مقارنة ألواح الكاثود: الفولاذ المقاوم والتيتانيوم وسبيكة الرصاص

الكاثود هو المكان الذي ينتهي فيه كل غرام من المعدن المستخلص، ولذلك هو أكثر المستهلكات تأثيرًا في خلية الاستخلاص الكهربائي. واختيار اللوح الخطأ يُدفع مرتين: في كفاءة التيار وفي نقاء الكاثود، لأن حديد اللوح المتحلل لا يُرى حتى يرفض المشتري شحنة.

ثلاث مواد وثلاثة أدوار

316L كاثود لكثافات 180–250 A/m²: يُنزع بعد تخليل خفيف، ويعطي حديدًا عند التنقر، ويكلّف 1 ويخدم مئات الدورات. التيتانيوم يعمل كاثودًا أو لوحًا أمًّا، يُنزع نظيفًا بشرائط حواف، ويكاد لا يلوّث، ويتحمل كلوريدًا بمستوى مياه البحر ويخدم آلاف الدورات؛ ويكلّف 3–5 أضعاف، ومعامل مرونته الأقل يجعل التصليق حرجًا. سبيكة الرصاص Pb-Sn-Ca أو Pb-Ag تخص الأنود فقط، حيث تشكّل طبقة PbO₂ التي تحرّر الأكسجين؛ وهناك تعمل عند 200–400 A/m² وتكلّف 2–3 أضعاف لوح الفولاذ المقاوم بالمقاس نفسه.

الانحناء ونمو الحواف

ألواح الفولاذ المقاوم لا تُسحب لأنها ذابت بل لأنها انحنت. اللوح المنحني يغلق الفراغ عند نقطة ويفتحه عند أخرى، والتيار يتبع الفراغ: النقطة المغلقة تسخن وينمو الترسيب وتتكون عقيدات تلمس الأنود. تلك الدارة القصيرة تكلّف كفاءة وقد تثقب اللوح؛ والعتبة المعتادة فوق 250 A/m². والآلية الثانية الحافة: الترسيب الذي يتجاوز القناع يجسر الفراغ. في التيتانيوم تُحلّ بشرائط تتجاوز 10 مم على كل جانب، وفي الفولاذ المقاوم بقناع يُجدَّد كل دورة.

الكلوريد والنيكل والرصاص

للنحاس والزنك يُوصى عادة بـ316L: الموليبدينوم يقاوم الكبريتات الحمضية أفضل من 304 وهو الأرخص. والحد نحو 30 ppm كلوريد؛ وفوقه يبدأ التنقر عند خط الماء وتحت القناع وعند الخدوش، والإضافة المتعمدة للكلوريد تُحسب في هذا الإجمالي. والتيتانيوم يُبرَّر بكلوريد عالٍ أو إلكتروليت مختلط كبريتات–كلوريد حيث يتنقر الفولاذ في أيام، وفي الاستخلاص الكهربائي للنيكل بلوح أم. أما الرصاص ففي الأنود فقط: على الكاثود يلوّث الترسيب. وإذا طلبت المخططات «كاثودات رصاص» فهي تحتاج غالبًا أنود رصاص مع كاثود فولاذي أو تيتانيوم.

كثافة التيار وحساب المساحة

فوق 250 A/m² تصبح الاستقامة الشرط المحدِّد. وقانون فاراداي يعطي الحساب: عند 200 A/m² وكفاءة 100 % يستعيد المتر المربع من الكاثود نحو 0,24 كغ نحاس في الساعة، أي نحو 5,7 كغ يوميًا؛ وفي المختبر تُستخدم ألواح 0,01–0,03 m². أبقِ 20–30 مم بين الأنود والكاثود: الفراغ الأضيق يجعل جهد الخلية حساسًا للحمأة وسوء الاستقامة ويحوّل انحناءً صغيرًا إلى دارة قصيرة.

كلفة اللوح تميل غالبًا إلى الفولاذ المقاوم؛ وكلفة الحملة تعتمد على النزع والتخليل واستهلاك الألواح. أرسل المعدن والإلكتروليت والكلوريد وكثافة التيار ومدة الحملة، ونقترح اللوح والأنود.