مراحل کلی الکترووینینگ

مراحل کلی فرآیند الکترووینینگ (Electrowinning)

الکترووینینگ یک فرآیند الکتروشیمیایی برای استحصال فلزات از محلولهای حاوی یونهای فلزی است. این فرآیند شامل مراحل اصلی زیر میشود

:

1. آماده سازی محلول حاوی یون فلز (Feed Preparation)

• لیچینگ سنگ معدن:

  • سنگ معدن خرد شده تحت عملیات لیچینگ (شستشوی شیمیایی) قرار میگیرد.

  • برای طلا: معمولاً از سیانید سدیم (NaCN) استفاده میشود.

  • برای مس: از اسید سولفوریک (H₂SO₄) استفاده میشود.

  • برای نیکل: از اسید سولفوریک یا آمونیاک استفاده میشود.

• بازیافت از ضایعات:

  • در مورد ضایعات الکترونیکی، ابتدا خردسازی و سپس لیچینگ انجام میشود.

2. تصفیه محلول (Solution Purification)

• حذف ناخالصیها:

  • فیلتراسیون برای جداسازی ذرات جامد.

  • تبادل یونی یا سمنتاسیون برای حذف فلزات مزاحم (مثل آهن، روی).

• تنظیم pH و غلظت:

  • برای طلا: pH بین 10-11 (محیط قلیایی)

  • برای مس و نیکل: pH اسیدی (~2-3)

3. انتقال محلول به سلول الکترولیز (Electrolytic Cell Loading)

• محلول تصفیه شده به سلول الکترووینینگ منتقل میشود.

• سلول مجهز به:

  • کاتد (الکترود منفی): معمولاً از فولاد ضدزنگ، تیتانیوم یا فلز خالص (مس/نیکل)

  • آند (الکترود مثبت): گرافیت، سرب-کلسیم یا آندهای کاتالیستی (DSA)

4. اعمال جریان الکتریکی (Electrolysis)

• جریان مستقیم (DC) با ولتاژ کنترل شده اعمال میشود.

• واکنشهای اصلی:

  • کاتد (احیاء): یونهای فلزی الکترون گرفته و به فلز خالص تبدیل میشوند.

    • مثال برای مس:

      $$C{u}^{2+}+2e^{-}\to C{u}_{(s)}$$

  • آند (اکسیداسیون): معمولاً تجزیه آب اتفاق میافتد.

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

5. رشد فلز روی کاتد (Metal Deposition)

• فلز مورد نظر به صورت لایهای روی کاتد رسوب میکند.

• زمان عملیات از چند ساعت تا چند روز بسته به غلظت محلول و جریان اعمالی.

6. برداشت محصول (Harvesting)

• طلا: به صورت پودر یا اسفنجی از کاتد جدا میشود.

• مس: به صورت صفحات مس کاتدی (خلوص >99.99%) برداشت میشود.

• نیکل: به صورت ورق یا پودر جمعآوری میشود.

7. تصفیه نهایی (Final Refining)

• در برخی موارد فلز برداشت شده نیاز به ذوب و قالبگیری دارد.

• برای طلا ممکن است عملیات تکمیلی مانند تیزابکاری انجام شود.

8. بازیابی الکترولیت (Electrolyte Recycling)

• محلول باقیمانده به سیستم بازگردانده میشود.

• ممکن است نیاز به تنظیم مجدد غلظت یا pH داشته باشد.

نمودار جریان فرآیند الکترووینینگ

[خردایش سنگ معدن] → [لیچینگ] → [تصفیه محلول] → [سلول الکترولیز]
      ↑                                      ↓
[ضایعات الکترونیکی]                  [فلز خالص]
                                      ↓
                              [ذوب و قالبگیری (در صورت نیاز)]

ملاحظات مهم در الکترووینینگ

1. کنترل دما: معمولاً بین 40-70°C نگه داشته میشود.

2. کنترل چگالی جریان:

   • طلا: 10-50 mA/cm²

   • مس: 200-300 A/m²

   • نیکل: 150-250 A/m²

3. جریان هوا: در برخی سیستمها برای همزدن محلول استفاده میشود.

این فرآیند به ویژه برای واحدهای کوچک معدنی مناسب است چون:

• نیاز به سرمایهگذاری اولیه نسبتاً کمتری دارد

• امکان بازیافت فلزات از منابع کم عیار را فراهم میکند

• نسبت به روشهای پیرومتالورژی انرژی کمتری مصرف میکند