Dans les industries hydrométallurgiques et de raffinage du cuivre, le choix des matériaux d'anode et de cathode dans les cellules électrolytiques détermine directement l'efficacité, la consommation d'énergie et la qualité du produit du procédé électrochimique. Selon l'objectif du procédé (raffinage électrolytique ou extraction électrolytique), les configurations des matériaux d'anode et de cathode peuvent être classées en deux systèmes typiques :

I. Système de raffinage électrolytique (anode soluble)

Ce système est principalement utilisé pour le raffinage du cuivre brut afin de produire du cuivre cathodique de haute pureté. Sa configuration standard est la suivante :

Anode : Une anode soluble en cuivre brut. Lors de l'électrolyse, l'anode subit une dissolution électrochimique ; le cuivre perd des électrons et se transforme en ions cuivre, qui passent en solution, tandis que les métaux précieux tels que l'or et l'argent forment des boues anodiques qui se déposent, facilitant ainsi leur récupération ultérieure. La vitesse de dissolution de l'anode doit être parfaitement adaptée à la vitesse de dépôt de la cathode afin de maintenir une tension de cellule stable.

Cathode : Généralement une feuille de cuivre pur. Les ions cuivre captent des électrons à la cathode et se déposent sous forme de cuivre de haute pureté (pouvant atteindre plus de 99,99 %). La rugosité de surface du matériau cathodique influe directement sur la densité et la résistance au pelage des cristaux de cuivre.

II. Système d'extraction électrolytique (anode insoluble)

Ce système convient à la récupération du cuivre à partir de solutions à faible teneur, telles que les solutions de lixiviation en tas ou les effluents d'électrolytes usés. Sa configuration est la suivante :

Anode : Des électrodes en alliage plomb-argent ou à base de titane sont utilisées. Ces anodes ne se dissolvent pas pendant l'électrolyse ; elles catalysent uniquement la réaction de dégagement d'oxygène. Plus la surtension d'oxygène est faible, plus la tension de la cellule et la consommation d'énergie sont basses. Les alliages plomb-argent nécessitent un grattage périodique pour éliminer la couche de passivation de dioxyde de plomb qui se forme en surface ; quant aux électrodes en titane, bien que plus coûteuses, elles sont dimensionnellement stables et non polluantes.

Cathode : Des feuilles de cuivre ou des plaques de titane sont couramment utilisées. Lors de l'électrolyse, les ions cuivre sont réduits et se déposent à la cathode, diminuant progressivement leur concentration dans la solution. L'anode ne fournissant pas d'ions cuivre, il est nécessaire d'ajouter périodiquement des sels de cuivre (comme le sulfate de cuivre) à l'électrolyte afin de maintenir la concentration en ions cuivre dans la plage de fonctionnement (généralement entre 30 et 50 g/L).

Ce principe guide le choix des matériaux d'anode et de cathode dans une cellule électrolytique de cuivre : la cathode assure le dépôt de cuivre de haute pureté, tandis que l'anode régule l'apport d'ions cuivre ou la réaction de dégagement d'oxygène selon sa participation à la dissolution.