钡的生产工艺/提取工艺
【钡的制取】
- 工业上金属钡的制取包括氧化钡制取和金属热还原（铝热还原）制取金属钡两个步骤。
- （1）氧化钡的制取
- 优质重晶石矿首先需要经手选和浮选，之后经过去铁和硅后得到含硫酸钡大于96%的精矿。将粒度小于20目的矿粉与煤或石油焦粉按重量比4∶1混合，在反射炉内于1100℃下焙烧，硫酸钡被还原成硫化钡（俗称"黑灰"），用热水浸出得到的硫化钡溶液。为了使硫化钡转化成碳酸钡沉淀，需要向硫化钡水溶液中加入碳酸钠或通入二氧化碳。将碳酸钡与炭粉混合后于800℃以上煅烧，即可制得氧化钡。需要注意的是，氧化钡在500-700℃时氧化生成过氧化钡，在700-800℃时过氧化钡又可分解生成氧化钡，因而为了避免生产过氧化钡，煅烧产物需要在惰性气体保护下冷却或淬冷。
- （2）铝热还原法生产金属钡
- 铝还原氧化钡的反应因配料不同有以下两种：
- 6BaO 2Al→3BaO•Al2O3 3Ba↑
- 或：4BaO 2Al→BaO•Al2O3 3Ba↑
- 在1000～1200℃时，这两种反应产出的钡很少，所以需要用真空泵将钡蒸气不断地从反应区转移到冷凝区，反应才能不断向右进行。反应后的残渣有毒，需经处理才能弃去。
【常见钡化合物的制取】
- （1）碳酸钡的制备方法
- ①碳化法
- 碳化法主要是将重晶石和煤按照一定比例混合，经破碎进入回转炉在1100-1200℃下焙烧还原制得硫化钡熔体。在硫化钡溶液中通入二氧化碳进行碳化，反应如下：
- BaS CO2 H2O=BaCO3 H2S
- 将得到的碳酸钡浆液经脱硫洗涤和真空过滤，然后在300℃下进行干燥、粉碎，即可得到碳酸钡成品。该方法工艺简单、成本低，因而被大多数厂家采用。
- ②复分解法
- 由硫化钡与碳酸铵进行复分解反应，反应如下：
- BaS (NH4)2CO3=BaCO3 (NH4)2S
- 或用氯化钡与碳酸钾反应，反应如下：
- BaCl2 K2CO3=BaCO3 2KCl
- 反应所得的产物再经洗涤、过滤、干燥等，即可以得到碳酸钡成品。
- ③毒重石化法
- 将毒重石矿粉与铵盐反应生成可溶性钡盐，同时将碳酸铵回收使用，可溶性钡盐加入碳酸铵沉淀出精制碳酸钡，经过滤、干燥后制成成品。此外，得到的母液可回收循环使用。反应如下：
- BaCO3 2HCl=BaCl2 H2O CO2
- BaCl2 2NH4OH=Ba(OH)2 2NH4Cl
- Ba(OH)2 CO2=BaCO3 H2O
- （2）钛酸钡的制取方法
- ①固相法
- 通过煅烧碳酸钡和二氧化钛可制得钛酸钡，其中可掺杂任意其他材料。反应如下：
- TiO2 BaCO3 = BaTiO3 CO2↑
- ②共沉淀法
- 将氯化钡和四氯化钛按等物质混合溶解，加热至70°C，然后滴入草酸，得到水合草酸钛酰钡[BaTiO(C2O4)2•4H2O]沉淀，经洗涤、干燥，再进行热解，最后得到钛酸钡。反应如下：
- BaCl2 TiCl4 2H2C2O4 5H2O = BaTiO(C2O4)2•4H2O↓ 6HCl
- BaTiO(C2O4)2•4H2O = BaTiO3 2CO2↑ 2CO↑ 4H2O
- 偏钛酸经打浆后加入氯化钡溶液，然后在搅拌下加入碳酸铵，生成碳酸钡和偏钛酸共沉淀，煅烧后得产品。反应如下：
- BaCl2 (NH4)2CO3 = BaCO3 2NH4Cl
- H2TiO3 BaCO3 = BaTiO3 CO2↑ H2O
- （3）氯化钡的制取方法
- 氯化钡的生产工艺按方法或原料的不同，主要有盐酸法、碳酸钡法、氯化钙法和氯化镁法。
- ①盐酸法。用盐酸处理硫化钡，主要反应为：
- BaS 2HCI=BaCl2 H2S↑ Q
- ②碳酸钡法。以毒重石(碳酸钡)为原料制得，主要反应有：
- BaCO3 2HCI=BaCl2 CO2↑ H2O
- ③碳化法
- ④氯化钙法。用碳还原重晶石与氯化钙的混合物。
- 此外，还有氯化镁法。用氯化镁处理硫化钡制得。
钡对自然环境的影响
【钡对土壤和水资源的影响】
- 岩石中的钡钡在地壳中的含量位列第14位，大多数土壤中都含有低浓度的钡。但是，除了含钡矿石的风化，钡矿的开采、冶炼及钡化合物的生产都可能会将钡释放到环境中。此外，人类在日常生活中使用含钡物品也可能增加环境中钡的含量，如防治农业害虫剂或杀鼠药中含有可溶性钡盐氯化钡、碳酸钡等。
- 钡在水、土壤、沉积物中存在的时间取决于钡存在的形式，如硫酸钡和碳酸钡不溶于水，在环境中存在的时间较长，而氯化钡、硝酸钡和氢氧化钡等易溶于水，在环境中存在的时间较短。这些易溶于水中的化合物与水中存在的硫酸盐和碳酸盐发生反应，生成难溶的硫酸钡、碳酸钡。硫酸钡和碳酸钡是土壤和水源中最常见的钡化合物。当钡化合物被鱼及其他水生生物吸入体内，这些物质就会在它们体内富集。
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