استحصال فلزات طلا، مس و نیکل به روش الکترووینینگ

استحصال فلزات طلا، مس و نیکل به روش الکترووینینگ (Electrowinning)

الکترووینینگ یک روش الکتروشیمیایی برای استخراج فلزات از محلولهای حاوی یونهای فلزی است. این روش به ویژه برای فلزات ارزشمندی مانند طلا، مس و نیکل کاربرد دارد و در صنایع معدنی کوچک و متوسط به دلیل راندمان بالا، هزینه عملیاتی پایین و سازگاری با محیط زیست مورد استفاده قرار میگیرد

۱. مراحل کلی الکترووینینگ

1. تهیه محلول حاوی یون فلز (از طریق لیچینگ سنگ معدن یا بازیافت ضایعات).

2. تصفیه محلول (حذف ناخالصیها برای افزایش خلوص فلز نهایی).

3. الکترولیز (استخراج فلز روی کاتد با استفاده از جریان مستقیم).

4. جمعآوری فلز رسوب کرده (خرد کردن، ذوب و قالبگیری در صورت نیاز).

---

۲. استحصال طلا به روش الکترووینینگ

موارد استفاده:

• بازیافت طلا از محلولهای سیانیدی پس از لیچینگ.

• استخراج طلا از ضایعات الکترونیکی.

شرایط فرآیند:

• الکترولیت: محلول سیانید طلا (Au(CN)₂⁻) یا تیزاب سلطانی (بسته به منبع).

• کاتد: فولاد ضدزنگ یا تیتانیوم.

• آند: گرافیت یا تیتانیوم پوشش داده شده با اکسید فلز (DSA).

• چگالی جریان: ۱۰–۵۰ mA/cm².

• بازدهی: ۹۵–۹۹%.

واکنشهای شیمیایی:

• کاتد:

  $${\text{Au(CN)}}_2^{-}+e^{-}\to \text{Au}+2{\text{CN}}^{-}$$

• آند (اکسیداسیون آب):

  $$2{\text{H}}_2\text{O}\to 4{\text{H}}^{+}+{\text{O}}_2+4e^{-}$$

مزایا:

✅ امکان استخراج طلا از محلولهای کم عیار.
✅ کاهش مصرف مواد شیمیایی در مقایسه با روشهای قدیمی.

---

۳. استحصال مس به روش الکترووینینگ

موارد استفاده:

• تولید مس کاتدی از محلول اسید سولفوریک پس از لیچینگ سنگ معدن.

• بازیافت مس از ضایعات الکترونیکی.

شرایط فرآیند:

• الکترولیت: محلول سولفات مس (CuSO₄) + اسید سولفوریک (H₂SO₄).

• کاتد: صفحات استیل ضدزنگ یا مس خالص.

• آند: آندهای غیرقابلحل (سرب یا آلیاژهای سرب-کلسیم).

• چگالی جریان: ۲۰۰–۳۰۰ A/m².

• بازدهی: ۹۰–۹۸%.

واکنشهای شیمیایی:

• کاتد:

  $${\text{Cu}}^{2+}+2e^{-}\to \text{Cu}$$

• آند:

  $${\text{H}}_2\text{O}\to \frac{1}{2}{\text{O}}_2+2{\text{H}}^{+}+2e^{-}$$

مزایا:

✅ تولید مس با خلوص بالا (۹۹٫۹۹٪).
✅ کاهش هزینههای انرژی نسبت به ذوب.

---

۴. استحصال نیکل به روش الکترووینینگ

موارد استفاده:

• استخراج نیکل از محلولهای سولفات یا کلرید پس از لیچینگ سنگ معدن.

• بازیافت نیکل از باتریهای مستعمل.

شرایط فرآیند:

• الکترولیت: محلول سولفات نیکل (NiSO₄) + اسید بوریک (H₃BO₃).

• کاتد: فولاد ضدزنگ یا نیکل خالص.

• آند: تیتانیوم پوشش داده شده با اکسیدهای فلزی (DSA).

• چگالی جریان: ۱۵۰–۲۵۰ A/m².

• بازدهی: ۸۵–۹۵%.

واکنشهای شیمیایی:

• کاتد:

  $${\text{Ni}}^{2+}+2e^{-}\to \text{Ni}$$

• آند:

  $$2{\text{H}}_2\text{O}\to {\text{O}}_2+4{\text{H}}^{+}+4e^{-}$$

مزایا:

✅ امکان بازیافت نیکل از منابع ثانویه (باتریها و ضایعات صنعتی).
✅ کاهش آلودگی محیطزیست در مقایسه با روشهای پیرومتالورژی.

---

۵. مقایسه الکترووینینگ طلا، مس و نیکل

پارامتر	طلا	مس	نیکل
الکترولیت	سیانید یا تیزاب	سولفات مس + اسید سولفوریک	سولفات نیکل + اسید بوریک
کاتد	فولاد ضدزنگ/تیتانیوم	مس خالص/استیل	نیکل خالص/استیل
آند	گرافیت/DSA	سرب-کلسیم	DSA
چگالی جریان	۱۰–۵۰ mA/cm²	۲۰۰–۳۰۰ A/m²	۱۵۰–۲۵۰ A/m²
بازدهی	۹۵–۹۹٪	۹۰–۹۸٪	۸۵–۹۵٪

---

۶. چالشهای الکترووینینگ و راهکارها

الف) مصرف انرژی بالا

• راهکار: استفاده از آندهای کاتالیستی (مثل DSA) برای کاهش ولتاژ سلول.

ب) آلودگی سیانید (در استحصال طلا)

• راهکار: جایگزینی روشهای غیرسیانیدی (تیوسولفات یا هیپوکلریت).

ج) ناخالصیهای محلول (آهن، روی و ...)

• راهکار: پیش تصفیه محلول با تبادل یونی یا سمنتاسیون.

---

۷. نتیجه گیری

• الکترووینینگ یک روش مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست برای استحصال طلا، مس و نیکل است.

• این روش در مقیاس کوچک و متوسط نیز قابل اجراست و برای معدنکاران خرد مناسب است