Proces Bettertona-Krolla
Proces Bettertona-Krolla to pirometalurgiczny proces rafinacji ołowiu z sztabek ołowiu (ołów, który nadal zawiera znaczne ilości zanieczyszczeń). Opracowany przez Williama Justina Krolla w 1922 roku proces Bettertona-Krolla jest jednym z ostatnich etapów konwencjonalnego wytapiania ołowiu . Po usunięciu złota, miedzi i srebra z ołowiu pozostają znaczne ilości bizmutu i antymonu . Do usunięcia tych zanieczyszczeń stosuje się proces Bettertona-Krolla. W tym procesie do stopionego ołowiu dodaje się wapń i magnez w temperaturze około 380°C. Wapń i magnez reagują z bizmutem i antymonem w bulionie, tworząc stopy o wyższej temperaturze topnienia, które następnie można zgarnąć z powierzchni. Ten proces pozostawia ołów z wagą poniżej 0,01 procenta bizmutu. Proces ten ma kluczowe znaczenie dla taniego przemysłowego wytapiania ołowiu i oferuje znaczne korzyści w porównaniu z droższymi procesami, takimi jak proces elektrolityczny Bettsa i krystalizacja frakcyjna .
Rozwój
We wczesnych latach dwudziestych William Justin Kroll opracował proces usuwania bizmutu z ołowiu poprzez dodanie wapnia. Jednak nie było to komercyjnie opłacalne, dopóki Jesse Oatman Betterton nie udoskonalił procesu, dodając do procesu magnez, co zmniejszyło całkowitą ilość metalu wymaganego do rafinacji ołowiu.
Proces chemiczny
Kluczem do procesu Bettertona-Krolla jest dodanie metalicznego wapnia i magnezu do stopionego ołowiu. Metale reagują z zanieczyszczeniami w ołowiu i tworzą stałą warstwę na powierzchni, którą można łatwo usunąć, pozostawiając znacznie czystszy ołów.
Dodatek metalu
Proces Bettertona-Krolla rozpoczyna się od podgrzania sztabki ołowiu do około 500 ° C. Do roztworu dodaje się stop wapniowo-magnezowy, który topi się w bulionie w ciągu 15–20 minut. Mieszanina ołowiu jest następnie schładzana do likwidusu (najniższa temperatura, w której stop jest całkowicie płynny), czyli około 320-380 °C. W niższej temperaturze wapń i magnez reagują z bizmutem i antymonem w bulionie ołowiu w następujący sposób:
Usuwanie żużlu
Wytworzone stopy mają temperaturę topnienia wyższą niż reszta metalu, więc tworzą stałą warstwę lub żużel na powierzchni, którą można zgarnąć. Stopiony ołów może pozostać uwięziony w żużlu, więc żużel jest często dociskany hydraulicznie w celu wyciśnięcia pozostałego ołowiu. Dzięki temu procesowi bizmut w roztworze można zredukować do poniżej 0,01% wag. % (procent wagowy).
Odzyskiwanie bizmutu
Po zebraniu żużla można go poddać obróbce w celu odzyskania bizmutu. Najbardziej powszechnym procesem jest chlorowanie stopu wapnia, magnezu i bizmutu. W procesie chlorowania chlor reaguje z innymi metalami w żużlu i pozostawia bizmut o wysokiej czystości.
Wariacje i alternatywy
Chociaż proces Bettertona-Krolla jest najczęściej stosowaną metodą, ma odmiany i alternatywy, które mogą zapewnić korzyści w określonych przypadkach użycia.
Reakcje stopionej soli
do roztworu można dodawać tlenki metali zmieszane z innymi stopionymi solami . Gdy mieszanina znajdzie się w wysokiej temperaturze, elektrody mogą być użyte do rozkładu soli na gazowy metal i tlen, dzięki czemu wapń i magnez mogą swobodnie tworzyć stopy w roztworze. W przypadku tlenku wapnia zachodzi reakcja:
Ponieważ wapń jest wytwarzany w wyniku reakcji i nie jest wystawiony na działanie powietrza, metoda zapobiega utracie w wyniku utleniania. Kolejną zaletą tej metody jest to, że sole wapnia są często tańsze od wapnia metalicznego.
Korzystanie z wirówki
Zamiast zgarniać żużel z górnej części stopionego kruszcu, wapń i magnez można połączyć z kruszcem ołowiu w wirówce . Kiedy wirówka jest wirowana, stopiony ołów oddziela się od żużla bardziej dokładnie niż tylko czekanie, aż żużel wypłynie na powierzchnię. Proces ten eliminuje również konieczność hydraulicznego prasowania żużlu po ekstrakcji, ponieważ bardzo mało ołowiu zostaje uwięzione w żużlu.
Proces elektrolityczny Bettsa
Proces Bettertona-Krolla może zredukować stężenie bizmutu jedynie do około 0,01% masowego. Jeśli wymagana jest wyższa czystość, stosuje się proces elektrolityczny Bettsa . Jednak ze względu na znaczne wymagania energetyczne i sprzętowe procesu Bettsa, proces Bettertona-Krolla jest preferowany, jeśli nie jest potrzebny ten wysoki poziom czystości. [ potrzebne źródło ]
Krystalizacja frakcyjna
Innym sposobem na oddzielenie kruszcu jest krystalizacja frakcyjna i proces Pattinsona . Proces ten wykorzystywał różne temperatury topnienia metali w roztworze w celu ich oddzielenia. Dzięki krystalizacji frakcyjnej metale, srebro, miedź i bizmut, można oddzielić od ołowiu w jednym etapie. Jednak proces ten nie jest zbyt skuteczny w usuwaniu bizmutu ze względu na bliskość temperatur topnienia ołowiu i bizmutu.