Proceso Betterton-Kroll
El Proceso Betterton-Kroll es un proceso pirometalúrgico para refinar plomo a partir de lingotes de plomo (plomo que todavía contiene cantidades significativas de impurezas). Desarrollado por William Justin Kroll en 1922, el proceso Betterton-Kroll es uno de los pasos finales en la fundición de plomo convencional. Después de eliminar el oro, el cobre y la plata del plomo, quedan cantidades significativas de bismuto y antimonio. El proceso Betterton-Kroll se utiliza para eliminar estas impurezas. En el proceso se añaden calcio y magnesio al plomo fundido a temperaturas de unos 380 °C. El calcio y el magnesio reaccionan con el bismuto y el antimonio del lingote para formar aleaciones con un punto de fusión más alto, que luego pueden eliminarse de la superficie. Este proceso deja plomo con menos del 0,01 por ciento de bismuto en peso. El proceso es crucial para la fundición industrial barata de plomo y ofrece ventajas significativas sobre procesos más costosos como el proceso electrolítico de Betts y la cristalización fraccionada.
Desarrollo
A principios de la década de 1920, William Justin Kroll desarrolló un proceso para eliminar el bismuto del plomo por la adición de calcio. Sin embargo, no fue comercialmente viable hasta que Jesse Oatman Betterton mejoró el proceso añadiendo magnesio al proceso, lo que redujo la cantidad total de metal requerido para refinar el plomo.
Proceso químico
La clave para el proceso Betterton-Kroll es añadir calcio y metal de magnesio para fundir el bullion de plomo. Los metales reaccionan con impurezas en el plomo y forman una película sólida en la superficie, que se puede quitar fácilmente, dejando atrás mucho más puro plomo.
Adición de metales
El proceso de Betterton-Kroll comienza por el bullion de plomo de calentamiento a unos 500 °C. Una aleación de calcio-magnesio se añade a la solución, que se derrite en el bullion en 15-20 minutos. La mezcla de plomo se enfría al punto líquido (la temperatura más baja que la aleación es completamente líquida), que alrededor de 320-380 °C. A la temperatura inferior, el calcio y el magnesio reaccionan con el bismuto y la antimonio de la forma siguiente:
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Eliminación de escoria
Las aleaciones producidas tienen un punto de fusión mayor que el resto del metal, por lo que forman una película sólida, o escoria, en la superficie que se puede quitar. El plomo fundido puede quedar atrapado en la escoria, por lo que a menudo la escoria se presiona hidráulicamente para exprimir el plomo restante. Mediante este proceso, el bismuto en solución se puede reducir a menos del 0,01 en peso. %(porcentaje en peso).
Recuperación de bismuto
Después de quitar la escoria, se puede tratar para recuperar el bismuto. El proceso más común para esto es la cloración de la aleación de calcio, magnesio y bismuto. En el proceso de cloración, el cloro reacciona con otros metales en la escoria y deja bismuto de alta pureza.
Variaciones y alternativas
Aunque el proceso Betterton-Kroll es el método más utilizado, tiene variaciones y alternativas que pueden proporcionar ventajas para casos de uso específicos.
Reacciones de sales fundidas
En lugar de agregar calcio y magnesio metálico directamente a la mezcla, se pueden agregar a la solución óxidos de metales mezclados con otras sales fundidas. Una vez en la mezcla a alta temperatura, se pueden usar electrodos para descomponer las sales en metal y oxígeno gaseoso, de modo que el calcio y el magnesio queden libres para formar aleaciones en la solución. Para el óxido de calcio, la reacción que ocurre es:
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Debido a que el calcio se produce mediante una reacción y no pasa tiempo expuesto al aire, el método evita la pérdida por oxidación. Otra ventaja de este método es que las sales de calcio suelen ser más baratas que el calcio metálico.
Uso de centrífuga
En lugar de quitar la escoria de la parte superior del lingote fundido, el calcio y el magnesio se pueden combinar con el lingote de plomo en una centrífuga. Cuando se hace girar la centrífuga, el plomo fundido se separa de la escoria de forma más completa que simplemente esperando a que la escoria flote hasta la superficie. Este proceso también elimina la necesidad de presionar hidráulicamente la escoria después de la extracción porque muy poco plomo termina atrapado en la escoria.
Proceso electrolítico de Betts
El proceso Betterton-Kroll sólo puede reducir la concertación del bismuto a aproximadamente el 0,01% en masa. Si se requiere mayor pureza, se utiliza el proceso electrolítico de Betts. Sin embargo, debido a los importantes requisitos de energía y equipo del proceso Betts, el proceso Betterton-Kroll es preferible si no se necesita ese alto nivel de pureza.
Cristalización fraccionada
Otra forma de separar los lingotes es mediante cristalización fraccionada y el proceso de Pattinson. Este proceso utilizó los diferentes puntos de fusión de los metales en la solución para separarlos. Mediante cristalización fraccionada se pueden separar del plomo los metales plata, cobre y bismuto en un solo paso. Sin embargo, este proceso no es muy eficaz para eliminar el bismuto debido a lo cerca que están los puntos de fusión del plomo y el bismuto entre sí.