شاید برایتان جالب باشد که بخش قابل توجهی از درآمد شرکت‌های تولید کننده مس، از محل طلا و نقره حاصل می‌شود. به عنوان نمونه، شرکت ملی صنایع مس ایران بزرگترین تولید کننده نقره در کشور و یکی از بزرگترین تولید کنندگان طلا در کشور نیز به حساب می‌آید. یا در اروپا، شرکت Aurubis نیز درآمد قابل توجهی از فروش طلا و نقره دارد. این طلا و نقره و بسیاری از عناصر ارزشمند دیگر در لجن آندی (Anodic Sludge یا Anodic Mud) است که محصول جانبی پالایش مس است. محصولی که شاید اسمی ارزشمند نداشته باشد اما در سال ۱۴۰۳ در حدود ۱۰ هزار میلیارد تومان از درآمد شرکت ملی مس از محل لجن آندی بوده است. اما واقعا لجن آندی چیست؟ چگونه تولید می‌شود و حاوی چه عناصری است؟

مروری بر فرایند تولید مس

برای درک بهتر لجن آندی، ابتدا باید فرایند تولید مس را مرور کنیم. مس کاتدی به دو روش اصلی تولید می‌شود: روش نخست، پیرومتالورژی است که شامل تولید کنسانتره، ذوب آن و ساخت آند مس بوده و در نهایت در پالایشگاه به کاتد مس تبدیل می‌شود. روش دوم، هیدرومتالورژی نام دارد که در آن هیچ‌گونه فرایند ذوبی وجود ندارد. امروزه بخش عمده‌ای از مس جهان به روش نخست تهیه می‌شود و لجن آندی، محصول جانبیِ حاصل از همین روش است.

در این روش، سنگ معدن سولفیدی در واحد تغلیظ به کنسانتره تبدیل می‌شود. سپس در کارخانجات ذوب، کنسانتره ذوب شده و پس از طی مراحل مختلف، به صورت آند مس ریختگری می‌گردد. در نهایت، برای ارتقای خلوص آند مس (که حدود ۹۹.۵ درصد است) به کاتد مس با خلوص ۹۹.۹۹ درصد، فرایند تصفیه الکتریکی در پالایشگاه انجام می‌شود. لجن آندی در واقع همان محصول جانبیِ ناشی از فرایند تبدیل آند به کاتد در پالایشگاه است.

لجن آندی چیست؟

لجن آندی رسوبی جامد است که در کف سلول‌های پالایش الکترولیتی مس ته‌نشین می‌شود. این ماده شامل عناصری است که به عنوان ناخالصی در آند مس حضور دارند و به دلیل ماهیت شیمیایی خود، در فرایند الکترولیز قابلیت رسوب بر روی سطح کاتد را ندارند؛ از این‌رو در انتهای سلول تجمع می‌یابند. با توجه به اینکه این لجن حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر گران‌بها و کمیاب است، از ارزش اقتصادی بسیار بالایی برخوردار است.

نحوه تشکیل لجن آندی در پالایشگاه‌های مس

پالایشگاه مس واحدی صنعتی است که هدف اصلی آن ارتقای خلوص مس خام تا سطوح بالاتر از ۹۹.۹۹ درصد می‌باشد. در این واحد، مس از آندهای ناخالص به کاتدهای خالص منتقل می‌گردد. فرآیند بنیادین مورد استفاده، الکترولیز مس است که در آن انرژی الکتریکی به عنوان محرک واکنش‌های شیمیایی عمل کرده و مس را از آند به کاتد منتقل می‌کند، در حالی که ناخالصی‌ها به‌صورت انتخابی جدا می‌شوند.

در این فرآیند:

• آندها: از مس ناخالص با خلوص حدود ۹۸ تا ۹۹ درصد ساخته می‌شوند و حاوی ناخالصی‌های فلزی و فلزات گران‌بها هستند.
• کاتدها: شامل ورق‌های مس خالص یا صفحات استنلس استیل هستند که سطح آن‌ها برای رسوب‌دهی مس آماده‌سازی شده است.
• الکترولیت: معمولاً محلول سولفات مس ($CuSO4$) در اسید سولفوریک ($H2SO4$) است که رسانای یونی بوده و محیط مناسبی برای جریان الکتریکی و واکنش‌های الکترولیتی را فراهم می‌کند.

همانطور که در شماتیک بالا مشاهده می‌کنید، در یک پالایشگاه، آندها و کاتدها به صورت یک در میان در محلول الکترولیت قرار می‌گیرند. با اعمال جریان الکتریکی مستقیم، واکنش‌های اکسایش و کاهش به‌طور هم‌زمان در آند و کاتد آغاز می‌شوند. در سطح آند، مس فلزی اکسید شده و به‌صورت یون‌های Cu²⁺ وارد محلول می‌شود. این انحلال الکتروشیمیایی، ساختار آند را به‌تدریج فرسوده می‌کند. عناصر فعال‌تر از مس، در صورت وجود، ممکن است همراه با مس وارد فاز محلول شوند، اما عناصر نجیب و کم‌فعال، به‌ویژه طلا، نقره و عناصر گروه پلاتین، در شرایط عملیاتی سلول اکسید نمی‌شوند و به حالت جامد باقی می‌مانند.

هم‌زمان، در سطح کاتد، یون‌های مس موجود در الکترولیت الکترون دریافت کرده و به‌صورت مس فلزی با خلوص بسیار بالا رسوب می‌کنند. شرایط فرآیندی به‌گونه‌ای کنترل می‌شود که تنها یون مس امکان احیا و رسوب‌یابی داشته باشد و سایر عناصر، حتی اگر به‌صورت یونی در محلول حضور داشته باشند، وارد کاتد نشوند. به این ترتیب، خلوص کاتد مس تضمین می‌شود.

در نتیجه این رفتار تفکیکی، بخش نامحلول و غیرقابل‌رسوب ناخالصی‌ها به‌تدریج از سطح آند جدا می‌شود. این ذرات جامد، که عمدتاً شامل فلزات نجیب، برخی ترکیبات سرب و عناصر نیمه‌فلزی هستند، تحت تأثیر نیروی گرانش به سمت کف سلول حرکت کرده و در آنجا تجمع می‌یابند. این تجمع تدریجی و کنترل‌شده همان لجن آندی است.

لجن آندی حاوی چه عناصری است؟

ترکیب لجن آندی به‌شدت به نوع کنسانتره، منشأ زمین‌شناسی کانسار و شرایط پالایش بستگی دارد، اما به‌طور معمول شامل موارد زیر است:

• فلزات گران‌بها: طلا، نقره و در برخی موارد پلاتین، پالادیم و رودیم

• عناصر استراتژیک: سلنیوم و تلوریوم

• فلزات همراه: سرب، بیسموت، آنتیموان و مقادیر محدودی مس

همین تنوع و غنای عنصری است که لجن آندی را از یک پسماند صنعتی، به یک خوراک با ارزش متالورژیکی تبدیل می‌کند.

کنسانتره فلزات گرانبها

لجن آندی در پالایشگاه‌های مس پس از طی فرآیندی خاص، به محصولی تبدیل می‌شود که عمدتاً با نام «کنسانتره فلزات گران‌بها» شناخته می‌شود. برخی شرکت‌ها با بهره‌گیری از روش‌های هیدرومتالورژی و پیرومتالورژی، اقدام به استحصال عناصر درون این لجن می‌کنند، در حالی که برخی دیگر آن را به صورت کنسانتره فلزات گران‌بها عرضه می‌دارند. در حال حاضر، شرکت ملی صنایع مس ایران سالانه حدود هشتصد تن از این کنسانتره را تولید کرده و در بورس کالا به فروش می‌رساند.

لجن آندی چقدر طلا دارد؟

میزان عناصر در کنسانتره فلزات گرانبها به عوامل بسیاری بستگی دارد و متغیر است. آنالیز اعلام شده از سوی شرکت ملی صنایع مس ایران، نشان می‌دهد که هر تن کنسانتره فلزات گرانبهای این شرکت بین ۱ تا ۳ کیلوگرم طلا و بین ۴۰ تا ۸۰ کیلوگرم نقره دارد. البته باید توجه کرد که طلا و نقره تنها محصول با ارزش در لجن آندی نیست و عناصر استراتژیک دیگری مثل سلنیوم و تلوریوم نیز از اهمیت بالایی برخوردارند.

لجن آندی چیزی بیش از محصول جانبی است

لجن آندی صرفا یک محصول جانبی در فرایند تولید مس نیست. با توجه به ارزش بسیار بالای این ماده، این ماده یکی از مهمترین محصولات در سبد محصولات شرکت‌های بزرگ مسی است که با توجه به افزایش قابل توجه قیمت طلا در سال‌های اخیر، بخش مهمی از جریان درآمدی شرکت‌ها را شامل می‌شود. با استحصال تمام عناصر ارزشمند، نه فقط طلا و نقره، یک منبع ارزشمند در عصر حاضر برای دستیابی به عناصر ارزشمند است.