Bariumextraktionsprozess

(1) Herstellung von Bariumoxid 

Hochwertiges Baryterz muss zunächst von Hand ausgewählt und flotiert werden. Anschließend werden Eisen und Silizium entfernt, um ein Konzentrat mit über 96 % Bariumsulfat zu erhalten. Das Erzpulver mit einer Partikelgröße von weniger als 20 Mesh wird im Gewichtsverhältnis 4:1 mit Kohle oder Petrolkokspulver vermischt und bei 1100 °C in einem Flammofen geröstet. Das Bariumsulfat wird zu Bariumsulfid (allgemein als „Schwarzasche“ bekannt) reduziert und die erhaltene Bariumsulfidlösung mit heißem Wasser ausgelaugt. Um Bariumsulfid in Bariumcarbonat-Niederschlag umzuwandeln, muss der wässrigen Bariumsulfidlösung Natriumcarbonat oder Kohlendioxid zugesetzt werden. Bariumoxid kann durch Mischen von Bariumcarbonat mit Kohlenstoffpulver und Kalzinieren bei über 800 °C gewonnen werden. Es ist zu beachten, dass Bariumoxid bei 500–700 °C zu Bariumperoxid oxidiert und Bariumperoxid bei 700–800 °C zu Bariumoxid zersetzt werden kann. Um die Bildung von Bariumperoxid zu vermeiden, muss das kalzinierte Produkt daher unter Schutzgas gekühlt oder abgeschreckt werden. 

(2) Aluminothermisches Reduktionsverfahren zur Herstellung von metallischem Barium 

Aufgrund unterschiedlicher Inhaltsstoffe gibt es zwei Reaktionen der Reduktion von Bariumoxid durch Aluminium:

6BaO+2Al→3BaO·Al2O3+3Ba^

Oder: 4BaO+2Al→BaO•Al2O3+3Ba↑

Bei 1000–1200 °C entsteht bei diesen beiden Reaktionen nur sehr wenig Barium. Daher ist eine Vakuumpumpe erforderlich, um den Bariumdampf kontinuierlich von der Reaktionszone in die Kondensationszone zu leiten, damit die Reaktion weiterlaufen kann. Der Rückstand der Reaktion ist giftig und muss vor der Entsorgung behandelt werden.

Herstellung gängiger Bariumverbindungen 

(1) Herstellungsverfahren für Bariumcarbonat 

① Karbonisierungsmethode

Bei der Karbonisierung werden Baryt und Kohle in einem bestimmten Verhältnis gemischt, in einem Drehrohrofen zerkleinert und bei 1100–1200 °C kalziniert und reduziert, um eine Bariumsulfidschmelze zu erhalten. Zur Karbonisierung wird Kohlendioxid in die Bariumsulfidlösung eingeleitet. Die Reaktion läuft wie folgt ab:

BaS + CO2 + H2O = BaCO3 + H2S

Die erhaltene Bariumcarbonat-Aufschlämmung wird entschwefelt, gewaschen und vakuumgefiltert. Anschließend wird sie bei 300 °C getrocknet und zerkleinert, um das fertige Bariumcarbonat-Produkt zu erhalten. Dieses Verfahren ist einfach im Ablauf und kostengünstig und wird daher von den meisten Herstellern eingesetzt.

2 Doppelzerlegungsmethode

Bariumsulfid und Ammoniumcarbonat unterliegen einer doppelten Zersetzungsreaktion, und die Reaktion läuft wie folgt ab:

BaS + (NH4) 2 CO3 = BaCO3 + (NH4) 2 S

Oder Bariumchlorid reagiert mit Kaliumcarbonat und die Reaktion läuft wie folgt ab:

BaCl2 + K2CO3 = BaCO3 + 2KCl

Das aus der Reaktion erhaltene Produkt wird dann gewaschen, gefiltert, getrocknet usw., um ein fertiges Bariumcarbonatprodukt zu erhalten.

3 Bariumcarbonat-Methode

Bariumcarbonatpulver wird mit Ammoniumsalz zu löslichem Bariumsalz umgesetzt und Ammoniumcarbonat recycelt. Lösliches Bariumsalz wird Ammoniumcarbonat zugesetzt, um raffiniertes Bariumcarbonat auszufällen. Dieses wird gefiltert und getrocknet, um das Endprodukt herzustellen. Die gewonnene Mutterlauge kann recycelt werden. Die Reaktion läuft wie folgt ab:

BaCO3 + 2HCl = BaCl2 + H2O + CO2

BaCl2 + 2NH4OH = Ba(OH)2 + 2NH4Cl

Ba(OH)2+CO2=BaCO3+H2O 

(2) Herstellungsverfahren für Bariumtitanat 

① Festphasenmethode

Bariumtitanat kann durch Kalzinieren von Bariumcarbonat und Titandioxid gewonnen werden. Es können beliebige andere Materialien zugesetzt werden. Die Reaktion läuft wie folgt ab:

TiO2 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2 ↑

② Kopräzipitationsmethode

Bariumchlorid und Titantetrachlorid werden gemischt und in gleichen Mengen gelöst, auf 70 °C erhitzt und anschließend tropfenweise Oxalsäure zugegeben. Dabei entsteht hydratisiertes Bariumtitanyloxalat [BaTiO(C₂O₄)₂·4H₂O]. Dieses wird gewaschen, getrocknet und anschließend pyrolysiert, um Bariumtitanat zu erhalten. Die Reaktion läuft wie folgt ab:

BaCl2 + TiCl4 + 2H2C2O4 + 5H2O = BaTiO(C2O4)2·4H2O↓ + 6HCl

BaTiO(C2O4)2·4H2O = BaTiO3 + 2CO2 ↑ + 2CO ↑ + 4H2O

Nach dem Aufschlagen der Metatitansäure wird eine Bariumchloridlösung und anschließend unter Rühren Ammoniumcarbonat zugegeben, um ein Kopräzipitat aus Bariumcarbonat und Metatitansäure zu erzeugen. Dieses wird kalziniert, um das Produkt zu erhalten. Die Reaktion läuft wie folgt ab:

BaCl2 + (NH4)2CO3 = BaCO3 + 2NH4Cl

H2TiO3 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2 ↑ + H2O 

(3) Herstellung von Bariumchlorid 

Der Herstellungsprozess von Bariumchlorid umfasst je nach den unterschiedlichen Methoden oder Rohstoffen hauptsächlich die Salzsäuremethode, die Bariumcarbonatmethode, die Calciumchloridmethode und die Magnesiumchloridmethode.

① Salzsäuremethode. Wenn Bariumsulfid mit Salzsäure behandelt wird, ist die Hauptreaktion:

BaS + 2HCl = BaCl2 + H2S ↑ + Q