في صناعات استخلاص المعادن بالمعالجة المائية وتكرير النحاس، يُحدد اختيار مواد الأنود والكاثود في الخلايا الإلكتروليتية كفاءة العملية الكهروكيميائية واستهلاكها للطاقة وجودة المنتج بشكل مباشر. وبناءً على هدف العملية (التكرير الإلكتروليتي أو الاستخلاص الإلكتروليتي)، يمكن تقسيم تكوينات مواد الأنود والكاثود إلى نظامين رئيسيين:

1. نظام التكرير الإلكتروليتي (الأنود القابل للذوبان): يُستخدم هذا النظام بشكل أساسي لتكرير النحاس الخام لإنتاج نحاس كاثودي عالي النقاوة. وتكوينه القياسي كما يلي:

الأنود: أنود قابل للذوبان مصنوع من النحاس الخام. أثناء التحليل الكهربائي، يخضع الأنود لذوبان كهروكيميائي؛ يفقد النحاس إلكترونات ويتحول إلى أيونات نحاس تدخل المحلول، بينما تُشكل المعادن النفيسة مثل الذهب والفضة رواسب الأنود التي تترسب، مما يُسهل استخلاصها لاحقًا. يجب أن يتطابق معدل ذوبان الأنود بدقة مع معدل ترسيب الكاثود للحفاظ على استقرار جهد الخلية.

الكاثود: عادةً ما يكون صفيحة نحاسية نقية. تكتسب أيونات النحاس إلكترونات عند المهبط وتترسب على شكل نحاس عالي النقاوة (قد تصل نقاوته إلى أكثر من 99.99%). تؤثر نعومة سطح مادة المهبط بشكل مباشر على كثافة بلورات رقائق النحاس وسهولة تقشيرها.

2. نظام الاستخلاص الإلكتروليتي (مصعد غير قابل للذوبان)

يُناسب هذا النظام استخلاص النحاس من المحاليل منخفضة التركيز، مثل محاليل ترشيح الركام أو معالجة الإلكتروليتات المستعملة. يتكون النظام من:

المصعد: تُستخدم أقطاب كهربائية مطلية بسبائك الرصاص والفضة أو التيتانيوم. لا تذوب هذه المصاعد أثناء التحليل الكهربائي، بل تُحفز فقط تفاعل توليد الأكسجين. كلما انخفض جهد الأكسجين الزائد، انخفض جهد الخلية وانخفض استهلاك الطاقة. تتطلب سبائك الرصاص والفضة كشطًا دوريًا لإزالة طبقة التخميل بثاني أكسيد الرصاص المتكونة على السطح؛ بينما تتميز أقطاب التيتانيوم، على الرغم من ارتفاع تكلفتها، بثبات أبعادها وعدم تسببها في التلوث.

المهبط: تُستخدم عادةً صفائح نحاسية أولية أو ألواح تيتانيوم. أثناء عملية التحليل الكهربائي، تُختزل أيونات النحاس وتترسب عند المهبط، مما يُقلل تدريجيًا من تركيز النحاس في المحلول. ولأن المصعد لا يُنتج أيونات النحاس، فإنه يلزم إضافة أملاح النحاس (مثل كبريتات النحاس) دوريًا إلى المحلول الإلكتروليتي للحفاظ على تركيز أيونات النحاس ضمن النطاق المطلوب (عادةً 30-50 غ/لتر).

هذا هو الأساس المنطقي لاختيار مواد المصعد والمهبط في خلايا التحليل الكهربائي للنحاس؛ فالمهبط مسؤول عن ترسيب النحاس عالي النقاوة، بينما يُنظم المصعد إمداد أيونات النحاس أو تفاعل توليد الأكسجين بناءً على مشاركته في عملية الذوبان.