Proceso Betterton-Kroll

El proceso Betterton-Kroll es un proceso pirometalúrgico para refinar plomo a partir de lingotes de plomo (plomo que aún 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 convencional de plomo . 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 agregan calcio y magnesio al plomo fundido a temperaturas alrededor de 380 °C. El calcio y el magnesio reaccionan con el bismuto y el antimonio en los lingotes para formar aleaciones con un punto de fusión más alto , que luego se pueden retirar de la superficie. Este proceso deja plomo con menos del 0,01 por ciento de bismuto en peso. ^{[ 1 ]} El proceso es crucial para la fundición industrial de plomo a bajo costo y ofrece ventajas significativas sobre procesos más costosos como el proceso electrolítico de Betts y la cristalización fraccionada . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Desarrollo

A principios de la década de 1920, William Justin Kroll desarrolló un proceso para eliminar el bismuto del plomo mediante la adición de calcio. Sin embargo, no fue comercialmente viable hasta que Jesse Oatman Betterton mejoró el proceso añadiéndole magnesio, lo que redujo la cantidad total de metal necesaria para refinar el plomo. ^{[ 4 ]}

Proceso químico

La clave del proceso Betterton-Kroll reside en añadir calcio y magnesio metálicos al plomo fundido. Estos metales reaccionan con las impurezas del plomo y forman una película sólida en la superficie, que se puede eliminar fácilmente, dejando un plomo mucho más puro.

Adición de metales

El proceso Betterton-Kroll comienza calentando lingotes de plomo a unos 500 °C. Se añade una aleación de calcio y magnesio a la solución, que se funde en los lingotes en 15-20 minutos. ^{[ 6 ]} A continuación, la mezcla de plomo se enfría hasta el punto de liquidus (la temperatura más baja a la que la aleación está completamente líquida), que se sitúa entre 320 y 380 °C. A esta temperatura más baja, el calcio y el magnesio reaccionan con el bismuto y el antimonio presentes en los lingotes de plomo de la siguiente manera: ^{[ 3 ]}

${\ce {Ca + 2Mg + 2Bi -> CaMg2Bi2(s)}}$

${\ce {Ca + 2Mg + 2Sb -> CaMg2Sb2(s)}}$

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 retirar. ^{[ 3 ]} El plomo fundido puede quedar atrapado en la escoria, por lo que esta se suele prensar hidráulicamente para extraer el plomo restante. ^{[ 7 ]} Mediante este proceso, el bismuto en solución se puede reducir a menos del 0,01 % en peso. ^{[ 1 ]}

Recuperación de bismuto

Una vez retirada la escoria, se puede tratar para recuperar el bismuto. El proceso más común para ello es la cloración de la aleación de calcio, magnesio y bismuto. ^{[ 8 ]} En el proceso de cloración, el cloro reacciona con otros metales presentes en la escoria, dejando como resultado bismuto de alta pureza.

Variaciones y alternativas

Si bien el proceso Betterton-Kroll es el método más utilizado, existen variaciones y alternativas que pueden ofrecer ventajas para casos de uso específicos.

Reacciones de sales fundidas

En lugar de añadir directamente calcio y magnesio metálicos a la mezcla, se pueden agregar óxidos de estos metales mezclados con otras sales fundidas a la solución. ^{[ 9 ]} 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:

${\ce {CaO -> Ca + 1/2O2}}$

Debido a que el calcio se produce mediante una reacción y no permanece expuesto al aire, este 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. ^{[ 10 ]}

Uso de la centrífuga

En lugar de retirar la escoria de la superficie del lingote fundido, el calcio y el magnesio se pueden combinar con el lingote de plomo en una centrífuga . Al girar la centrífuga, el plomo fundido se separa de la escoria de forma más completa que si simplemente se esperara a que la escoria flotara en la superficie. Este proceso también elimina la necesidad de prensar hidráulicamente la escoria después de la extracción, ya que queda muy poco plomo atrapado en ella. ^{[ 7 ]}

Proceso electrolítico de Betts

El proceso Betterton-Kroll solo puede reducir la concentración de bismuto a aproximadamente un 0,01 % en masa. ^{[ 1 ]} Si se requiere mayor pureza, se utiliza el proceso electrolítico de Betts . ^{[ 2 ]} 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 el lingote es mediante la cristalización fraccionada y el proceso Pattinson . Este proceso utiliza los diferentes puntos de fusión de los metales en la solución para separarlos. Mediante la cristalización fraccionada, los metales plata, cobre y bismuto pueden separarse del plomo en un solo paso. Sin embargo, este proceso no es muy eficaz para eliminar el bismuto debido a la proximidad de los puntos de fusión del plomo y el bismuto. ^{[ 5 ]}

Véase también

Referencias

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