الکترووینینگ مس، روی، نیکل، کبالت و طلا

الکترووینینگ مس، روی، نیکل، کبالت و طلا: روش‌ها و شرایط عملیاتی

الکترووینینگ (Electrowinning) یک فرآیند الکتروشیمیایی برای استخراج فلزات از محلول‌های حاوی یون‌های فلزی است. در این روش، یون‌های فلزی با عبور جریان مستقیم (DC) از الکترولیت، روی کاتد کاهش یافته و به صورت فلز خالص رسوب می‌کنند. در ادامه، به بررسی الکترووینینگ مس، روی، نیکل، کبالت و طلا پرداخته می‌شود.

---

1. الکترووینینگ مس (Cu)

کاربردها:

• تولید مس کاتدی از محلول‌های اسید سولفوریک (حاصل از لیچینگ سنگ‌های اکسیدی یا سولفیدی).

• بازیابی مس از محلول‌های استخراج با حلال (SX-EW).

شرایط عملیاتی:

• الکترولیت: محلول CuSO₄ + H₂SO₄ (غلظت مس: ۳۰-۵۰ گرم بر لیتر، اسید سولفوریک: ۱۵۰-۲۰۰ گرم بر لیتر).

• آند: آندهای نامحلول از جنس سرب-آنتیموان (Pb-Sb) یا آلیاژ تیتانیوم پوشش‌دار با اکسیدهای فلزی (MMO).

• کاتد: صفحات استیل ضدزنگ یا مس خالص به عنوان استارتر.

• چگالی جریان: ۲۰۰-۳۵۰ A/m².

• بازدهی جریان: ۸۵-۹۵%.

• ولتاژ سلول: ۲-۲٫۵ ولت.

چالش‌ها:

• تشکیل ناخالصی‌های آرسنیک و آنتیموان در مس کاتدی.

• خوردگی آندهای سربی و نیاز به تعویض دوره‌ای.

---

2. الکترووینینگ روی (Zn)

کاربردها:

• تولید روی از محلول‌های سولفات روی پس از عملیات لیچینگ و تصفیه.

شرایط عملیاتی:

• الکترولیت: ZnSO₄ + H₂SO₄ (غلظت روی: ۴۰-۶۰ گرم بر لیتر، اسید سولفوریک: ۱۰۰-۲۰۰ گرم بر لیتر).

• آند: آندهای سرب-نقره (Pb-Ag) یا تیتانیوم پوشش‌دار (MMO).

• کاتد: صفحات آلومینیومی یا استیل ضدزنگ.

• چگالی جریان: ۳۰۰-۶۰۰ A/m².

• بازدهی جریان: ۸۰-۹۲%.

• ولتاژ سلول: ۳٫۳-۳٫۸ ولت.

چالش‌ها:

• مصرف انرژی بالا به دلیل پتانسیل کاهش بالای روی.

• حساسیت به ناخالصی‌هایی مانند کبالت، نیکل و آهن که باعث کاهش کیفیت روی می‌شوند.

---

3. الکترووینینگ نیکل (Ni)

کاربردها:

• تولید نیکل خالص از محلول‌های سولفات یا کلرید نیکل.

شرایط عملیاتی:

• الکترولیت: NiSO₄ + H₃BO₃ (اسید بوریک به عنوان بافر pH).

• آند: آندهای نامحلول تیتانیوم پوشش‌دار (MMO) یا نیکل-سولفید.

• کاتد: صفحات استنلس استیل یا نیکل خالص.

• چگالی جریان: ۲۰۰-۳۰۰ A/m².

• pH: ۳-۴٫۵.

• ولتاژ سلول: ۳٫۵-۴٫۵ ولت.

چالش‌ها:

• نیاز به کنترل دقیق pH و دما برای جلوگیری از تشکیل هیدروکسید نیکل.

---

4. الکترووینینگ کبالت (Co)

کاربردها:

• استحصال کبالت از محلول‌های سولفات یا کلرید کبالت.

شرایط عملیاتی:

• الکترولیت: CoSO₄ + H₂SO₄.

• آند: آندهای سرب-کلسیم (Pb-Ca) یا تیتانیوم MMO.

• کاتد: صفحات تیتانیوم یا استیل.

• چگالی جریان: ۲۵۰-۴۰۰ A/m².

• بازدهی جریان: ۸۵-۹۰%.

چالش‌ها:

• امکان تشکیل کبالت هیدروکسید در pH بالا.

---

5. الکترووینینگ طلا (Au)

کاربردها:

• بازیابی طلا از محلول‌های سیانیدی (پس از عملیات لیچینگ).

شرایط عملیاتی:

• الکترولیت: محلول طلا-سیانید (Au(CN)₂⁻) با غلظت ۱۰۰-۵۰۰ ppm.

• آند: تیتانیوم پوشش‌دار یا فولاد ضدزنگ.

• کاتد: فولاد ضدزنگ یا ورق‌های طلا.

• چگالی جریان: ۱۰-۵۰ A/m².

• ولتاژ سلول: ۲-۵ ولت.

چالش‌ها:

• خطر انتشار گاز هیدروژن و کاهش بازدهی در جریان‌های بالا.

• نیاز به تصفیه محلول سیانیدی پس از فرآیند.

---

جمع‌بندی مقایسه‌ای:

نتیجه‌گیری:

• پایداری جریان و ولتاژ در رکتیفایر نقش کلیدی در کیفیت فلز تولیدی دارد.

• آندهای نامحلول (مانند MMO) در بسیاری از فرآیندها ترجیح داده می‌شوند.

• کنترل ناخالصی‌ها در الکترولیت برای جلوگیری از کاهش بازدهی ضروری است