กระบวนการเบตเตอร์ตัน-โครลล์ (Betterton–Kroll Process)เป็น กระบวนการ ทางโลหะวิทยาความร้อนสูงสำหรับการกลั่นตะกั่วจากตะกั่วแท่ง (ตะกั่วที่ยังคงมีสิ่งเจือปนอยู่เป็นจำนวนมาก) กระบวนการนี้ได้รับการพัฒนาโดยวิลเลียม จัสติน โครลล์ (William Justin Kroll)ในปี 1922 และเป็นหนึ่งในขั้นตอนสุดท้ายของ การ ถลุงตะกั่ว แบบดั้งเดิม หลังจากที่แยกทองคำ ทองแดง และเงินออกจากตะกั่วแล้ว จะยังคงมี บิสมัทและแอนติโมนีเหลืออยู่เป็นจำนวนมาก กระบวนการเบตเตอร์ตัน-โครลล์ใช้เพื่อกำจัดสิ่งเจือปนเหล่านี้ ในกระบวนการนี้ จะมีการเติม แคลเซียมและแมกนีเซียมลงในตะกั่วหลอมเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 380 องศาเซลเซียส แคลเซียมและแมกนีเซียมจะทำปฏิกิริยากับบิสมัทและแอนติโมนีในตะกั่วแท่งเพื่อสร้างโลหะผสม ที่มี จุดหลอมเหลวสูงกว่าซึ่งสามารถตักออกจากผิวหน้าได้ กระบวนการนี้ทำให้เหลือตะกั่วที่มีบิสมัทน้อยกว่า 0.01 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก^{[ 1 ]}กระบวนการนี้มีความสำคัญต่อการถลุงตะกั่วในระดับอุตสาหกรรมราคาถูก และมีข้อดีมากมายเมื่อเทียบกับกระบวนการที่มีราคาแพงกว่า เช่นกระบวนการอิเล็กโทรไลติกของ Bettsและการตกผลึกแบบแยกส่วน^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

ในช่วงต้นทศวรรษ 1920 วิลเลียม จัสติน โครลล์ได้พัฒนาวิธีการกำจัดบิสมัทออกจากตะกั่วโดยการเติมแคลเซียม อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ยังไม่คุ้มค่าในเชิงพาณิชย์จนกระทั่งเจสซี โอตแมน เบตเตอร์ตันปรับปรุงกระบวนการโดยการเติมแมกนีเซียมเข้าไปในกระบวนการ ซึ่งทำให้ปริมาณโลหะทั้งหมดที่จำเป็นในการกลั่นตะกั่วลดลง^{[ 4 ]}

หัวใจสำคัญของกระบวนการเบตเตอร์ตัน-โครลล์ คือการเติมโลหะแคลเซียมและแมกนีเซียมลงในตะกั่วหลอมเหลว โลหะเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับสิ่งเจือปนในตะกั่วและก่อตัวเป็นฟิล์มแข็งบนพื้นผิว ซึ่งสามารถกำจัดออกได้ง่าย ทำให้ได้ตะกั่วที่บริสุทธิ์กว่ามาก

กระบวนการ Betterton–Kroll เริ่มต้นด้วยการให้ความร้อนแก่ตะกั่วแท่งจนถึงประมาณ 500 °C จากนั้นเติมโลหะผสมแคลเซียม-แมกนีเซียมลงในสารละลาย ซึ่งจะหลอมละลายเข้าไปในตะกั่วแท่งภายใน 15–20 นาที^{[ 6 ]} จาก นั้นจึงทำให้ส่วนผสมของตะกั่วเย็นลงจนถึงจุดหลอมเหลว (อุณหภูมิต่ำสุดที่โลหะผสมเป็นของเหลวโดยสมบูรณ์) ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 320-380 °C ที่อุณหภูมิต่ำกว่านี้ แคลเซียมและแมกนีเซียมจะทำปฏิกิริยากับบิสมัทและแอนติโมนีในตะกั่วแท่งในลักษณะดังต่อไปนี้: ^{[ 3 ]}

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

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

โลหะผสมที่ผลิตได้มีจุดหลอมเหลวสูงกว่าโลหะส่วนที่เหลือ ดังนั้นจึงเกิดเป็นฟิล์มแข็งหรือกากตะกอนบนพื้นผิวที่สามารถตักออกได้^{[ 3 ]}ตะกั่วหลอมเหลวอาจติดอยู่ในกากตะกอน ดังนั้นกากตะกอนจึงมักถูกอัดด้วยระบบไฮดรอลิกเพื่อบีบตะกั่วที่เหลืออยู่ออกมา^{[ 7 ]}ด้วยกระบวนการนี้ บิสมัทในสารละลายสามารถลดลงเหลือต่ำกว่า 0.01 wt.% (เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก) ^{[ 1 ]}

หลังจากแยกกากออกแล้ว สามารถนำไปบำบัดเพื่อกู้คืนบิสมัทได้ กระบวนการที่พบได้บ่อยที่สุดคือการคลอริเนชันของโลหะผสมแคลเซียม-แมกนีเซียม-บิสมัท^{[ 8 ]}ในกระบวนการคลอริเนชัน คลอรีนจะทำปฏิกิริยากับโลหะอื่นๆ ในกากและทิ้งบิสมัทที่มีความบริสุทธิ์สูงไว้

แม้ว่ากระบวนการ Betterton–Kroll จะเป็นวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด แต่ก็มีรูปแบบและทางเลือกอื่นๆ ที่สามารถให้ประโยชน์ในกรณีการใช้งานเฉพาะได้

แทนที่จะเติมโลหะแคลเซียมและแมกนีเซียมลงในส่วนผสมโดยตรงสามารถเติม ออกไซด์ของโลหะที่ผสมกับ เกลือหลอมเหลว อื่นๆ ลงในสารละลายได้ ^{[ 9 ]}เมื่ออยู่ในส่วนผสมที่อุณหภูมิสูง สามารถใช้อิเล็กโทรดเพื่อสลายเกลือให้เป็นโลหะและก๊าซออกซิเจน ทำให้แคลเซียมและแมกนีเซียมสามารถสร้างโลหะผสมในสารละลายได้ สำหรับแคลเซียมออกไซด์ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นคือ:

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

เนื่องจากแคลเซียมถูกผลิตขึ้นโดยปฏิกิริยาและไม่สัมผัสกับอากาศเป็นเวลานาน วิธีนี้จึงป้องกันการสูญเสียจากการออกซิเดชัน ข้อดีอีกประการหนึ่งของวิธีนี้คือเกลือของแคลเซียมมักมีราคาถูกกว่าโลหะแคลเซียม^{[ 10 ]}

แทนที่จะตักตะกอนออกจากด้านบนของโลหะหลอมเหลว แคลเซียมและแมกนีเซียมสามารถรวมเข้ากับโลหะตะกั่วในเครื่องเหวี่ยงแยกได้ เมื่อเครื่องเหวี่ยงแยกหมุน โลหะตะกั่วหลอมเหลวจะแยกออกจากตะกอนได้อย่างสมบูรณ์มากกว่าการรอให้ตะกอนลอยขึ้นมาด้านบน กระบวนการนี้ยังช่วยขจัดความจำเป็นในการอัดตะกอนด้วยระบบไฮดรอลิกหลังจากการสกัด เนื่องจากมีตะกั่วติดอยู่ในตะกอนน้อยมาก^{[ 7 ]}

กระบวนการ Betterton–Kroll สามารถลดความเข้มข้นของบิสมัทได้เพียงประมาณ 0.01% โดยมวล^{[ 1 ]}หากต้องการความบริสุทธิ์ที่สูงกว่าจะใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลติกของ Betts ^{[ 2 ]}อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกระบวนการ Betts ต้องการพลังงานและอุปกรณ์จำนวนมาก กระบวนการ Betterton–Kroll จึงเป็นที่นิยมมากกว่าหากไม่ต้องการความบริสุทธิ์ในระดับสูงเช่นนั้น

อีกวิธีหนึ่งในการแยกโลหะมีค่าคือการตกผลึกแบบเศษส่วนและกระบวนการแพตตินสันกระบวนการนี้ใช้จุดหลอมเหลวที่แตกต่างกันของโลหะในสารละลายเพื่อแยกออกจากกัน โดยการตกผลึกแบบเศษส่วน โลหะเงิน ทองแดง และบิสมัทสามารถแยกออกจากตะกั่วได้ในขั้นตอนเดียว อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ไม่มีประสิทธิภาพมากนักในการกำจัดบิสมัทเนื่องจากจุดหลอมเหลวของตะกั่วและบิสมัทอยู่ใกล้กันมาก^{[ 5 ]}

• โรงถลุงตะกั่ว
• การถลุงตะกั่ว