ما هو الكاثود النحاسي؟

يعد النحاس من أكثر المعادن استخدامًا في العالم بعد الحديد والألمنيوم. الرمز الكيميائي لهذا العنصر هو Cu وله لون مائل للبرتقالي الأحمر. من الخصائص البارزة لهذا المعدن التي جعلته ذا أهمية كبيرة، هو التوصيل الحراري والكهربائي العالي. يُعد النحاس في صورته النقية نادرًا ما يُعثر عليه على سطح الأرض، وعادةً ما يكون مزيجًا من عدة مواد مختلفة. العناصر الأكثر شيوعًا في خام النحاس هي الحديد والنحاس والكبريت، ويطلق عليه أيضًا “تشوكوپيريت”. بعد استخراج خام النحاس من المناجم المفتوحة وتحت الأرض، يتم نقله إلى مصانع المعالجة حيث تتفاعل الأوكسجين مع الحديد في خام النحاس في درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى إنتاج أكسيد الحديد وثاني أكسيد الكبريت وسلفات النحاس.

مع استمرار عملية التسخين، يتفاعل الكبريت في سلفات النحاس مع الأوكسجين، مما ينتج ثاني أكسيد الكبريت ونحاس نقي بنسبة 99%. لكن النحاس الناتج بنسبة 99% لا يتمتع بالتوصيل الحراري والكهربائي العالي، ولذلك يتم استخدامه في الصناعات التي لا تحتاج إلى توصيل حراري وكهربائي عالٍ. لاستخدام النحاس الذي يتمتع بتوصيل حراري وكهربائي عالي، يتم استخدام نوع خاص من النحاس يُسمى “الكاثود النحاسي”. الكاثود النحاسي هو نوع من النحاس الذي يحتوي على نقاء يصل إلى 99.99%. وبفضل نقاوته العالية، ومقاومته، ومرونته العالية، وتوصيله الكهربائي والحراري الممتاز، أصبح الكاثود النحاسي من أهم المواد الأولية في العديد من الصناعات. في هذه المقالة، ستقوم بازرگانی رئیس بتقديم الكاثود النحاسي، وعملية إنتاجه، وتطبيقاته كمنتج ذو استخدام واسع في الصناعات المختلفة.

عملية إنتاج الكاثود النحاسي

منذ القدم، تم استخراج النحاس كأحد المواد الأولية والمعادن ذات الاستخدام الواسع، وفي العديد من الحالات كان يتم استخراج النحاس النقي. لكن مع مرور الوقت وزيادة استخراج هذا المعدن من المناجم المفتوحة وتحت الأرض، قلّت المصادر المتاحة لهذا المعدن الثمين، في حين زادت الحاجة لهذا المنتج. لذلك، يتم الآن معالجة وإنتاج الكاثود النحاسي باستخدام تقنيات وأدوات أكثر دقة. في السطور التالية، سنتناول باختصار بعض طرق إنتاج الكاثود النحاسي.

طريقة البيروميتالورجي للنحاس

نظرًا لأن معظم خامات النحاس في العالم هي من النوع الكبريتي، فإن إحدى المشاكل التي يواجهها العالم اليوم في إنتاج الكاثود النحاسي هي عدم وجود محلول لمعالجة خامات النحاس الكبريتية. لذلك، يتم إنتاج النحاس غالبًا باستخدام طريقة البيروميتالورجي. تستخدم هذه الطريقة خصيصًا لإنتاج الكاثود النحاسي من خامات النحاس الكبريتية. تبدأ عملية إنتاج الكاثود النحاسي باستخدام البيروميتالورجي، حيث يتم في البداية استخراج الخام ونقله إلى مصنع المعالجة، ثم يتم سحقه باستخدام كسارات أولية وثانوية، ومن ثم يُطحن ويُخلط مع مواد كيميائية وحليب الجير لتحويله إلى معلق. في المرحلة التالية، يتم إثراء المعلق باستخدام طريقة الفلوتاسيون لإنتاج مركزات النحاس والموليبدينوم. بعد إنتاج مركزات النحاس ذات العيار المرتفع والجودة العالية، يتم إنتاج النحاس مات باستخدام طريقة البيروميتالورجي، ثم يتم تكريره حراريًا لإنتاج النحاس الأنودي. في المرحلة النهائية، يتم تحويل النحاس الأنودي إلى الكاثود النحاسي بنسبة نقاء 99.99% باستخدام طريقة التحليل الكهربائي.

طريقة الهيدرومتالورجي للنحاس

تعد طريقة الهيدرومتالورجي أو البيو ليشينغ من الطرق الأخرى لإنتاج الكاثود النحاسي، وتستخدم بشكل رئيسي لخام النحاس الأوكسيدي، وتُسمى أيضًا “الإلكتروفيتينغ”. في هذه الطريقة، يتم استخدام محاليل كيميائية لاستخراج النحاس النقي من خامات النحاس، حيث يتم في البداية غمر خام النحاس الأوكسيدي في محاليل مثل حمض الكبريتيك، بحيث يذوب النحاس في المحلول بينما يتم فصل المعادن الأخرى. بعد تصفية المحلول، يتم استخراج النحاس بواسطة عملية التحليل الكهربائي، حيث يتم ترسيب النحاس الموجود في المحلول في خلايا كهربائية ويتم جمعه على شكل صفائح وأسطوانات من الكاثود النحاسي.

طريقة صهر النحاس

تستخدم هذه الطريقة لإنتاج النحاس بكميات كبيرة. يبدأ بتوصيل خام النحاس المحول إلى مركزات في أفران الصهر، حيث يتم عملية الذوبان. ثم يتم تكرير النحاس المذاب من خلال تكرير حراري لإزالة الشوائب. في المرحلة الأخيرة، يتم صب النحاس الناتج في قوالب لإنتاج الكاثود النحاسي.

تعتبر هذه الطرق المختلفة لإنتاج الكاثود النحاسي مهمة للغاية نظرًا للقيمة العالية لهذا المنتج وأهمية إنتاجه في الصناعات المختلفة. ونظرًا للمزايا العديدة التي يتمتع بها الكاثود النحاسي مثل التوصيل الحراري العالي، والتوصيل الكهربائي الممتاز، والمقاومة العالية للتآكل والقوة الميكانيكية، فإنه يتم استخدامه في العديد من الصناعات.

تطبيقات الكاثود النحاسي

يعد الكاثود النحاسي، بفضل نقاوته العالية بنسبة 99.99%، واحدًا من أهم وأوسع المنتجات استخدامًا كمواد أولية لإنتاج المنتجات النحاسية ذات التوصيل الكهربائي والحراري العالي في العديد من الصناعات. من بين التطبيقات الرئيسية للكاثود النحاسي:

• الصناعات الكهربائية والكيميائية
• صناعة البناء
• صناعة السيارات
• صناعة المجوهرات
• الصناعات الإلكترونية
• صناعة الكابلات الكهربائية
• صناعة الأواني النحاسية
• المعدات العلمية
• إنتاج السبائك النحاسية

نظرًا للخصائص الفريدة للكاثود النحاسي، يمكن كتابة مقالات متعددة عن تطبيقاته، لكن في هذه المقالة قدمنا بعض الاستخدامات البارزة.

الكلمة الأخيرة

وفقًا لما تم مناقشته في هذه المقالة من قبل بازرگانی رئیس، يمكننا اعتبار الكاثود النحاسي أحد أهم وأوسع المنتجات المنتجة من النحاس. كما تم الإشارة إليه، فإن النحاس النقي نادرًا ما يتم العثور عليه بشكل طبيعي، ولذلك يتم استخدام طرق مختلفة لإنتاج الكاثود النحاسي، حسب نوع خام النحاس المستخرج من المناجم. وقد تناولنا في هذه المقالة طرق البيروميتالورجي والهيدرومتالورجي والصهر لإنتاج الكاثود النحاسي. بفضل نقاوته التي تبلغ 99.99%، وكذلك توصيله الحراري والكهربائي الممتاز، ومقاومته العالية للتآكل، أصبح الكاثود النحاسي من المواد الأولية المستخدمة في العديد من الصناعات مثل الصناعات الكهربائية والكيميائية، والبناء، وصناعة الكابلات، وصناعة السيارات، والمعدات العلمية، والعديد من الصناعات الأخرى.