عملية استخراج الباريوم

(1) تحضير أكسيد الباريوم 

يجب أولاً اختيار خام الباريت عالي الجودة يدويًا وتعويمه، ثم يُزال الحديد والسيليكون للحصول على مُركّز يحتوي على أكثر من 96% من كبريتات الباريوم. يُخلط مسحوق الخام، الذي يقل حجم جسيماته عن 20 شبكة، مع مسحوق الفحم أو فحم الكوك بنسبة وزنية 4:1، ويُشوى عند درجة حرارة 1100 درجة مئوية في فرن عاكس. تُختزل كبريتات الباريوم إلى كبريتيد الباريوم (المعروف باسم "الرماد الأسود")، ويُرشح محلول كبريتيد الباريوم الناتج بالماء الساخن. لتحويل كبريتيد الباريوم إلى ترسيب كربونات الباريوم، يجب إضافة كربونات الصوديوم أو ثاني أكسيد الكربون إلى المحلول المائي لكبريتيد الباريوم. يمكن الحصول على أكسيد الباريوم بخلط كربونات الباريوم مع مسحوق الكربون وتكليسه عند درجة حرارة أعلى من 800 درجة مئوية. تجدر الإشارة إلى أن أكسيد الباريوم يتأكسد لتكوين بيروكسيد الباريوم عند درجة حرارة تتراوح بين 500 و700 درجة مئوية، ويمكن أن يتحلل لتكوين أكسيد الباريوم عند درجة حرارة تتراوح بين 700 و800 درجة مئوية. لذلك، لتجنب إنتاج بيروكسيد الباريوم، يجب تبريد المنتج المحروق أو إخماده تحت حماية الغاز الخامل. 

(2) طريقة الاختزال الحراري بالألمنيوم لإنتاج الباريوم المعدني 

بسبب المكونات المختلفة، هناك تفاعلان لأكسيد الباريوم المختزل للألمنيوم:

6BaO+2Al→3BaO•Al2O3+3Ba↑

أو: 4BaO+2Al→BaO•Al2O3+3Ba↑

عند درجة حرارة تتراوح بين ١٠٠٠ و١٢٠٠ درجة مئوية، يُنتج هذان التفاعلان كمية قليلة جدًا من الباريوم، لذا يلزم استخدام مضخة تفريغ لنقل بخار الباريوم باستمرار من منطقة التفاعل إلى منطقة التكثيف، مما يسمح للتفاعل بالاستمرار في الاتجاه الصحيح. تُعتبر البقايا الناتجة عن التفاعل سامة، ويجب معالجتها قبل التخلص منها.

تحضير مركبات الباريوم الشائعة 

(1) طريقة تحضير كربونات الباريوم 

① طريقة الكربنة

تتضمن طريقة الكربنة بشكل أساسي خلط الباريت والفحم بنسبة معينة، وسحقهما في فرن دوار، وتكليسهما واختزالهما عند درجة حرارة تتراوح بين 1100 و1200 درجة مئوية للحصول على مصهور كبريتيد الباريوم. يُضاف ثاني أكسيد الكربون إلى محلول كبريتيد الباريوم للكربنة، ويكون التفاعل كما يلي:

BaS+CO2+H2O=BaCO3+H2S

يُنزع الكبريت من عجينة كربونات الباريوم الناتجة، ويُغسل ويُرشح بالتفريغ، ثم يُجفف ويُسحق عند درجة حرارة 300 درجة مئوية للحصول على منتج كربونات الباريوم النهائي. هذه الطريقة سهلة التنفيذ ومنخفضة التكلفة، ولذلك يعتمدها معظم المصنعين.

② طريقة التحلل المزدوج

يخضع كبريتيد الباريوم وكربونات الأمونيوم لتفاعل التحلل المزدوج، ويكون التفاعل كما يلي:

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

أو يتفاعل كلوريد الباريوم مع كربونات البوتاسيوم ويكون التفاعل كما يلي:

BaCl2+K2CO3=BaCO3+2KCl

يتم بعد ذلك غسل المنتج الناتج عن التفاعل وتصفيته وتجفيفه وما إلى ذلك للحصول على منتج كربونات الباريوم النهائي.

③ طريقة كربونات الباريوم

يُتفاعل مسحوق كربونات الباريوم مع ملح الأمونيوم لإنتاج ملح باريوم قابل للذوبان، ثم يُعاد تدوير كربونات الأمونيوم. يُضاف ملح الباريوم القابل للذوبان إلى كربونات الأمونيوم لترسيب كربونات الباريوم المكررة، والتي تُرشح وتُجفف للحصول على المنتج النهائي. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن إعادة تدوير السائل الأم الناتج. يتم التفاعل كما يلي:

BaCO3+2HCl=BaCl2+H2O+CO2

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

Ba(OH)2+CO2=BaCO3+H2O 

(2) طريقة تحضير تيتانات الباريوم 

① طريقة الطور الصلب

يمكن الحصول على تيتانات الباريوم عن طريق تكليس كربونات الباريوم وثاني أكسيد التيتانيوم، ويمكن إضافة أي مواد أخرى إليه. ويتم التفاعل كما يلي:

TiO2 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑

② طريقة الترسيب المشترك

يُخلط كلوريد الباريوم ورابع كلوريد التيتانيوم ويُذابان بكميات متساوية، ويُسخّنان إلى درجة حرارة 70 درجة مئوية، ثم يُضاف حمض الأكساليك قطرةً قطرةً للحصول على راسب أكسالات تيتانيل الباريوم المائي [BaTiO(C2O4)2•4H2O]، الذي يُغسل ويُجفف، ثم يُحلّل حراريًا للحصول على تيتانات الباريوم. يكون التفاعل كما يلي:

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

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

بعد خفق حمض الميتاتيتانيك، يُضاف محلول كلوريد الباريوم، ثم تُضاف كربونات الأمونيوم مع التحريك المستمر لتكوين راسب مشترك من كربونات الباريوم وحمض الميتاتيتانيك، والذي يُكلس للحصول على الناتج. يكون التفاعل كما يلي:

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

H2TiO3 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑ + H2O 

(3) تحضير كلوريد الباريوم 

تتضمن عملية إنتاج كلوريد الباريوم بشكل أساسي طريقة حمض الهيدروكلوريك، وطريقة كربونات الباريوم، وطريقة كلوريد الكالسيوم، وطريقة كلوريد المغنيسيوم وفقًا للطرق أو المواد الخام المختلفة.

١. طريقة حمض الهيدروكلوريك. عند معالجة كبريتيد الباريوم بحمض الهيدروكلوريك، يكون التفاعل الرئيسي كما يلي:

BaS+2HCI=BaCl2+H2S↑+Q