Evaluación del proceso de cloruración como alternativa para la remoción de Pb en la refinación pirometalúrgica de aleaciones Sn - Pb (95/5)

Abstract

La refinación pirometalúrgica de aleaciones base estaño constituye una etapa crítica para la obtención de metales de alta pureza, particularmente cuando se trata de aleaciones Sn–Sb empleadas en aplicaciones industriales que exigen estrictos límites de impurezas. Entre los elementos acompañantes, el plomo representa una impureza de especial relevancia debido a su elevada solubilidad en el estaño fundido y a la formación de fases intermetálicas estables que dificultan su remoción mediante métodos convencionales como la oxidación selectiva, la escoriación o la sedimentación térmica. Estas limitaciones han motivado la evaluación de rutas alternativas de refinación con mayor selectividad y eficiencia metalúrgica. La presente investigación tuvo como objetivo evaluar el proceso de cloruración como alternativa para la remoción de plomo en la refinación pirometalúrgica de aleaciones Sn–Sb (95/5), bajo condiciones controladas de laboratorio. La investigación se desarrolló mediante un enfoque cuantitativo y un diseño no experimental, considerando como unidad de análisis lotes de 50 kg de aleación Sn–Sb (95/5) fundidos a un rango de temperatura de 250–255 °C. El proceso de refinación se efectuó mediante adiciones sucesivas de una solución acuosa de cloruro estañoso (SnCl₂), variando la densidad de la solución refinadora y el volumen acumulado incorporado al sistema, mientras se mantuvieron constantes la temperatura y la velocidad de agitación. La evaluación de la eficiencia del proceso se realizó a partir del análisis químico del contenido inicial y final de plomo en la aleación, empleando espectrometría de emisión óptica. Los resultados evidenciaron que el proceso de cloruración permitió una disminución significativa del contenido de Pb, asociada a la formación preferencial de cloruro de plomo (PbCl₂) como residuo superficial, el cual fue retirado del baño metálico en forma de dross. Asimismo, se observó que el incremento de la densidad de la solución refinadora influyó positivamente en la eficiencia de remoción, identificándose condiciones operativas que permitieron cumplir con los límites establecidos por normas internacionales para aleaciones de estaño. Finalmente, el estudio evidencio que la cloruración selectiva mediante SnCl₂ constituye una alternativa técnica viable para la remoción de plomo en aleaciones Sn–Sb (95/5), sustentada en criterios termodinámicos de afinidad química y estabilidad de haluros metálicos.

The pyrometallurgical refining of tin-based alloys constitutes a critical stage for obtaining high-purity metals, particularly in the case of Sn–Sb alloys used in industrial applications that require strict impurity limits. Among the accompanying elements, lead represents an impurity of special relevance due to its high solubility in molten tin and the formation of stable intermetallic phases, which hinder its removal through conventional methods such as selective oxidation, slagging, or thermal settling. These limitations have motivated the evaluation of alternative refining routes with greater selectivity and metallurgical efficiency. The present investigation had the objective of evaluating the chlorination process as an alternative for lead removal in the pyrometallurgical refining of Sn–Sb (95/5) alloys under controlled laboratory conditions. The study was conducted using a quantitative approach and a non-experimental design, considering 50 kg batches of Sn–Sb (95/5) alloy as the unit of analysis, melted within a temperature range of 250–255 °C. The refining process was carried out through successive additions of an aqueous stannous chloride (SnCl₂) solution, varying the density of the refining solution and the cumulative volume added to the system, while temperature and agitation speed were kept constant. The evaluation of process efficiency was performed through chemical analysis of the initial and final lead content in the alloy, using optical emission spectrometry. The results demonstrated that the chlorination process enabled a significant reduction in Pb content, associated with the preferential formation of lead chloride (PbCl₂) as a superficial residue, which was removed from the molten bath in the form of dross. Additionally, it was observed that increasing the density of the refining solution had a positive influence on lead removal efficiency, allowing the identification of operating conditions that comply with international standards for tin alloys. Finally, the study demonstrated that selective chlorination using SnCl₂ constitutes a technically viable alternative for lead removal in Sn–Sb (95/5) alloys, supported by thermodynamic criteria of chemical affinity and stability of metallic halides.