تُعدّ خلية التحليل الكهربائي للنحاس العنصر الأساسي في عملية تكرير النحاس، حيث تُنقّي النحاس الخام إلى نحاس كاثودي عالي النقاوة باستخدام مبادئ الكيمياء الكهربائية. وتعتمد الكفاءة العالية لهذه العملية على التصميم الدقيق والتشغيل المتناسق لعناصرها الخمسة الرئيسية.
أولاً، يُعد الخزان الأساس المادي للنظام بأكمله. فهو عبارة عن حاوية مقاومة للأحماض وعازلة، تدعم نظام التفاعل الداخلي. تُصنع الخزانات الحديثة في الغالب من الخرسانة البوليمرية وتُصب كوحدة واحدة لضمان استقرارها ومتانتها في بيئات ذات درجات حرارة عالية وأحماض قوية.
يحدث التحول الكيميائي مباشرةً في المصعد والمهبط الموجودين داخل الخزان. يُصنع المصعد من النحاس الخام. عند تطبيق التيار الكهربائي، يذوب النحاس والشوائب النشطة بشكل انتقائي في المحلول، بينما تترسب المعادن النفيسة غير القابلة للذوبان على شكل طين المصعد. أما المهبط المقابل، فيُصنع عادةً من صفيحة تيتانيوم. تكتسب أيونات النحاس النقية إلكترونات هنا وتترسب لتكوين المنتج النهائي - صفيحة نحاسية إلكتروليتية لامعة تشبه المرآة.
الوسط الرابط بين المصعد والمهبط هو الإلكتروليت، وهو في الأساس محلول ساخن من كبريتات النحاس وحمض الكبريتيك. لا يقتصر دوره على كونه قناة لهجرة الأيونات، بل إن ثبات تركيبه ودرجة حرارته ودورانه أمر بالغ الأهمية لضمان جودة موحدة لنحاس المهبط واستمرارية الإنتاج. ويقوم نظام دوران مخصص بتنقيته وتجديده باستمرار.
يعمل في هذا النظام بأكمله نظام توصيل غير مرئي. يتكون من قضيب توصيل نحاسي ضخم، وصفائح موصلة بين الفتحات، وقضبان موصلة على الأقطاب الكهربائية، تشكل شبكة تيار منخفضة المقاومة. يقوم هذا النظام بتوصيل طاقة التيار المستمر بدقة وانتظام إلى كل من المصعد والمهبط.
باختصار، تُعدّ خلية التحليل الكهربائي النحاسية نظامًا معقدًا يدمج الهندسة الكهربائية والكيميائية والميكانيكية. بدءًا من إدخال الطاقة الكهربائية إلى النظام الموصل، يتدفق التيار بالتتابع عبر المصعد والإلكتروليت والمهبط، مما يدفع أيونات النحاس للهجرة بشكل اتجاهي من المصعد الخشن إلى المهبط النقي، وصولًا إلى تبخر النحاس.
