کاتدبلانک، تجهیزی کلیدی در پروسه تولید مس

در سال های اخیر به دلیل رشد قابل توجه قیمت جهانی فلز مس، توجه جامعه نسبت به تولید و استحصال این فلز استراتژیک بیش از پیش افزایش یافته است. این موضوع خود باعث افزایش سرمایه گذاری در این حوزه نسبت به دوره های قبل شده است.

مس از سنگ های معدن مس، به روش های هیدرومتالوژی و پیرومتالوژی استحصال می شود. روش های یاد شده عمدتا به ترتیب برای سنگ های اکسیدی و سولفوری انجام می پذیرد. فارغ از نوع پروسه، کاتدبلانک در هر دو روش قطب منفی می باشد. شایان ذکر است، قطب مثبت در روش هیدرو متالوژی آند سربی و در فرایند پیرومتالوژی آند مسی است.

کاتدبلانک استنلس استیل یکی از مهم ترین و تاثیرگذار ترین تجهیزات فرآیندهای مذکور است. در حقیقت همانطور که پیش تر گفته شد، کاتدبلنک قطب منفی در فرایند تولید مس می باشد. در پروسه استحصال فلز مس و در مرحله پایانی، جریان برق DC یا جریان مستقیم از طریق ترانسفورمر و رکتیفایر (تبدیل کننده جریان برق AC شهری به جریان برق DC مستقیم) به حوضچه های اسید می رسد. انتقال جریان به ورودی حوضچه ها و آندها (قطب مثبت) از طریق باس بارهای انتقال جریان یا شینه های مسی انجام می شود.

کاتد در لحظه شروع فرایند به صورت یک شیت خالی می باشد. این موضوع همان دلیل نام گذاری این تجهیز به اسم کاتدبلانک Cathode Blank است. با شروع فرایند پولینگ (شناور شدن کاتدبلنک و آند سربی در حوضچه ها) و طی شدن فرایند نزدیک به 10 روز، مس حل شده در اسید و یا مس موجود در آند های مسی (به ترتیب در فرایند هیدرومتالوژی و پیرومتالوژی) از طریق پروسه الکترولیز و با عبور جریان برق، به روی قطب منفی یا کاتدبلنک قرار می گیرد.

مسیر جریان از آند هر سلول به کاتد همان سلول از طریق محلول بسته می شود. سلول ها به وسیله شمش های مسی به هم متصل می شوند. برق ورودی نیز از طریق باس بار های مسی به آند سلول اول و از طریق کاتدبلانک سلول اخر و برگشت به وسیله باس بار به ترانسفورمر بر می گردد.

باس بارهای ورودی و خروجی به آندها و کاتد بلانک معمولا شمش مسی و باس بارهای مابین سلول ها که به آنها باس بار میانی نیز می گویند معمولا به شکل مثلث می باشند.

جنس شیت بدنه کاتدبلانک ها استنلس استیل (فولاد ضد زنگ) با گرید 316L می باشد. این جنس علاوه بر ضد زنگ بودن، برای شناور شدن در محیط اسیدی کاملا مناسب است. از مزیت دیگر انتخاب استنلس استیل Stainless Steel 316L برای کاتدبلانک می توان به چسبندگی قابل قبول در بازه زمانی 10 روزه دوره پولینگ و جدا نشدن مس به دلیل وزن از روی شیت ها تا پایان دوره اشاره نمود.

دسته های کاتدبلنک دارای هسته ای مرکزی از جنس مس با خلوص بالای 99.99 درصد و روکشی از جنس استنلس استیل می باشند. فلز مس به دلیل توانایی بالای عبور جریان ، در مغز دسته های کاتدبلنک استفاده می شود.

لازم به ذکر است در گذشته از برخی متریال دیگر در شیت کاتدبلانک استفاده می شد. این مواد به مرور به دلیل چسبندگی پایین با استنلس استیل 316L جایگزین و در حال حاضر استفاده از آن ها به عنوان کاتد بلانک نیز محدود می باشد.

هم اکنون شرکت های مختلفی در بازار داخلی ایران در حال تولید کاتدبلانک برای استفاده در صنایع مس کشوری هستند. اما ویژگی های بارز جهت انتخاب هرچه بهتر یک کاتدبلانک چه است؟ در ادامه مطلب به بررسی برخی از مهم ترین ویژگی های یک کاتدبلنک خوب می پردازیم:

• جنس شیت بدنه کاتدبلانک باید استنلس استیل 316L  باشد.
• روکش دسته ها نیز باید از نوع فولاد ضد زنگ انتخاب شوند.
• مرکز دسته ها کاتدبلانک باید از جنس مس با بالاترین خلوط هدایت (%99.995 به بالا ) ساخته شود.
• بدنه کاتدبلنک بهتر است به جای رول، از ورق شیت فابریک باشد. (در بسیاری موارد ممکن است ورق رول در صورت صاف شدن غیراصولی پس از زمانی به حالت اولیه و منحنی شکل برگردد.)
• ورق های فولاد ضد زنگ باید از برترین برندهای دنیا و با گواهی نامه کیفیت بالا تهیه و انتخاب شده باشند.
• هسته مسی کاتد بلانک باید کاملا توپر باشد. متاسفانه دیده شده که برخی از شرکت ها به دلیل کاهش هزینه فقط مس را در سر دسته ها توپر و باقی هسته تو خالی است. (این کار علارغم ضعیف شدن دسته ها در حین جابه جایی که موجب خم شدن آن ها می گردد، کاهش شدید راندمان و بازدهی دسته ها را به دنبال خواهد داشت.)
• هسته مسی و روکش آن باید به بهترین نحو ممکن یا به شیوه جوش انفجاری به هم متصل گردند. (این موضوع باعث کاهش بسیار شدید احتمال خوردگی گالوانیک در دسته ها خواهد شد.) لازم به ذکر است که بسیاری از شرکت های صنعتی مدعی  اتصال دسته های کاتدبلانک خود به شیوه جوش انفجاری هستند اما در حقیقت کیفیت انجام این موضوع مسئله ای بسیار حساس و تفاوت نهایی در راندمان خروجی کاتد بلانک، تنها در طولانی مدت (حداقل یکسال) مشخص می شود!

در بسیاری موارد پس چند سال استفاده از کاتد بلانک ، شیت های کاتدبلنک در اثر صدمات وارده مکانیکی دچار تغییر شکل می شوند. در مواردی دیگر به علت وجود مواد با درصد نامتعارف موجود در محلول ها، شیت ها و دسته های کاتدبلنک دچار خوردگی می شوند. این موضوع راندمان پلنت را کاهش و در مواردی استفاده دوباره از بلانک ها را ناممکن می سازد.

(کاتدبلانک خراب که نیاز به تعمیر دارند)

اما راه خرید دوباره نیست بلکه تعمیر کاتد استیل است. خدمات برخی شرکت های ایرانی هم اکنون علاوه بر ساخت و فروش کاتدبلانک استنلس استیل و آند سربی، شامل تعمیر کاتد استیل نیز می شود. تعمیرات یاد شده در حوزه کاتدبلنک استیل عمدتا به شکل های زیر قابل انجام است:

• تعویض شیت بدنه کاتدبلنک استیل
• تاب گیری کردن کاتدبلانک های تغییر شکل داده شده (در صورتی که این کار قابل انجام باشد.)
• تعویض دسته های کاتدبلانک با دسته های جدید

در حالتی که تعمیر کاتد استیل انجام شدنی باشد، هزینه های کلی سیستم به صورت قابل ملاحضه ای کاهش و پلنت مس در وضعیت اقتصادی قرار می گیرد.

در انتهای این مطلب اشاره می شود که در یک کارخانه تولید مس، تجهیزات و قطعات زیادی به عنوان قطعه مصرفی استفاده می شوند که در صورت انتخاب اشتباه این تجهیزات؛ کل پروسه از مرحله توجیه اقتصادی خارج شده و به مرحله ضرر دهی می رسد. موضوع یاد شده اهمیت انتخاب صحیح و اصولی تجهیزات و به خصوص کاتدبلنک و آند سربی در یک پلنت مس را بیش از پیش اشکار می سازد.