Betterton–Kroll-processen
Betterton -Kroll-processen är en pyrometallurgisk process för att förädla bly från blytackor (bly som fortfarande innehåller betydande mängder föroreningar). Betterton-Kroll-processen utvecklades av William Justin Kroll 1922 och är ett av de sista stegen i konventionell blysmältning . Efter att guld, koppar och silver har avlägsnats från blyet finns betydande mängder vismut och antimon kvar. Betterton-Kroll-processen används för att avlägsna dessa föroreningar. I processen tillsätts kalcium och magnesium till det smälta blyet vid temperaturer runt 380 °C. Kalcium och magnesium reagerar med vismut och antimon i ädelmetallen för att bilda legeringar med högre smältpunkt, som sedan kan skummas bort från ytan. Denna process lämnar efter sig bly med mindre än 0,01 viktprocent vismut. Processen är avgörande för billig industriell blysmältning och erbjuder betydande fördelar jämfört med dyrare processer som Betts elektrolytiska process och fraktionerad kristallisation .
Utveckling
I början av 1920-talet utvecklade William Justin Kroll en process för att ta bort vismut från bly genom tillsats av kalcium. Det var dock inte kommersiellt gångbart förrän Jesse Oatman Betterton förbättrade processen genom att tillsätta magnesium till processen, vilket minskade den totala mängden metall som krävs för att förädla blyet.
Kemisk process
Nyckeln till Betterton-Kroll-processen är att tillsätta kalcium och magnesiummetall till smält blytackor. Metallerna reagerar med föroreningar i blyet och bildar en fast film på ytan, som lätt kan avlägsnas och lämnar efter sig mycket renare bly.
Metalltillsats
Betterton–Kroll-processen börjar med att värma blytackor till cirka 500 °C. En kalcium-magnesiumlegering tillsätts till lösningen, som smälter in i ädelmetallen på 15–20 minuter. Blyblandningen kyls sedan till likviduspunkten (den lägsta temperaturen som legeringen är helt flytande), som ligger runt 320-380 °C. Vid den lägre temperaturen reagerar kalcium och magnesium med vismut och antimon i blytackor på följande sätt:
Avlägsnande av slagg
De tillverkade legeringarna har en smältpunkt som är högre än resten av metallen, så de bildar en fast film, eller slagg , på ytan som kan skummas av. Smält bly kan förbli instängt i slagg, så slagg pressas ofta hydrauliskt för att pressa ut eventuellt kvarvarande bly. Genom denna process kan vismuten i lösning reduceras till under 0,01 viktprocent. %(viktprocent).
Vismutåtervinning
Efter att slagg har skummats bort kan det behandlas för att återvinna vismuten. Den vanligaste processen för detta är klorering av kalcium-magnesium-vismut-legeringen. I kloreringsprocessen reagerar klor med andra metaller i slagg och lämnar efter sig vismut med hög renhet.
Variationer och alternativ
Även om Betterton–Kroll-processen är den mest använda metoden, har den variationer och alternativ som kan ge fördelar för specifika användningsfall.
Smält saltreaktioner
Istället för att kalcium- och magnesiummetall tillsätts direkt till blandningen kan oxider av metallerna blandade med andra smälta salter sättas till lösningen. Väl i blandningen vid hög temperatur kan elektroder användas för att bryta ner salterna till metallen och syrgasen, så att kalcium och magnesium är fria att bilda legeringar i lösningen. För kalciumoxid är reaktionen som inträffar:
Eftersom kalcium produceras av en reaktion och inte tillbringar tid i luften, förhindrar metoden förlust från oxidation. En annan fördel med denna metod är att salter av kalcium ofta är billigare än kalciummetall.
Användning av Centrifuge
Istället för att skumma bort slagg från toppen av den smälta ädelmetallen, kan kalcium och magnesium kombineras med blytackor i en centrifug . När centrifugen snurras separeras det smälta blyet ur slagg mer fullständigt än att bara vänta på att slagg ska flyta till toppen. Denna process tar också bort behovet av att hydrauliskt pressa slagg efter extraktion eftersom mycket lite bly hamnar fast i slagg.
Betts elektrolytisk process
Betterton-Kroll-processen kan bara minska vismut-koncentrationen till cirka 0,01 viktprocent. Om högre renhet krävs används Betts Electrolytic process . Men på grund av de betydande energi- och utrustningskraven för Betts-processen är Betterton-Kroll-processen att föredra om den höga renhetsnivån inte behövs. [ citat behövs ]
Fraktionerad kristallisation
Ett annat sätt att separera ädelmetaller är genom fraktionerad kristallisering och pattinsonprocessen . Denna process använde de olika smältpunkterna för metallerna i lösningen för att separera dem. Genom fraktionerad kristallisation kan metallerna silver, koppar och vismut separeras ur blyet i ett steg. Denna process är dock inte särskilt effektiv för att ta bort vismut på grund av hur nära smältpunkterna för bly och vismut är varandra.