سلول الکترووینینگ (Electrowinning Cell)

سلول الکترووینینگ (Electrowinning Cell)

سلول الکترووینینگ، محفظه‌ای است که در آن فرآیند الکتروشیمیایی استخراج مس از محلول انجام می‌شود. این سلول شامل اجزای اصلی زیر است:

---

۱. اجزای اصلی سلول الکترووینینگ مس

الف) الکترودها:

• کاتد (قطب منفی):

  • معمولاً از فولاد ضدزنگ (استنلس استیل) یا مس خالص ساخته می‌شود.

  • وظیفه: جذب یون‌های مس (+Cu²) و تبدیل آن‌ها به مس فلزی (Cu⁰) با دریافت الکترون.

  • واکنش:

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

• آند (قطب مثبت):

  • معمولاً از آلیاژ سرب-کلسیم (Pb-Ca) یا سرب-آنتیموان (Pb-Sb) ساخته می‌شود (مقاوم در برابر خوردگی اسیدی).

  • وظیفه: اکسید شدن آب و تولید اکسیژن.

  • واکنش:

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

ب) الکترولیت:

• محلول اسید سولفوریک (H₂SO₄) و سولفات مس (CuSO₄).

• غلظت معمول:

  • مس: ۳۰-۵۰ گرم در لیتر

  • اسید سولفوریک: ۱۵۰-۲۰۰ گرم در لیتر

ج) مخزن سلول:

• از جنس فولاد با پوشش پلاستیکی (مثل PVC یا PP) برای مقاومت در برابر اسید.

• مجهز به سیستم گردش الکترولیت برای توزیع یکنواخت یون‌های مس.

د) منبع جریان مستقیم (DC):

• ولتاژ مورد نیاز: ۲-۳ ولت برای هر سلول.

• چگالی جریان: ۲۰۰-۳۰۰ A/m² (آمپر بر متر مربع).

---

۲. نحوه کار سلول الکترووینینگ

1. محلول حاوی یون‌های مس (+Cu²) وارد سلول می‌شود.

2. با اعمال جریان DC:

   • یون‌های مس به سمت کاتد رفته و به صورت لایه‌ای از مس خالص رسوب می‌کنند.

   • در آند، آب تجزیه شده و اکسیژن آزاد می‌شود.

3. پس از ۵-۷ روز، کاتدها از سلول خارج شده و مس رسوب‌کرده (با ضخامت ۵-۱۰ میلی‌متر) جدا می‌شود.

---

۳. طراحی سلول‌های صنعتی

• سلول‌ها به صورت سری (آند و کاتد متناوب) قرار می‌گیرند.

• ابعاد معمول یک سلول:

  • طول: ۱-۲ متر

  • عرض: ۱-۱.۵ متر

  • عمق: ۱-۱.۲ متر

• تعداد سلول‌ها در یک کارخانه: صدها سلول (بسته به ظرفیت تولید).

---

۴. چالش‌های سلول الکترووینینگ

• مصرف انرژی بالا (به‌ویژه در معادن با عیار پایین مس).

• تولید گاز اکسیژن و مه اسیدی (نیاز به سیستم تهویه مناسب).

• خوردگی آندها (جایگزینی دوره‌ای آندهای سربی).

---

۵. مقایسه با سلول الکترورفاینینگ

ویژگی	الکترووینینگ	الکترورفاینینگ
منبع مس	محلول لیچینگ	آند مس ناخالص
کاتد	مس خالص (۹۹٫۹۹٪)	مس خالص (۹۹٫۹۹٪)
آند	سرب (تجزیه آب)	آند مس ناخالص (حل می‌شود)
هدف	استخراج مس از سنگ معدن	پالایش مس ناخالص

---

نتیجه‌گیری

سلول الکترووینینگ، قلب فرآیند تولید مس از محلول‌های لیچینگ است و نقش کلیدی در تولید مس با خلوص بالا دارد. این فناوری به‌ویژه در معادن مس اکسیدی و پروژه‌های بازیافت مس از ضایعات الکترونیکی کاربرد گسترده‌ای دارد