鋇的生產工藝/提取工藝
【鋇的制取】
- 工業上金屬鋇的制取包括氧化鋇制取和金屬熱還原（鋁熱還原）制取金屬鋇兩個步驟。
- （1）氧化鋇的制取
- 優質重晶石礦首先需要經手選和浮選，之后經過去鐵和硅后得到含硫酸鋇大于96%的精礦。將粒度小于20目的礦粉與煤或石油焦粉按重量比4∶1混合，在反射爐內于1100℃下焙燒，硫酸鋇被還原成硫化鋇（俗稱"黑灰"），用熱水浸出得到的硫化鋇溶液。為了使硫化鋇轉化成碳酸鋇沉淀，需要向硫化鋇水溶液中加入碳酸鈉或通入二氧化碳。將碳酸鋇與炭粉混合后于800℃以上煅燒，即可制得氧化鋇。需要注意的是，氧化鋇在500-700℃時氧化生成過氧化鋇，在700-800℃時過氧化鋇又可分解生成氧化鋇，因而為了避免生產過氧化鋇，煅燒產物需要在惰性氣體保護下冷卻或淬冷。
- （2）鋁熱還原法生產金屬鋇
- 鋁還原氧化鋇的反應因配料不同有以下兩種：
- 6BaO 2Al→3BaO?Al2O3 3Ba↑
- 或：4BaO 2Al→BaO?Al2O3 3Ba↑
- 在1000～1200℃時，這兩種反應產出的鋇很少，所以需要用真空泵將鋇蒸氣不斷地從反應區轉移到冷凝區，反應才能不斷向右進行。反應后的殘渣有毒，需經處理才能棄去。
【常見鋇化合物的制取】
- （1）碳酸鋇的制備方法
- ①碳化法
- 碳化法主要是將重晶石和煤按照一定比例混合，經破碎進入回轉爐在1100-1200℃下焙燒還原制得硫化鋇熔體。在硫化鋇溶液中通入二氧化碳進行碳化，反應如下：
- BaS CO2 H2O=BaCO3 H2S
- 將得到的碳酸鋇漿液經脫硫洗滌和真空過濾，然后在300℃下進行干燥、粉碎，即可得到碳酸鋇成品。該方法工藝簡單、成本低，因而被大多數廠家采用。
- ②復分解法
- 由硫化鋇與碳酸銨進行復分解反應，反應如下：
- BaS (NH4)2CO3=BaCO3 (NH4)2S
- 或用氯化鋇與碳酸鉀反應，反應如下：
- BaCl2 K2CO3=BaCO3 2KCl
- 反應所得的產物再經洗滌、過濾、干燥等，即可以得到碳酸鋇成品。
- ③毒重石化法
- 將毒重石礦粉與銨鹽反應生成可溶性鋇鹽，同時將碳酸銨回收使用，可溶性鋇鹽加入碳酸銨沉淀出精制碳酸鋇，經過濾、干燥后制成成品。此外，得到的母液可回收循環使用。反應如下：
- BaCO3 2HCl=BaCl2 H2O CO2
- BaCl2 2NH4OH=Ba(OH)2 2NH4Cl
- Ba(OH)2 CO2=BaCO3 H2O
- （2）鈦酸鋇的制取方法
- ①固相法
- 通過煅燒碳酸鋇和二氧化鈦可制得鈦酸鋇，其中可摻雜任意其他材料。反應如下：
- TiO2 BaCO3 = BaTiO3 CO2↑
- ②共沉淀法
- 將氯化鋇和四氯化鈦按等物質混合溶解，加熱至70°C，然后滴入草酸，得到水合草酸鈦酰鋇[BaTiO(C2O4)2?4H2O]沉淀，經洗滌、干燥，再進行熱解，最后得到鈦酸鋇。反應如下：
- BaCl2 TiCl4 2H2C2O4 5H2O = BaTiO(C2O4)2?4H2O↓ 6HCl
- BaTiO(C2O4)2?4H2O = BaTiO3 2CO2↑ 2CO↑ 4H2O
- 偏鈦酸經打漿后加入氯化鋇溶液，然后在攪拌下加入碳酸銨，生成碳酸鋇和偏鈦酸共沉淀，煅燒后得產品。反應如下：
- BaCl2 (NH4)2CO3 = BaCO3 2NH4Cl
- H2TiO3 BaCO3 = BaTiO3 CO2↑ H2O
- （3）氯化鋇的制取方法
- 氯化鋇的生產工藝按方法或原料的不同，主要有鹽酸法、碳酸鋇法、氯化鈣法和氯化鎂法。
- ①鹽酸法。用鹽酸處理硫化鋇，主要反應為：
- BaS 2HCI=BaCl2 H2S↑ Q
- ②碳酸鋇法。以毒重石(碳酸鋇)為原料制得，主要反應有：
- BaCO3 2HCI=BaCl2 CO2↑ H2O
- ③碳化法
- ④氯化鈣法。用碳還原重晶石與氯化鈣的混合物。
- 此外，還有氯化鎂法。用氯化鎂處理硫化鋇制得。
鋇對自然環境的影響
【鋇對土壤和水資源的影響】
- 巖石中的鋇鋇在地殼中的含量位列第14位，大多數土壤中都含有低濃度的鋇。但是，除了含鋇礦石的風化，鋇礦的開采、冶煉及鋇化合物的生產都可能會將鋇釋放到環境中。此外，人類在日常生活中使用含鋇物品也可能增加環境中鋇的含量，如防治農業害蟲劑或殺鼠藥中含有可溶性鋇鹽氯化鋇、碳酸鋇等。
- 鋇在水、土壤、沉積物中存在的時間取決于鋇存在的形式，如硫酸鋇和碳酸鋇不溶于水，在環境中存在的時間較長，而氯化鋇、硝酸鋇和氫氧化鋇等易溶于水，在環境中存在的時間較短。這些易溶于水中的化合物與水中存在的硫酸鹽和碳酸鹽發生反應，生成難溶的硫酸鋇、碳酸鋇。硫酸鋇和碳酸鋇是土壤和水源中最常見的鋇化合物。當鋇化合物被魚及其他水生生物吸入體內，這些物質就會在它們體內富集。
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