تولید مس کاتد به روش الکترووینینگ

تولید مس کاتد به روش الکترووینینگ (Copper Cathode Production via Electrowinning)

الکترووینینگ یکی از مهم‌ترین روش‌های تولید مس کاتد با خلوص بالا (حدود ۹۹٫۹۹٪) از محلول‌های حاوی یون‌های مس (مانند محلول سولفات مس) است. این روش به‌ویژه برای سنگ‌های معدن مس اکسیدی یا محلول‌های ناشی از لیچینگ اسیدی مناسب است

مراحل تولید مس کاتد به روش الکترووینینگ

۱. آماده‌سازی محلول الکترولیت (PLS - Pregnant Leach Solution)

• محلول غنی از مس (معمولاً ۳۰-۵۰ گرم بر لیتر Cu²⁺) از فرآیند لیچینگ اسیدی (Heap Leaching یا Tank Leaching) به دست می‌آید.

• این محلول حاوی اسید سولفوریک (H₂SO₄) (۱۵۰-۲۰۰ گرم بر لیتر) و ناخالصی‌هایی مانند آهن، نیکل و منگنز است.

• در برخی موارد، محلول قبل از ورود به سلول الکترووینینگ، تصفیه و خالص‌سازی می‌شود (مثلاً با استخراج حلالی (SX) برای افزایش غلظت مس).

۲. سلول الکترووینینگ (Electrowinning Cell)

• سلول شامل اجزای زیر است:

  • کاتد: صفحاتی از فولاد ضدزنگ (استنلس استیل) یا مس خالص که مس روی آن رسوب می‌کند.

  • آند: از جنس آلیاژ سرب-کلسیم (Pb-Ca) یا سرب-آنتیموان (Pb-Sb) که در محیط اسیدی مقاوم است.

  • الکترولیت: محلول اسید سولفوریک و سولفات مس.

  • منبع جریان مستقیم (DC): با ولتاژ ۲-۳ ولت و چگالی جریان ۲۰۰-۳۰۰ A/m².

۳. واکنش‌های الکتروشیمیایی

• در کاتد (کاهش مس):

  $$C{u}^{2+}+2e^{-}\to Cu(\text{مس خالص رسوب می‌کند})$$

• در آند (اکسیداسیون آب):

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

۴. رشد مس روی کاتد و برداشت

• پس از ۵-۷ روز، لایه‌ای از مس با ضخامت ۵-۱۰ میلی‌متر روی کاتد تشکیل می‌شود.

• کاتدها از سلول خارج شده و مس رسوب‌کرده جدا و ذوب می‌شود تا به شکل شمش یا کاتدهای بازارپسند درآید.

مزایای تولید مس کاتد با الکترووینینگ

✅ خلوص بالا (۹۹٫۹۹٪ مس) – مناسب برای صنایع الکتریکی و الکترونیکی.
✅ امکان استفاده از سنگ‌های معدن کم‌عیار که در روش‌های ذوب سنتی مقرون‌به‌صرفه نیستند.
✅ کاهش آلودگی هوا (در مقایسه با ذوب که گاز SO₂ تولید می‌کند).
✅ انعطاف‌پذیری در بازیافت مس از ضایعات و محلول‌های صنعتی.

چالش‌های روش الکترووینینگ

❌ مصرف انرژی بالا (به‌ویژه در معادن با غلظت پایین مس).
❌ تولید گاز اکسیژن و مه اسیدی (نیاز به سیستم تهویه مناسب).
❌ خوردگی آندهای سربی و نیاز به تعویض دوره‌ای.
❌ حساسیت به ناخالصی‌ها (مانند آهن، کلرید و منگنز که می‌توانند کیفیت مس را کاهش دهند).

تفاوت الکترووینینگ و الکترورفاینینگ در تولید مس کاتد

جمع‌بندی

تولید مس کاتد به روش الکترووینینگ یک فرآیند پایدار و اقتصادی برای استخراج مس از محلول‌های لیچینگ است. این روش به‌ویژه در معادن مس اکسیدی و پروژه‌های بازیافت مس از ضایعات الکترونیکی کاربرد گسترده دارد. با وجود چالش‌هایی مانند مصرف انرژی بالا، به‌دلیل تولید مس با خلوص فوق‌العاده، همچنان یک فناوری کلیدی در صنعت مس محسوب می‌شود