摘要：介紹了活性炭再生機理，并詳細論述了黃金生產過程中提金用活性炭再生技術現狀、工藝改進及發展趨勢。
0 引言
活性炭是一種由含炭材料制成、外觀呈黑色、內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的微晶質炭素材料，是一種常用的吸附劑、催化劑或催化劑載體。活性炭按原料來源可分為：木質活性炭、果殼活性炭、獸骨/血活性炭、礦物原料活性炭、合成樹脂活性炭、橡膠塑料活性炭等。活性炭按外觀形態可分為：粉狀、顆粒狀、不規則顆粒狀、圓柱形、球形和纖維狀等。活性炭的應用廣泛，其用途幾乎涉及所有的國民經濟部門和人們日常生活，如水質凈化、黃金提取、糖液脫色、藥品針劑提煉、血液凈化、空氣凈化、人體健康防護等。
黃金生產采用的活性炭吸附工藝，對活性炭的種類、活性、孔徑、表面積、孔容積、強度、粒度等都有一定的要求。
吸附金用的活性炭有椰殼炭、杏核炭、桃核炭、橄欖核炭、煤質炭等。椰殼炭和杏核炭的吸附性能大體相當，只是椰殼炭的粒度和強度比杏核炭大些。隨著活性炭生產企業在技術上的突破及原材料因素的影響，椰殼炭得到了更大程度的普及，成為黃金用活性炭的主流，大部分炭漿廠、堆浸廠及含氰廢水回收金工藝都以椰殼炭作為首要選擇。
活性炭在吸附金的同時，在炭的表面和孔隙中會吸附一些無機鹽及賤金屬雜質，主要有鋅、鐵、鈣、銅，它們主要以Zn2Fe(CN)6、ZnCO3。Zn(OH)2、Fe (OH)3、Fe(OH)2、CaCO3、CuCO3。Cu(OH)2等形式存在，同時還會吸附各種機械油、絮凝劑等有機物，從而影響活性炭的吸附活性，使炭的吸附容量和吸附率大大降低，導致活性炭“失活”。由于吸附大量雜質而失去活性的活性炭需要進行活化再生，恢復其吸附能力。
活性炭的再生，就是將失活活性炭經過特殊處理，使活性炭恢復絕大部分的吸附能力，以便重新用于吸附過程，降低生產成本，減少資源的浪費。
1 活性炭再生機理及工藝條件
1.1 活性炭再生機理
活性炭再生是指用物理或化學方法在不破壞活性炭原有結構的前提下，將吸附于活性炭微孔的雜質去除，恢復其吸附性能，以便循環使用。由于活性炭吸附了堿金屬氧化物后，在活性炭再生時起到催化作用，助長了活性炭本身的燃燒，造成炭的損失，而且會使活性炭的孔隙擴大，降低強度。因此活性炭在再生去除有機物前應先經酸洗，以除掉堿金屬氧化物。
一般情況下，失活炭每酸洗3~5個循環后進行一次去除有機物的再生，再返回活性炭吸附工段，不需要每次酸洗后都去除有機物。這樣可減少炭的損失，節約電能，對吸附率也不會造成影響。
活性炭再生的常規生產工藝流程：
失活活性炭→酸洗→水洗→中和→干燥→熱再生→打磨→篩分→再生活性炭
1.2 活性炭去除吸附無機鹽再生工藝及條件
除去無機鹽大多通過酸洗來完成。酸洗主要是通過酸與吸附在炭表面和孔隙中的無機物及賤金屬反應，生成可溶性鹽，然后被水溶除去。
1.2.1 酸洗工藝條件
分別用5%的HNO3(或HCl)、水、1%的NaOH水溶液，各浸泡解吸炭05~1.0h，每換一種溶液都應將前段的溶液排掉，后用2~3倍炭床體積的水沖洗。酸洗一般在常溫下進行，另外, 有文獻介紹采用8g/L的次氯酸鈉和6%的硫酸銨，按體積1:1混合液作再生劑，以氧化那些活性炭上的還原性物質并將銅以銅氨絡合物的形式洗脫下來。
1.2.2 酸洗的影響因素
一般酸洗用稀鹽酸或稀硝酸水溶液，不能用稀硫酸水溶液，因為硫酸與碳酸鈣反應生成微溶于水的硫酸鈣，不能用水洗除。
酸洗時酸的濃度不宜過濃。因為濃酸對活性炭有軟化作用，使解吸炭變軟而易粉碎。當然，酸的濃度也不宜過低，否則將起不到酸洗的目的。同時酸洗時應以浸泡為主，不應進行強烈攪拌，否則也將有過多的細炭產生，造成損失。適當攪拌只是為了使炭與溶液均勻接觸，起到清洗的目的。
酸洗時除用稀酸和水洗外，還要用稀苛性鈉水溶液進行洗滌，一方面可中和酸，另一方面可溶掉堿溶性物質。
1.3 活性炭去除有機物再生工藝及條件
目前，國內外活性炭去除有機物再生成熟的方法為熱再生法，依靠熱分解或氧化還原反應破壞所吸附有機雜質的結構而達到除去吸附質的目的。
1.3.1 去除有機物工藝條件
在活性炭再生過程中，根據加熱到不同溫度時有機物的變化，一般分為干燥、高溫炭化及活化三個階段。
(1)干燥階段：主要去除活性炭所吸附的可揮發有機物成分，如沸點較低的低分子炭氫化合物和芳香族有機物。一般在此階段內所消耗熱量占再生全過程總能耗的50%~70%。
(2)高溫炭化階段(焙燒階段)：使活性炭上吸附的不同熱分解型和難脫附型有機物隨溫度升高，分別以揮發、分解、炭化、氧化的形式從活性炭的基質上消除，同時對殘留在炭表面和孔隙中的游離細炭進行炭化。通常通過此階段，再生炭的活性可恢復到60%~85%。
(3)活化階段：有機物經高溫炭化后，有相當部分炭化物殘留在活性炭微孔中。此時炭化物需用水蒸氣、二氧化碳、氧氣等氧化性氣體進行氣化反應，使殘留炭化物氣化成CO2、CO等氣體，使微孔表面得到清理，恢復其吸附性能。
1.3.2 熱再生的影響因素
要采用自動控制控制再生設備的溫度，以達到技術條件的要求。溫度過低，活性炭活化再生速度很慢；溫度過高,會造成活性炭本身的損耗。
活性炭在設備里的停留時間與設備內溫度和再生氣體的量以及組成有關，操作時可控制再生設備的相關功能區，通過改變給料速度、出料速度或出料裝置間隙來調整。
因為氧氣的氧化能力強，溫度高時易燃燒，因此一般用水蒸氣作為氧化性氣體，活性炭含一定比例的水分是必要的。
2 酸洗設備的應用現狀
2.1 靜態酸浸槽
在酸洗車或槽內用酸溶液浸泡失活炭，定期人工攪拌，然后從底部放水口進入清水進行漂洗。這種方法緩沖和貯運都在同一容器內完成，設備簡單、操作方便，目前，該設備仍大量應用于黃金礦山解吸炭酸洗中，但過程中再生炭產生機械磨損，且人為因素常使酸洗反應不干凈，酸洗及漂洗中和過程分散，酸洗過程中容器敞口，酸氣揮發，污染空氣，操作條件惡劣。
2.2 酸洗攪拌槽
酸洗槽由不銹耐酸鋼板焊制成槽底呈60°角的圓錐槽，方便炭從下部排出。攪拌軸選用不銹鋼材質，對葉輪也采取了防腐措施，葉輪轉速一般在250r/min左右。槽頂封閉，設有通風凈化系統防止HCN等有毒氣體逸出。
槽體的上部有溢流堰，當溶液放滿時可從溢流堰排出。溢流堰處安裝24目不銹鋼篩網，防止活性炭流失。酸洗槽的底部有兩個排放管，一個是排液管，將酸洗后的酸、堿廢液和水排至廢液槽，排液管上方裝有24目不銹鋼篩網，以免使炭隨液體一塊排出；另一個管是排炭管，將酸洗后的再生炭和水一塊排出。這種設備因帶有攪拌裝置，炭機械磨損量較大，但在黃金礦山中較為常用。
2.3 酸液循環槽(柱)
用耐酸泵將酸液從設備底部輸入，促使活性炭床層具有一定程度的流化松散，促使再生炭與反應介質接觸充分，反應產生的氣泡在上升過程中對炭床層具有一定的脈動和混合作用。反應后的酸液由上部溢流堰溢出，返入泵進口，再反復循環，直至設定時間，自動停車。
這種酸洗流程先進之處在于沒有動力攪拌系統，減小了炭的機械磨損，酸液的循環又保證了炭床層內酸度均勻無死角，強化了酸洗效果，提高了酸洗效率。在一些礦山直接利用載金炭解吸柱，在解吸結束后完成下一步酸洗工作，但由于酸液對柱體有一定腐蝕作用，增加了解吸運行過程中的不健康因素；并且柱內CT離子殘留，會加速電解時陽極板的腐蝕，因此，選用設計合理的專用酸洗循環槽還是必要的。
3 活性炭去除有機物再生設備的應用現狀
目前，國內外黃金礦山活性炭去除有機物再生成熟的方法為熱再生法。加熱再生裝置依結構形式分為多層式、回轉式、流化床式、移動床式等。依能源利用形式分為電熱式、燃油式、燃氣式。
在國內外黃金生產中主要有以下幾種工藝及技術應用于活性炭熱再生。
3.1 土法人工作業
早期，小型礦山曾經采用此方法再生活性炭，隨著熱再生設備的技術化、專業化，現在已很少使用。方法是將待再生炭放入大鍋內，裝炭容積大約在容器2/3左右。鍋底部加入木柴、煤、焦炭等燃燒物，或攪入柴油以助燃，也有采用燃油噴爐進行加熱的。由于炭是熱的不良導體，所以在加溫過程中，需要人工翻動。
這種方法處理量小，人工強度大，操作環境不好，對工人身體健康影響明顯，對周圍環境影響比較大，不利于地區生態保護；由于完全是人工方式，受操作者經驗的影響較大，反應溫度及反應時間不易掌握，活性炭要么再生程度不夠，要么灰化多，強度下降明顯。
3.2 再生回轉窯
回轉窯從20世紀80年代前后，在相當長的一段時間內占據著黃金生產領域的活性炭熱再生市場。目前，僅有少數企業仍在生產該設備，技術已定型。回轉窯一般采用電加熱方式，爐體呈臥式。其結構是由回轉筒體、保溫爐體、螺旋加料機、頭部罩、冷卻出料器、爐體傾斜度調節器、機架、電路控制箱等部件組成，電熱元件為硅碳棒。
回轉筒體的頭尾部分別插入頭部罩和冷卻出料器，其結合部分采用端面密封，以保持筒體氣密性。筒體內的水蒸氣有一定的壓力，從頭部罩上的排氣孔排出。加料螺旋的葉片不連續，以保證螺旋加料滿載運輸，保持回轉筒體不與外部相通。回轉筒體與加料螺旋均由滑差電機經擺線針輪減速器帶動，做無級調速，可根據需要任意選擇回轉筒體與螺旋給料機的轉速。
這種設備為連續操作，間接加熱，對活性炭濕度要求不大。該設備對廠房高度要求不高，但占地面積大，生產前期和后期人工強度較大，密封端面有碎炭產生，粉炭在爐腔氣壓作用下外逸，操作環境不好，炭損率高，生產前期和后期不合格炭產量過大，相對電能消耗大，轉動部分龐大，維護不便，不適宜急需少量炭再生作業，非正常停車時，處理煩瑣，易造成設備損壞。
3.3 多層耙式爐
立式多段再生爐，或稱多層耙式爐，主要用于再生粒狀炭，適用于大批量活性炭再生，一般處理能力都大于2t/d。其特點為用天燃氣或油作燃料，水蒸氣活化，由爐項部供炭，用轉動的耙臂將炭推送至下一層，從而完成再生。
這項技術為連續式操作，間接加熱。該技術在美國得到了普遍應用，但其耗能相對較大，灰化率高運行周期長。
3.4 直接電加熱式活性炭再生爐
此類電直接加熱再生爐是基于炭自身電阻隨溫度升高而降低的原理，在炭床兩端加上電極，利用炭自身的導電性對炭床施加一定的電壓使炭發熱。部分設備采用倉壁振動器振動主體炭倉，通過強制放電技術控制能量，使炭粒間強制形成電弧，進行放電。放電過程功能如下：
(1)高溫使活性炭吸附的有機物迅速氣化、炭化。
(2)放電弧隙中的氣體熱游離和電錘效應，使吸附物被瞬間電離分解。
(3)放電形成的紫外線，使炭粒間空氣中的部分氧產生臭氧，對吸附物起放電氧化作用。
(4)吸附水在瞬間成為過熱水蒸氣，與炭化物進行水性氧化反應。
3.4.1 WYS型活性炭再生爐
WYS型活性炭再生爐系中國市政工程西北設計院翁元聲教授的發明專利成（專利號:（CN85100619.A）。繼回轉窯之后，該設備曾在相當長的一段時間占領國內活性炭再生市場。
該成套設備設計工作原理為：380V交流工頻電壓經主變壓器降壓后供給可控硅，經可控硅調壓、整流后經過霍爾電流檢出器及電抗器向再生爐供電。該電流大小受脈沖能極板控制，其脈沖相位可由人工調整，也可由電流反饋進行自動控制。
3.4.2 直接加熱式活性炭再生爐
該設備由長春黃金研究院研制（專利號：96209046.8），爐體分臥式和立式兩種。在爐體相對兩側面平行距離200~300mm處安裝多組石墨板電極，每一側石墨電極并聯。380V的交流電通過硅整流和幾次變壓后，產生的高強度直流電加載在石墨板電極上，對活性炭進行強制放電，形成電弧，使炭在短時間內達到高溫，以此完成再生。
3.4.3 JHR系列電熱式活性炭再生爐
該設備由長春黃金研究院研制（專利號：98249738.5），爐體為立式，石墨電極為上下結構，上部中置。可通過改變上部電極長短，調節再生段炭量，靈活控制直流電流大小，并在一定范圍內可以調節設備產量。
3.4.4 JHRC電熱回轉式活性炭再生設備
該設備由長春黃金研究院研制（專利號：99216756.6），爐體為臥式。石墨電極為環狀結構，通過旋轉加熱段爐體刺激電流水平，調整出炭時間控制合格出炭量。該裝置升溫速度快，溫度波動小，能耗低，設備占地面積小。
3.4.5 立式恒流電加熱活性炭再生設備
該設備是由JHR電熱式活性炭再生爐改制而成，改變壓器變壓為恒功率控制板控制可控硅，改炭加熱自激為他激式，減小升溫時間。其它方面與HR系列電熱式活性炭再生爐相同。
3.4.6 強制放電熱式活性炭再生設備
南非明泰克（Mintek）公司的minfurn強制放電熱式活性炭再生設備，內層為陶瓷簡體，外層為纖維絕緣層，通過石墨塊、石墨棒與石墨電極加熱活性炭，通入水蒸氣完成再生過程。
這類直接電加熱式活性炭再生設備大多為連續式操作，間接加熱，炭損率低，能耗也低。據文獻介紹電耗值是多層耙式爐能耗的1/7，是熱回收移動床再生爐能耗的1/5，是熱不回收移動床再生爐能耗的1/10，是直接通電式二段爐能耗的1/2。其缺點是不適用于再生導電性較差的活性炭，如煤質炭，且運行條件不宜控制，如炭受熱不均造成碘值恢復率低。當炭酸洗不干凈時，殘留的無機鹽及堿金屬氧化物會在高溫下損毀耐火磚，使炭熔融在耐火磚上，引發電氣短路，而電極有時也會因直接放電電弧短路而燒損，并造成炭燒結。直接加熱式活性炭再生爐由于電控技術不完善，自動控制系統經常損壞，而大多數礦山根本沒有維修微電設備的能力，造成設備改由手動控制，設備優點不復存在。該技術在節能自控方面有很好的市場前景，但現在仍有許多缺陷有待完善。
3.5 微波再生爐
用于再生工藝的工業微波頻率為970MHz及2450MHz兩種超短波，由磁控管產生，采用多個微波發生單元組成組合，經微波爐內金屬器壁多重反射后對介質中的水分子產生作用，使被加熱物體內含的水分子在變頻場的作用下，摩擦生熱。
微波類設備對于電壓要求很嚴格，只有電壓在工頻電壓之上時，微波爐才能正常工作，加熱效果理想。電壓低于工頻電壓，微波爐就會出現雖然設備在運轉，但被加熱物質冷態的不加熱現象。電壓對微波類設備影響之大是由于微波的工作原理決定的，微波發射系統的磁控管只有吸收到4000V直流電壓才能產生達到振蕩頻率的微波，正常啟動加熱。如果電壓不穩定，變壓器吸收不足工頻電壓，就無法提供足夠高壓，高壓電容器和高壓二極管也就無法提供磁控管工藝要求的直流電，從而影響微波加熱速度和正常的效果。
微波類設備啟動電流大，是正常工作電流的6倍。一般700W的微波爐輸入功率是1200W，而900W的微波爐輸入功率是1400W，啟動電流在10A左右。
微波設備屬間歇性生產，直接加熱。其優點是處理能力大，升溫快，熱效率高，裝置體積小，自身無明火，無煙塵，無有害氣體產生，對周圍環境不產生熱輻射。缺點是爐膛內加熱不易均勻（微波能量吸收不均勻），有時產生炭燒結現象。此外，微波輻射需要較好的屏蔽，當漏能功率大于0.01W/cm3，接觸時間在6min以上時，對人體的健康就有損害。在微波產生、輸送過程中，磁控管本身消耗30%~40%的功率。微波再生設備對于電壓要求嚴格，啟動電流大，沖擊能力強；受水蒸氣和炭中易混入的金屬碎屑作用，微波管易損壞，維護不易，維修成本過高，通常礦山難以承受。微波再生技術在加拿大大馬爾公司得到了工業應用，在國內還僅處于工業試驗階段。
3.6 JHR-O系列燃油式活性炭再生爐
長春黃金研究院研制的JHR-O系列活性炭再生爐（專利號：02273220.9），是國內首先創造的以柴油為熱源的活性炭再生設備，立式爐體，螺旋給料，充分利用熱能對炭進行預加熱。自動控制炭位進料，溫度、時間雙量三重控制出炭，保證再生炭質均衡。采用雙重溫度控制熱源，準確掌握再生條件，保證再生指標。產品定型幾年來，已占據了國內大部分黃金市場份額，并已成功介入其它應用領域。
該設備為連續運行，間接加熱，炭損率低，能耗低，設備升溫速度快，處理能力大，運行全自動化控制，人工干涉少，活性炭含水率的多少不影響再生效果，對炭的種類及炭粒度的大小使用無局限性，是目前黃金礦山活性炭去除有機物再生領域比較先進和成熟的技術設備。
4 活性炭去除有機物再生的新技術進展
活性炭去除有機雜質再生技術有熱再生法、化學藥品再生法、電化學再生法、光催化再生法、超臨界萃取再生法、生物再生法、臭氧氧化再生法、氧化分解再生法、濕式氧化法、微波輻射再生法和浮選再生法等。目前，國內黃金礦山企業活性炭有機雜質去除再生領域仍以熱處理再生為主。市場的需求使得眾多有識之士投入大量技術和精力加入到活性炭再生方法研究當中，其它行業炭再生技術的發展也帶動了黃金用活性炭再生技術的進步。
在活性炭熱再生領域，南京環科公司正在研制超聲波再生技術；東北林業大學正在研制活性炭遠紅外輻射再生爐；興昌鋼鐵股份有限公司正在研制廢棄活性炭在真空狀態下再生活化的裂解設備，不僅適合顆粒炭的再生，也適用于粉炭的再生。
在其它活性炭再生方法中，技術先進的有有機溶劑再生法：采用乙醇、丙酮甲醇和四氫呋喃等有機溶劑，萃取吸附在活性炭上的吸附質，再氣提活性炭上殘余的有機溶劑，完成再生。上海環境科學研究所提出了超臨界CO2萃取再生理論，在活性炭濕式再生技術領域取得了技術性突破。超臨界流體萃取法源于臨界狀態氧化原理，CO2在常溫下為氣體，臨界溫度31.05℃，臨界壓力7.29 MPa（7.29kg/cm2），臨界體積94ml/mol。在臨界狀態下，CO2的密度可以達到0.468kg/L。由于溫度相對較高，高密度的臨界狀態CO2黏度很小，具有溶解許多有機物的性能，可以浸入到活性炭的微孔之中，把活性炭吸附的有機物溶解出來，使活性炭得以再生。溶解了有機污染物的臨界狀態CO2，只要脫離臨界狀態，立即變成氣體，與萃取出來的有機物分離。
在國外也進行著活性炭生物再生法的研究。利用經過馴化培養的菌種處理失效的活性炭，使吸附在活性炭上的有機物降解并氧化分解成CO2和H2O恢復活性炭吸附性能。這種利用微生物再生活性炭的方法，僅適用于吸附易被微生物分解的有機物的活性炭而且分解反應須干凈，即有機物被分解為CO2和H2O否則有被活性炭再吸附的可能。如果處理水中含有生物難降解或難脫附的有機物，則生物再生效果將受影響。
還有學者提出濕式氧化法的理論，將活性炭升溫至200℃~250℃，通入空氣加壓至(300~700)×104Pa，在反應塔內被活性炭吸附的有機物在高溫高壓下氧化分解，使活性炭得到再生。
電解氧化法：利用電解時產生的新生態[O]、[C]等強氧化劑，使活性炭吸附的有機物氧化分解。但在實際運行中，存在金屬電極腐蝕、鈍化、絮凝物堵塞等問題。而不溶性電極—石墨存在體積大、電阻高、耗電大等缺點。
以上方法因為工藝技術還不完善，目前還處在可行性研究階段，尚未在工業中應用。但隨著時間的推移、研究的深入、技術的進步，必然會有節能、便捷的活性炭再生新設備應用到生產實踐中。
5 結語
活性炭再生設備及方法的優劣主要體現在：活性炭吸附性能恢復率、損失率、強度、能量消耗、輔料消耗、再生溫度、再生時間、對人體和環境的影響、設備及基礎投資、操作管理檢修的繁簡程度等諸多方面。再生后的活性炭通常吸附性能可恢復95%以上，損耗率5%以內，能滿足黃金吸附的技術要求。在目前黃金生產中，有機物與無機鹽的去除設備呈現出不平衡的態勢。企業往往投入了大量的資金在相對落后和笨重的熱再生設備上，雖達到了處理效果，卻消耗了大量的能源和人力。在酸洗方面又往往得不到重視，大部分礦山仍停留在采用靜態酸浸槽層面上。
環保和經濟問題是推動活性炭再生技術應用和發展的主要動力。如何低成本、簡單可行地應用到工業生產實踐中，成為今后各種活性炭再生技術發展和研究的主要方向。只有為生產工業減廢、防治污染、資源回收及經濟效益等方面帶來明顯的收益，黃金生產企業才會積極熱情地投入到新設備、新產品的應用和現有設備的技術改造中，并帶動活性炭再生技術在更多的礦山企業應用和發展。