-EDS、BET及XPS等方法对改性及吸附前后的AC-SH、CTS-SCN进行表征。结果显示,MBO是通过物理吸附的方式附着在活性炭表面,NH4SCN与壳聚糖表面的氨基发生了化学反应生成了—N—C(=S)—NH2基团;SEM-EDS分析表明AC-SH及CTS-SCN吸附后出现了金的元素峰,说明AC-SH及CTS-SCN均能吸附硫代硫酸盐溶液中的金;BET结果表明AC-SH及CTS-SCN属于介孔材料;XPS谱图分析表明AC-SH是通过其上S—S官能团与金络合吸附金,吸附后Au(Ⅰ)的价态未发生改变,CTS-SCN则先吸附[Au(S2O3)2]3-络离子,然后其上的氨基将Au(Ⅰ)还原为Au(0)。Langmuir等温模型能很好的描述AC-SH和CTS-SCN吸附硫代硫酸盐溶液中Au(Ⅰ)的过程,说明吸附是均匀的单层吸附过程,金的吸附回收率取决于吸附位点的数量和AC-SH的材料性质。伪二级动力学模型能很好的描述AC-SH吸附硫代硫酸盐溶液中Au(Ⅰ)的过程,说明AC-SH吸附是一个化学吸附过程。热力学测试表明AC-SH吸附硫代硫酸盐溶液中金的ΔGθθ=33.46 k J/mol和ΔSθ=120 J/(mol·K),说明反应能自发进行,且是一个吸热和熵增的过程。研究了杂质(如Cu2+、NH3、en、Cu2+-NH3、Cu2+-en等物质)对AC-SH吸附Au(Ⅰ)的影响。发现Cu2+对AC-SH的金吸附性能具有抑制作用,而NH3和en对AC-SH吸附金的速率具有促进作用,且能抑制Cu2+的负面影响。分别探讨了载金AC-SH、CTS-SCN的解吸方法,发现较高浓度的硫代硫酸钠、亚硫酸钠溶液能将载金AC-SH、CTS-SCN上的大部分金解吸下来,对AC-SH吸附-解吸-吸附循环(解吸后未对AC-SH进行任何再生处理)进行研究结果显示经过五次吸附-解吸循环后AC-SH仍然具有67%的金回收率。以上研究结果,为硫代硫酸盐提金工艺的发展与应用提供了实验和理论参考。
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