一、发现小史:
1774年,瑞典化学家舍勒(C.W.Scheek)发现氧化钡是一中密度大的不溶于水的固体氧化物,称之为(Baryta)“重土”。1808年英国化学家戴维(H.Davey)用汞作阴极,铂作阳极,电解重晶石(BaSO
4),制得钡汞剂,经蒸馏去汞后,得到一种纯度不高的金属,并以希腊文barys(重)命名。
二、钡的性质:
钡的化学性质十分活泼,在高温下与氧和卤素猛烈反应,并放出大量的热。与水反应强烈,放出氢气。温度升高后,可与氢气生成氢化钡(BaH
2),与氮生成氮化钡(BaN
2),与碳生成碳化钡(BaC
2)。钡的还原性很强,它可以还原大多数金属的氧化物、卤化物、硫化物而得到相应的金属。主要的物理性质见钡表—1。
钡表—1 钡的主要物理性质
密度(20ºC)
熔点
沸点
平均比热(0—100ºC)
溶化热
汽化热
电阻率(20ºC) |
3.50
729
2130
2850
7.66
177.1
60 |
g/cm3
ºC
ºC
J/(kg.k)
kJ/mol
kJ/mol
μΩ.cm |
三、钡的资源:
自然界主要钡的矿物有三种。
重晶石的化学成分为硫酸钡(BaSO
4),含BaO65.7%,SO
334.33%。
毒重石的化学成分为碳酸钡(BaCO
3) ,含BaO77.7%,CO
222.3%。毒重石一般不能富集成矿,只在重晶石矿床中以副矿物产出。
上述矿物种,一般均含有锶、钙等杂质。
此外,硅钡石(BaSiO
5)含钡50%,亦可作为生产化学制品的钡来源。
1、对于各类钡的矿床工业要求:
一般的要求如下:
边界品位:BaSO
430%
工业品位:BaSO
450%
可采厚度:≥1m
夹石剔除厚度:≥1m
(毒重石的要求可参照上列指标)
具体到具体矿床,也稍有区别。
(1)福建永安李坊重晶石矿
边界品位:BaSO
430%
最低工业品位:BaSO
450%
矿石品级划分:一级品BaSO
4>90%;二级品BaSO
4>50~90%
可采厚度:1.5m
夹石剔除厚度:1.5m
(2)湖北睢县重晶石矿
边界品位:BaSO
450%
工业品位:BaSO
470%
矿石品级划分:一级品BaSO
4>90%;二级品BaSO
4>70~90%
可采厚度:0.7m
夹石剔除厚度:1m
(3)广西象州潘村、寺村重晶石矿
边界品位:BaSO
420%
工业品位:BaSO
445%
可采厚度:0.8m
夹石剔除厚度:2m
上述指标适用于脉状矿。
堆积矿(指可随原生矿附带开采):含矿率500千克/米3(BaSO
4>50%),可采厚度0.3m。
(4)浙江伴生重晶矿床
边界品位:五要求
工业品位:8%
可采厚度:1m
夹石剔除厚度:2m
对钡矿床要进行综合评价,重晶石常与各种硫化物(黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿)及其氧化产物以及石英、碧玉、菱镁矿、菱锰矿、天青石、萤石等矿物共生;在有色金属矿、金银稀土矿床中重晶石是主要脉石矿物,应注意综合评价综合勘探。
2、工业部门对矿石质量的要求:
(1)化工用毒重石
BaSO
3>36%;R
2O
3<1.5%;CaO<7%
(2)化工用重晶石(富矿或精矿)
品 级 |
BaSO4
(%) |
SiO2
(%) |
Fe2o3
(%) |
Al2o3
(%) |
水溶盐
(%) |
Ⅰ级 |
95 |
<1.5 |
<0.5 |
<1.0 |
<0.3 |
Ⅱ级 |
90 |
<2.5 |
<1.5 |
<2.0 |
<1.0 |
Ⅲ级 |
85 |
<2.5 |
<1.5 |
<2.0 |
<1.0 |
(油漆用洁白度要高)
(3)橡胶填充料用重晶石粉
项目
品级 |
水分
(%) |
BaSO4
(%) |
SiO2
(%) |
水溶物
(%) |
比重 |
Ⅰ级 |
0.3 |
97 |
<0.5 |
<0.3 |
4.3-4.6 |
Ⅱ级 |
0.5 |
95 |
<0.5 |
<0.3 |
4.3-4.6 |
3、钻井泥浆加重剂用重晶石粉
国际O.C.N.A标准:
密度:4.2×10
3kg/m
3
湿筛分析:用U.S200目筛余量<3%
用U.S325目筛余量5—15%
水溶盐(物):<0.1%
视粘度:当密度为2.5×10
3kg/m
3重晶石粉蒸馏水悬浮液加1%的石膏后,视粘度不得超过125厘泊。
我国重晶石资源丰富储量世界第一,全国100处储量3亿吨。1990年全国重晶石产量300—400万吨。
四、钡的制取
1、氧化钡的制取
采用优质重晶石矿,或经手选和浮选,除去铁和硅后,得到含硫酸钡(BaSO
4(%))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1100ºC下焙烧,硫酸钡被还原成硫化钡(BaS),俗称“黑灰”。用热水浸出得到BaS溶液。向BaS水溶液中加入碳酸钠或通入二氧化碳,使硫化钠转化成碳酸钡(BaCO
3)沉淀。将BaCO
3与碳粉混合后,于800ºC以上煅烧,制得氧化钡(BaO)。BaO能在500—700ºC氧化生成过氧化钡(BaO
2),700—800ºC时BaO
2又分解生成BaO;因而要求煅烧产物在惰性气体保护下冷却或淬冷,以免生成BaO
2。
2、铝热还原法生产金属钡
因配料不同,铝还原氧化钡的反应可能有两种,反应式为:
6BaO+2Al→3BaO.Al
2O
3+3Ba↑
或 4BaO+2Al→BaO.Al
2O
3+3Ba↑
这两种反应在1000—1200ºC时,都只能生成少量的钡,因此,必须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,需要处理才能弃去。
五、钡的用途
金属钡的主要用途是作消气剂,以除去真空管和电视显象管内的痕量气体。在蓄电池极板的铝合金中加入少量的钡,能改善性能。钡也可作球化剂和脱气合金,用于制造球墨铸铁和精炼金属。钡的化合物用途广泛,重晶石可作钻探用的泥浆。锌钡白(BaSO
4、ZnS和ZnO的混合物)俗称立德粉,是一种常用的白色颜料。钛酸钡(BaTiO
3)压电陶瓷广泛用作仪器中的换能器。钡盐(如硝酸钡)燃烧时,呈明亮的绿黄色,大量用于制造焰火和信号弹。硫酸钡常用于医学
X射线肠胃诊察,俗称“钡餐造影”。
金属钡用充氩气的塑料包装后,再装入充氩气的铁桶内密封保存。钡经真空蒸馏可制得高纯钡。