تولید مس کاتد به روش الکترووینینگ

تولید مس کاتد به روش الکترووینینگ یکی از مراحل مهم در فرآیند استخراج و تصفیه مس است. این روش معمولاً پس از مرحله لیچینگ (شست‌وشوی سنگ معدن مس با اسید یا حلال‌های دیگر) انجام می‌شود. در این روش، یون‌های مس ($C{u}^{2+}$) از محلول اسیدی به فلز مس خالص ($Cu$) تبدیل می‌شوند. در زیر مراحل کلی تولید مس کاتد به روش الکترووینینگ توضیح داده شده است

مراحل تولید مس کاتد به روش الکترووینینگ

1. تهیه محلول حاوی یون‌های مس:

   • سنگ معدن مس (مانند کالکوپیریت یا مالاکیت) ابتدا طی فرآیند لیچینگ (شست‌وشو) با اسید سولفوریک ($H_{2}S{O}_4$) یا سایر حلال‌ها، به محلول حاوی یون‌های مس ($C{u}^{2+}$) تبدیل می‌شود.

   • محلول حاصل (معمولاً به نام PLS یا Pregnant Leach Solution) حاوی یون‌های مس و ناخالصی‌های دیگر است.

2. تصفیه محلول:

   • محلول حاوی یون‌های مس قبل از ورود به سلول الکترووینینگ، تصفیه می‌شود تا ناخالصی‌هایی مانند آهن، منگنز و سایر فلزات نامطلوب حذف شوند.

   • این مرحله ممکن است شامل فرآیند‌هایی مانند استخراج حلالی (Solvent Extraction) باشد که در آن یون‌های مس از محلول اولیه جدا و به یک محلول غلیظ‌تر منتقل می‌شوند.

3. سلول الکترووینینگ:

   • محلول غلیظ حاوی یون‌های مس ($C{u}^{2+}$) به سلول‌های الکترووینینگ منتقل می‌شود.

   • سلول الکترووینینگ شامل دو الکترود است:

     • کاتد: معمولاً از فولاد ضد زنگ یا مس خالص ساخته می‌شود و مس خالص روی آن رسوب می‌کند.

     • آند: معمولاً از جنس سرب یا آلیاژ سرب-آنتیموان است و در طول فرآیند اکسید می‌شود.

   • با اعمال جریان الکتریکی مستقیم (DC)، یون‌های مس ($C{u}^{2+}$) در کاتد کاهش یافته و به فلز مس ($Cu$) تبدیل می‌شوند:

     $$C{u}^{2+}+2e^{-}\to Cu$$

   • در همین حال، در آند، آب اکسید شده و اکسیژن و یون‌های هیدروژن تولید می‌شوند:

     $$2H_{2}O\to O_2+4H^{+}+4e^{-}$$

4. تشکیل مس کاتد:

   • مس خالص به‌صورت لایه‌ای روی کاتد رسوب می‌کند.

   • پس از چند روز، کاتدها از سلول خارج شده و مس رسوب‌کرده از سطح آن‌ها جدا می‌شود. این مس به‌صورت ورق‌های نازک (کاتد) است و معمولاً خلوص بالایی (بیش از ۹۹٫۹٪) دارد.

5. پالایش نهایی:

   • مس کاتد ممکن است برای افزایش خلوص بیشتر، تحت فرآیند‌های اضافی مانند ذوب و ریخته‌گری قرار گیرد.

مزایای روش الکترووینینگ:

• امکان بازیابی مس از محلول‌های کم‌غلظت.

• تولید مس با خلوص بسیار بالا (بیش از ۹۹٫۹٪).

• سازگاری با فرآیند لیچینگ و استخراج حلالی.

• کاهش آلودگی محیط زیست نسبت به روش‌های سنتی ذوب مس.

معایب روش الکترووینینگ:

• نیاز به انرژی الکتریکی نسبتاً زیاد.

• هزینه‌های اولیه بالا برای تجهیزات سلول‌های الکترووینینگ.

• وابستگی به کیفیت محلول ورودی (نیاز به تصفیه دقیق محلول).

جمع‌بندی:

تولید مس کاتد به روش الکترووینینگ یک فرآیند الکتروشیمیایی است که در آن یون‌های مس از محلول اسیدی به فلز مس خالص تبدیل می‌شوند. این روش به‌طور گسترده در صنایع معدنی برای تولید مس با خلوص بالا استفاده می‌شود و معمولاً پس از فرآیند لیچینگ و استخراج حلالی انجام می‌گیرد