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ベタートン・クロール法は、鉛地金（依然としてかなりの量の不純物を含む鉛）から鉛を精錬する乾式冶金法です。1922年にウィリアム・ジャスティン・クロールによって開発されたベタートン・クロール法は、従来の鉛製錬の最終段階の1つです。鉛から金、銅、銀を取り除いた後、かなりの量のビスマスとアンチモンが残ります。ベタートン・クロール法は、これらの不純物を取り除くために使用されます。このプロセスでは、カルシウムとマグネシウムを約380℃の温度で溶融鉛に加えます。カルシウムとマグネシウムは地金内のビスマスとアンチモンと反応して、より融点の高い合金を形成し、これを表面から取り除くことができます。このプロセスでは、重量で0.01パーセント未満のビスマスを含む鉛が残ります。[1]このプロセスは安価な工業用鉛製錬に不可欠であり、ベッツ電解法や分別結晶化法などのより高価なプロセスに比べて大きな利点があります。[2] [3] [4] [5]
発達
1920年代初頭、ウィリアム・ジャスティン・クロールはカルシウムを加えることで鉛からビスマスを除去する方法を開発した。しかし、ジェシー・オートマン・ベタートンがマグネシウムを加えることでプロセスを改良し、鉛の精製に必要な金属の総量を減らすまで、この方法は商業的に実現可能ではなかった。 [4]
化学プロセス
ベタートン・クロール法の鍵は、溶融鉛地金にカルシウムとマグネシウムの金属を加えることです。金属は鉛の不純物と反応して表面に固体の膜を形成しますが、これは簡単に除去でき、より純度の高い鉛が残ります。
金属添加
ベタートン・クロール法は、鉛地金を約500℃に加熱することから始まります。カルシウムマグネシウム合金を溶液に加えると、15～20分で地金に溶け込みます。[6]次に、鉛混合物を液相線（合金が完全に液体になる最低温度）である約320～380℃まで冷却します。低温では、カルシウムとマグネシウムが鉛地金中のビスマスとアンチモンと次のように反応します。[3]
ドロスの除去
製造された合金は、金属の残りの部分よりも融点が高いため、表面に固形の膜、つまりドロスを形成し、それをすくい取ることができます。 [3]溶融鉛はドロスに閉じ込められたままになる可能性があるため、ドロスは残っている鉛を絞り出すために油圧でプレスされることがよくあります。 [7]このプロセスにより、溶液中のビスマスを0.01重量%（重量パーセント）未満に減らすことができます。[1]
ビスマス回収
ドロスをすくい取った後、ビスマスを回収する処理を施すことができます。この最も一般的な方法は、カルシウム・マグネシウム・ビスマス合金の塩素化です。 [8]塩素化プロセスでは、塩素がドロス内の他の金属と反応し、高純度のビスマスが残ります。
バリエーションと代替案
Betterton-Kroll プロセスは最も広く使用されている方法ですが、特定のユースケースに利点をもたらすバリエーションや代替方法があります。
溶融塩反応
カルシウムとマグネシウムの金属を混合物に直接加える代わりに、他の溶融塩と混合した金属の酸化物を溶液に加えることもできます。[9]高温の混合物に入れたら、電極を使用して塩を金属と酸素ガスに分解し、カルシウムとマグネシウムが溶液中で自由に合金を形成できるようにします。酸化カルシウムの場合、発生する反応は次のとおりです。
カルシウムは反応によって生成され、空気にさらされる時間がないため、この方法は酸化による損失を防ぎます。この方法のもう1つの利点は、カルシウム塩が金属カルシウムよりも安価であることが多いことです。[10]
遠心分離機の使用
溶融した地金の上からドロスをすくい取る代わりに、カルシウムとマグネシウムを遠心分離機で鉛地金と混合することができます。遠心分離機を回転させると、ドロスが上に浮かぶのを待つよりも、溶融した鉛がより完全にドロスから分離されます。このプロセスでは、ドロスに閉じ込められる鉛が非常に少ないため、抽出後にドロスを油圧でプレスする必要もありません。[7]
ベッツ電解プロセス
ベッタートン・クロール法では、ビスマス濃度を質量比で約0.01%までしか下げることができません。[1]より高い純度が必要な場合は、ベッツ電解法が使用されます。[2]ただし、ベッツ法には多大なエネルギーと設備が必要であるため、それほど高い純度が必要ない場合は、ベッタートン・クロール法が適しています。[要出典]
分別結晶化
地金を分離する別の方法は、分別結晶化とパティンソン法です。この方法では、溶液中の金属の異なる融点を利用して金属を分離します。分別結晶化により、銀、銅、ビスマスの金属を1つのステップで鉛から分離できます。ただし、鉛とビスマスの融点が近いため、このプロセスはビスマスの除去にはあまり効果的ではありません。[5]
参照
参考文献
- ^ abc 「鉛処理 - 精製」。ブリタニカ百科事典。 2021年10月21日閲覧。
- ^ ab ゴンサレス・ドミンゲス、ホセ・アルベルト;アルベルト、ホセ (2011)。ベッツ電解精製中の鉛陽極のスライム層内の電気化学プロセス (論文)。ブリティッシュコロンビア大学。土井：10.14288/1.0078559。hdl :2429/30919。OCLC 753010310。
- ^ abc Mallaley, K.; Morris, DR (1990年1月1日). 「Kroll-Betterton法の分析：鉛地金からのビスマスの除去」. Canadian Metallurgical Quarterly . 29 (1): 67–71. Bibcode :1990CaMQ...29...67M. doi :10.1179/cmq.1990.29.1.67. ISSN 0008-4433.
- ^ ab US1853539A、オートマン、ベタートン・ジェシー、「鉛からビスマスを除去する方法」、1932-04-12発行
- ^ ab Qiu, K.; Chen, Q.; Winkler, P.; Krüger, J. (2001 年 4 月). 「分別結晶化による鉛の精製における銅の挙動」.鉱物処理および抽出冶金. 110 (1): 60–62. Bibcode :2001MPEM..110...60Q. doi :10.1179/mpm.2001.110.1.60. ISSN 0371-9553. S2CID 137570796.
- ^ Hibbins, SG; Closset, B.; Bray, M. (1995年1月1日). 「低ビスマス鉛の精製と合金化の進歩」. Journal of Power Sources . Proceedings of the Fourth European Lead Battery Conference. 53 (1): 75–83. Bibcode :1995JPS....53...75H. doi :10.1016/0378-7753(94)02007-P. ISSN 0378-7753.
- ^ ab Montagna, D; Ruppert, J. A; 米国; 鉱山局 (1977)。水中遠心分離機による鉛からのビスマスの除去。ワシントン D.C.: 米国内務省、鉱山局。OCLC 1139511290 。
- ^ WO2003074743A2、Li, Rui-Qing & Harris, Ralph、「鉛ビスマスドロスからのビスマス回収方法」、2003-09-12発行
- ^ Freidina, EB; Fray, DJ (2003年8月1日). 「溶融塩下における鉛合金のカルシウム–マグネシウム交換反応」.鉱物処理および抽出冶金. 112 (2): 135–136. Bibcode :2003MPEM..112..135F. doi :10.1179/037195503225002709. ISSN 0371-9553. S2CID 95435976.
- ^ Freydina, EB; Fray, DJ (2002 年 8 月). 「溶融塩中の CaO の電気分解による Pb–Ca 合金の合成」.鉱物処理および抽出冶金. 111 (2): 79–83. Bibcode :2002MPEM..111...79F. doi :10.1179/mpm.2002.111.2.79. ISSN 0371-9553. S2CID 97304441.