Процесс Беттертона – Кролла

Процесс Беттертона-Кролла — это пирометаллургический процесс очистки свинца из слитков свинца (свинца, который все еще содержит значительное количество примесей). Процесс Беттертона-Кролла, разработанный Уильямом Джастином Кроллом в 1922 году, является одним из последних этапов традиционной выплавки свинца . После удаления золота, меди и серебра из свинца остаются значительные количества висмута и сурьмы . Для удаления этих примесей используется процесс Беттертона-Кролла. При этом кальций и магний к расплавленному свинцу при температуре около 380 °C добавляются . Кальций и магний реагируют с висмутом и сурьмой в слитке, образуя сплавы с более высокой температурой плавления, которые затем можно снять с поверхности. В результате этого процесса остается свинец с содержанием висмута менее 0,01 процента по весу. ^{[ 1 ]} Этот процесс имеет решающее значение для выплавки дешевого промышленного свинца и предлагает значительные преимущества по сравнению с более дорогими процессами, такими как электролитический процесс Беттса и фракционная кристаллизация . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Разработка

В начале 1920-х годов Уильям Джастин Кролл разработал процесс удаления висмута из свинца путем добавления кальция. Однако он не был коммерчески жизнеспособным, пока Джесси Оутман Беттертон не усовершенствовал процесс, добавив в процесс магний, что уменьшило общее количество металла, необходимого для очистки свинца. ^{[ 4 ]}

Химический процесс

Ключом к процессу Беттертона-Кролла является добавление металлического кальция и магния в расплавленный слиток свинца. Металлы вступают в реакцию с примесями свинца и образуют на поверхности твердую пленку, которую легко удалить, оставляя после себя гораздо более чистый свинец.

Добавление металла

Процесс Беттертона-Кролла начинается с нагревания слитков свинца примерно до 500 °C. В раствор добавляется кальциево-магниевый сплав, который расплавляется в слиток за 15–20 минут. ^{[ 6 ]} Затем свинцовую смесь охлаждают до точки ликвидуса (самой низкой температуры, при которой сплав становится полностью жидким), что составляет около 320–380 °C. При более низкой температуре кальций и магний реагируют с висмутом и сурьмой в слитке свинца следующим образом: ^{[ 3 ]}

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

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

Удаление шлака

Полученные сплавы имеют температуру плавления выше, чем у остального металла, поэтому они образуют на поверхности твердую пленку или окалину , которую можно снять. ^{[ 3 ]} Расплавленный свинец может оставаться в окалине, поэтому окалину часто сжимают гидравлически, чтобы выдавить оставшийся свинец. ^{[ 7 ]} Благодаря этому процессу содержание висмута в растворе может быть снижено до уровня менее 0,01 мас. % (процент по массе). ^{[ 1 ]}

Восстановление висмута

После того как окалина удалена, ее можно обработать для извлечения висмута. Наиболее распространенным процессом для этого является хлорирование сплава кальция, магния и висмута. ^{[ 8 ]} В процессе хлорирования хлор вступает в реакцию с другими металлами в шлаке и оставляет после себя висмут высокой чистоты.

Вариации и альтернативы

Хотя процесс Беттертона-Кролла является наиболее широко используемым методом, у него есть варианты и альтернативы, которые могут обеспечить преимущества для конкретных случаев использования.

Реакции расплавленной соли

оксиды металлов, смешанные с другими расплавленными солями . Вместо добавления металлических металлов кальция и магния непосредственно в смесь в раствор можно добавлять ^{[ 9 ]} Попав в смесь при высокой температуре, можно использовать электроды для разложения солей на металл и газообразный кислород, чтобы кальций и магний могли свободно образовывать сплавы в растворе. Для оксида кальция происходит следующая реакция:

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

Поскольку кальций образуется в результате реакции и не подвергается воздействию воздуха, метод предотвращает потери в результате окисления. Еще одним преимуществом этого метода является то, что соли кальция зачастую дешевле металлического кальция. ^{[ 10 ]}

Использование центрифуги

Вместо того, чтобы снимать окалину с верхней части расплавленного слитка, кальций и магний можно объединить со свинцовым слитком в центрифуге . Когда центрифуга вращается, расплавленный свинец отделяется от шлака более полно, чем просто ожидая, пока шлак всплывет наверх. Этот процесс также устраняет необходимость гидравлического прессования окалины после экстракции, поскольку в окалине остается очень мало свинца. ^{[ 7 ]}

Электролитический процесс Беттса

Процесс Беттертона-Кролла может снизить концентрацию висмута только примерно до 0,01% по массе. ^{[ 1 ]} Если требуется более высокая чистота, электролитический процесс Беттса . используется ^{[ 2 ]} Однако из-за значительных требований к энергии и оборудованию процесса Беттса процесс Беттертона-Кролла предпочтителен, если не требуется такой высокий уровень чистоты. ^{[ нужна ссылка ]}

Фракционная кристаллизация

Другой способ разделения слитков — фракционная кристаллизация и процесс Паттинсона . В этом процессе для их разделения использовались разные точки плавления металлов в растворе. Благодаря фракционной кристаллизации металлы серебро, медь и висмут могут быть отделены от свинца за один этап. Однако этот процесс не очень эффективен для удаления висмута из-за того, насколько близки точки плавления свинца и висмута друг к другу. ^{[ 5 ]}

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Переработка свинца – Аффинаж» . Британская энциклопедия . Проверено 21 октября 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Гонсалес Домингес, Хосе Альберто; Альберто, Хосе (2011). Электрохимические процессы в слое шламов свинцовых анодов при электрорафинировании Беттса (Диссертация). Университет Британской Колумбии. дои : 10.14288/1.0078559 . HDL : 2429/30919 . OCLC 753010310 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Маллейли, К.; Моррис, ДР (1 января 1990 г.). «Анализ процесса Кролла-Беттертона: удаление висмута из свинцовых слитков» . Канадский металлургический ежеквартальный журнал . 29 (1): 67–71. Бибкод : 1990CaMQ...29...67M . дои : 10.1179/cmq.1990.29.1.67 . ISSN 0008-4433 .
^ Перейти обратно: ^а ^б US1853539A , Оутман, Беттертон Джесси, «Процесс удаления висмута из свинца», выпущено 12 апреля 1932 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Цю, К.; Чен, К.; Винклер, П.; Крюгер, Дж. (апрель 2001 г.). «Поведение меди при очистке свинца фракционной кристаллизацией» . Обогащение полезных ископаемых и добывающая металлургия . 110 (1): 60–62. Бибкод : 2001MPEM..110...60Q . дои : 10.1179/mpm.2001.110.1.60 . ISSN 0371-9553 . S2CID 137570796 .
^ Хиббинс, СГ; Шкаф, Б.; Брей, М. (1 января 1995 г.). «Достижения в области рафинирования и легирования маловисмутового свинца» . Журнал источников энергии . Материалы Четвертой Европейской конференции по свинцовым батареям. 53 (1): 75–83. Бибкод : 1995JPS....53...75H . дои : 10.1016/0378-7753(94)02007-П . ISSN 0378-7753 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Монтанья, Д; Руперт, Дж. А.; Соединенные Штаты; Горное бюро (1977). Удаление висмута из свинца с помощью погружной центрифуги . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство внутренних дел США, Горное управление. OCLC 1139511290 .
^ WO2003074743A2 , Ли, Жуй-Цин и Харрис, Ральф, «Процесс восстановления висмута из свинцово-висмутового шлака», выпущено 12 сентября 2003 г.
^ Фрейдина, Е.Б.; Фрай, диджей (1 августа 2003 г.). «Реакции обмена кальция и магния в свинцовых сплавах под расплавленной солью» . Обогащение полезных ископаемых и добывающая металлургия . 112 (2): 135–136. Бибкод : 2003MPEM..112..135F . дои : 10.1179/037195503225002709 . ISSN 0371-9553 . S2CID 95435976 .
^ Фрейдина, Е.Б.; Фрэй, диджей (август 2002 г.). «Синтез сплавов Pb–Ca электролизом CaO в расплавленных солях» . Обогащение полезных ископаемых и добывающая металлургия . 111 (2): 79–83. Бибкод : 2002MPEM..111...79F . дои : 10.1179/mpm.2002.111.2.79 . ISSN 0371-9553 . S2CID 97304441 .

[:34-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с «Переработка свинца – Аффинаж» . Британская энциклопедия . Проверено 21 октября 2021 г.

[:63-2] Перейти обратно: ^а ^б Гонсалес Домингес, Хосе Альберто; Альберто, Хосе (2011). Электрохимические процессы в слое шламов свинцовых анодов при электрорафинировании Беттса (Диссертация). Университет Британской Колумбии. дои : 10.14288/1.0078559 . HDL : 2429/30919 . OCLC 753010310 .

[:02-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Маллейли, К.; Моррис, ДР (1 января 1990 г.). «Анализ процесса Кролла-Беттертона: удаление висмута из свинцовых слитков» . Канадский металлургический ежеквартальный журнал . 29 (1): 67–71. Бибкод : 1990CaMQ...29...67M . дои : 10.1179/cmq.1990.29.1.67 . ISSN 0008-4433 .

[:53-4] Перейти обратно: ^а ^б US1853539A , Оутман, Беттертон Джесси, «Процесс удаления висмута из свинца», выпущено 12 апреля 1932 г.

[:73-5] Перейти обратно: ^а ^б Цю, К.; Чен, К.; Винклер, П.; Крюгер, Дж. (апрель 2001 г.). «Поведение меди при очистке свинца фракционной кристаллизацией» . Обогащение полезных ископаемых и добывающая металлургия . 110 (1): 60–62. Бибкод : 2001MPEM..110...60Q . дои : 10.1179/mpm.2001.110.1.60 . ISSN 0371-9553 . S2CID 137570796 .

[:12-6] Хиббинс, СГ; Шкаф, Б.; Брей, М. (1 января 1995 г.). «Достижения в области рафинирования и легирования маловисмутового свинца» . Журнал источников энергии . Материалы Четвертой Европейской конференции по свинцовым батареям. 53 (1): 75–83. Бибкод : 1995JPS....53...75H . дои : 10.1016/0378-7753(94)02007-П . ISSN 0378-7753 .

[:42-7] Перейти обратно: ^а ^б Монтанья, Д; Руперт, Дж. А.; Соединенные Штаты; Горное бюро (1977). Удаление висмута из свинца с помощью погружной центрифуги . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство внутренних дел США, Горное управление. OCLC 1139511290 .

[8] WO2003074743A2 , Ли, Жуй-Цин и Харрис, Ральф, «Процесс восстановления висмута из свинцово-висмутового шлака», выпущено 12 сентября 2003 г.

[:2-9] Фрейдина, Е.Б.; Фрай, диджей (1 августа 2003 г.). «Реакции обмена кальция и магния в свинцовых сплавах под расплавленной солью» . Обогащение полезных ископаемых и добывающая металлургия . 112 (2): 135–136. Бибкод : 2003MPEM..112..135F . дои : 10.1179/037195503225002709 . ISSN 0371-9553 . S2CID 95435976 .

[10] Фрейдина, Е.Б.; Фрэй, диджей (август 2002 г.). «Синтез сплавов Pb–Ca электролизом CaO в расплавленных солях» . Обогащение полезных ископаемых и добывающая металлургия . 111 (2): 79–83. Бибкод : 2002MPEM..111...79F . дои : 10.1179/mpm.2002.111.2.79 . ISSN 0371-9553 . S2CID 97304441 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]