استحصال مس به روش الکترووینینگ

استحصال مس به روش الکترووینینگ (مس کاتدی)

1. اصول فرآیند الکترووینینگ مس

الکترووینینگ مس روشی الکتروشیمیایی برای استحصال مس خالص (99.99%) از محلول سولفات مس است. این روش عمدتاً پس از مرحله لیچینگ اسیدی سنگ معدن اکسیدی یا سولفیدی به کار می‌رود.

2. پارامترهای کلیدی فرآیند

3. واکنش‌های شیمیایی

• کاتد (الکترود منفی):

  $$C{u}^{2+}+2e^{-}\to C{u}_{(s)}(E\mathrm{°}=+0.34V)$$

• آند (الکترود مثبت):

  $$2H_{2}O\to O_2+4H^{+}+4e^{-}(E\mathrm{°}=+1.23V)$$

4. تجهیزات مورد نیاز

• سلول الکترولیز: فایبرگلاس با پوشش PVC

• کاتد: استیل ضدزنگ 316 یا مس خالص شروع‌کننده

• آند: آلیاژ سرب-کلسیم-قلع (Pb-Ca-Sn) یا آندهای MMO

• سیستم گردش: پمپ‌های مقاوم به اسید

• کنترل‌کننده: رکتیفایر با قابلیت تنظیم جریان

5. مراحل عملیاتی

1. تغذیه محلول: محلول غنی از مس (PLS) از مدار لیچینگ

2. تصفیه مقدماتی: حذف آهن و ناخالصی‌ها با تنظیم pH

3. الکترولیز: 7-10 روز در سلول‌های سری

4. برداشت کاتد: هر 5-7 روز یکبار

5. ذوب نهایی: در کوره القایی برای تولید شمش

6. نکات بهینه‌سازی

• افزودنی‌ها:

  • 50-100 ppm کلرید برای بهبود کیفیت رسوب

  • گوار صمغ برای سطح صاف کاتد

• کنترل ناخالصی‌ها:

  • آهن < 3 g/L

  • آرسنیک < 5 g/L

• بازچرخانی الکترولیت: بازیابی اسید و مس باقیمانده

7. مشخصات فنی محصول نهایی

• خلوص: 99.99% Cu (مطابق استاندارد LME Grade A)

• مصرف انرژی: 1.8-2.2 kWh/kg مس

• ضخامت کاتد: 5-7 mm

• ابعاد استاندارد: 1×1 متر با وزن 60-80 kg

8. مقایسه با روش EW/SX (استخراج حلالی + الکترووینینگ)

9. چالش‌های متداول و راهکارها

• شاخه‌ای شدن کاتد: کاهش چگالی جریان یا افزودنی‌های سطحی

• خوردگی آند: استفاده از آلیاژهای سرب پیشرفته

• کاهش خلوص: پیش‌تصفیه بهتر محلول

نکته: در واحدهای کوچک (ظرفیت زیر 10 تن/روز)، هزینه عملیاتی حدود 0.5-0.7 دلار به ازای هر کیلوگرم مس تولیدی است