1 、 مقدمة أساسية
اسم صيني:الباريوم، الاسم الإنجليزي:الباريوم، رمز العنصرBa، العدد الذري 56 في الجدول الدوري، هو عنصر فلز أرضي قلوي من مجموعة IIA بكثافة 3.51 جم/سنتيمتر مكعب، ونقطة انصهار تبلغ 727 درجة مئوية (1000 كلفن، 1341 درجة فهرنهايت)، ونقطة غليان تبلغ 1870 درجة مئوية. ج (2143 كلفن، 3398 درجة فهرنهايت).الباريوم هو معدن ترابي قلوي ذو بريق أبيض فضي، مع لون لهب أصفر أخضر، ناعم، وقابل للسحب.الباريومله خصائص كيميائية نشطة للغاية ويمكن أن يتفاعل مع معظم المواد غير المعدنية.الباريوملم يتم العثور على مادة واحدة في الطبيعة.الباريومالأملاح سامة باستثناءالباريومكبريتات.فضلاً عن ذلك،الباريوم المعدنييتمتع بقابلية اختزال قوية ويمكنه تقليل معظم أكاسيد المعادن والهاليدات والكبريتيدات للحصول على معادن مقابلة.المحتوى منالباريومفي القشرة 0.05%، ومن أكثر المعادن شيوعاً في الطبيعة الباريت (الباريومكبريتات) ويذريت (الباريومكربونات).يستخدم الباريوم على نطاق واسع في مجالات مثل الإلكترونيات والسيراميك والطب والنفط.
2- الاكتشافالباريومووضع التنمية في الصينالباريومصناعة
1.تاريخ موجز لاكتشافالباريوم
تظهر كبريتيدات المعادن الأرضية القلوية فسفورية، مما يعني أنها تستمر في إصدار الضوء في الظلام لفترة من الوقت بعد تعرضها للضوء.وبسبب هذه الخاصية بالتحديدالباريومبدأت المركبات تحظى بالاهتمام.
في عام 1602، اكتشف صانع الأحذية في. كاسيورولوس في بولونيا بإيطاليا أن الباريت يحتوي علىالباريومينبعث ضوء الكبريتات في الظلام بعد تحميصه بمواد قابلة للاحتراق.أثارت هذه الظاهرة اهتمام الكيميائيين الأوروبيين.في عام 1774، اكتشف الكيميائي السويدي سي دبليو شيلي عنصرًا جديدًا في الباريت، لكنه لم يتمكن من فصله، ولم يتمكن سوى من فصل أكسيد ذلك العنصر.وفي عام 1776، عزل يوهان جوتليب غان هذا الأكسيد في دراسة مماثلة.تمت الإشارة إلى باريتا في البداية على أنها باروت من قبل جويتون دي مورفو، ثم أعيد تسميتها فيما بعد باريتا (الأرض الثقيلة) من قبل أنطوان لافوازييه.في عام 1808، استخدم الكيميائي البريطاني همفري ديفي الزئبق كالكاثود، والبلاتين كالأنود، والباريت المُحلل كهربائيًا (BaSO4) لإنتاجالباريومملغم.وبعد التقطير لإزالة الزئبق، يتم الحصول على معدن منخفض النقاوة ويسمىالباريوم.
التطبيقات الصناعية لها أيضًا تاريخ يمتد لأكثر من مائة عام
في وقت مبكر من منتصف القرن التاسع عشر، بدأ الناس في استخدام الباريت (معدن مهم لإنتاجالباريوموالباريومالمركبات) كمادة حشو للدهانات.منذ هذا القرن، أصبح الباريت المادة الخام الرئيسية لتصنيع مختلفالباريومتحتوي على منتجات كيميائية.نظرًا لنسبته الكبيرة، وخصائصه الكيميائية المستقرة، وعدم قابليته للذوبان في الماء والأحماض، فقد تم استخدام الباريت كعامل ترجيح لطين حفر النفط والغاز في وقت مبكر من عشرينيات القرن العشرين.الباريومتستخدم الكبريتات في إنتاج الأصباغ البيضاء ويمكن استخدامها كمادة حشو وملون للمطاط.
2. وضع الصينالباريومصناعة
شائعالباريوموتشمل الأملاحالباريومكبريتات،الباريومنترات، كلوريد الباريوم،الباريومكربونات،الباريومالسيانيد، الخ.الباريومتستخدم منتجات الملح بشكل رئيسي في الصناعة الإلكترونية كمضافات لأنابيب الصور الملونة والمواد المغناطيسية.
وفي الوقت الحاضر، أصبحت الصين أكبر منتج في العالمالباريومأملاح.الطاقة الإنتاجية السنوية العالميةالباريومتبلغ كمية الكربونات حوالي 900000 طن، ويبلغ إنتاجها حوالي 700000 طن، بينما تبلغ الطاقة الإنتاجية السنوية للصين حوالي 700000 طن، ويبلغ إنتاجها السنوي حوالي 500000 طن، وهو ما يمثل أكثر من 70٪ من الإنتاج العالمي.الباريومالقدرة على إنتاج الكربونات وإنتاجها.الصينالباريوملقد تم تصدير منتجات الكربونات بكميات كبيرة لفترة طويلة، وأصبحت الصين أكبر مصدر لها في العالمالباريومكربونات.
المشكلات التي تواجه التنميةالباريومصناعة الملح في الصين
على الرغم من أن الصين هي أكبر منتج ومصدر في العالمالباريومكربونات، فهي ليست منتجا قويا لكربونات الباريوم.أولا، هناك عدد قليل من واسعة النطاقالباريومشركات إنتاج الكربونات في الصين، وهناك عدد قليل جدًا من الشركات التي حققت إنتاجًا على نطاق واسع؛ثانيا الصينالباريوممنتجات الكربونات لها هيكل واحد وتفتقر إلى منتجات التكنولوجيا الفائقة.على الرغم من أن بعض المصانع تقوم حاليًا بالبحث وإنتاج مواد عالية النقاءالباريومالكربونات، واستقرارها ضعيف.وبالنسبة للمنتجات عالية النقاء، تحتاج الصين أيضًا إلى الاستيراد من شركات مثل ألمانيا وإيطاليا واليابان.وبالإضافة إلى ذلك، في السنوات الأخيرة، أصبحت بعض البلدان مصدرة جديدة للالباريومالكربونات، مثل روسيا والبرازيل وكوريا الجنوبية والمكسيك، مما يؤدي إلى زيادة العرض في العالمالباريومسوق الكربونات، والذي كان له تأثير كبير على الصينالباريومصناعة الكربونات .الشركات المصنعة على استعداد لخفض الأسعار من أجل البقاء.وفي الوقت نفسه، تواجه شركات التصدير الصينية أيضًا تحقيقات لمكافحة الإغراق من الخارج.مع التحسين المستمر لمتطلبات حماية البيئة، بعضالباريومتواجه شركات إنتاج الملح في الصين أيضًا مشكلات تتعلق بحماية البيئة.من أجل تعزيز تنمية الصينالباريومصناعة الملح,الباريوميجب على شركات إنتاج الملح في الصين أن تأخذ حماية البيئة وسلامتها كأساس، وأن تبحث بشكل مستمر وتقدم تقنيات متقدمة، وتطور منتجات جديدة تلبي متطلبات العصر ولها محتوى تكنولوجي عالي.
بيانات إنتاج وتصدير الباريت في الصين
وفقا لبيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، بلغ إنتاج الباريت في الصين حوالي 41 مليون طن في عام 2014. ووفقا لإحصاءات الجمارك الصينية، في الفترة من يناير إلى ديسمبر 2014، صدرت الصين 92588597 كيلوغراما من الباريت.الباريومالكبريتات بارتفاع قدره 0.18% مقارنة بنفس الفترة من العام الماضي.وبلغت قيمة الصادرات التراكمية 65496598 دولارًا أمريكيًا، بزيادة قدرها 20.99٪ مقارنة بنفس الفترة من العام الماضي.وبلغ سعر وحدة التصدير 0.71 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد، بزيادة قدرها 0.12 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد مقارنة بنفس الفترة من العام الماضي.من بينها، في ديسمبر 2014، صدرت الصين 8768648 كيلوغراما منالباريومالكبريتات بارتفاع قدره 8.19% مقارنة بنفس الفترة من العام الماضي.وبلغت قيمة الصادرات 8385141 دولارا أمريكيا، بزيادة قدرها 5.1% مقارنة بنفس الفترة من العام الماضي.
ووفقا لبيانات الجمارك الصينية، صدرت الصين في يونيو 2015 170 ألف طن منالباريوموالكبريتات بانخفاض قدره 1.7% مقارنة بنفس الفترة من العام الماضي.وفي النصف الأول من العام، بلغ حجم الصادرات التراكمي 1.12 مليون طن، بانخفاض قدره 6.8% مقارنة بنفس الفترة من العام الماضي؛وانخفضت نفس كمية الصادرات بنسبة 5.4% و9% على التوالي مقارنة بنفس الفترة من العام الماضي.
3. توزيع وإنتاج موارد الباريوم (الباريت).
1. توزيع موارد الباريوم
المحتوى منالباريومفي القشرة 0.05%، ليحتل المرتبة 14.المعادن الرئيسية في الطبيعة هي الباريت (الباريومكبريتات BaSO4) ويذريت (الباريومكربونات BaCO3).من بينها، الباريت هو المعدن الأكثر شيوعا من الباريوم، والذي يتكون منالباريومالكبريتات ويحدث في الأوردة الحرارية المائية المنخفضة الحرارة، مثل عروق الباريت الكوارتز، وعروق الباريت الفلوريت، وما إلى ذلك.الباريوميحتوي على معدن بطبيعته، بالإضافة إلى الباريت، ومكونه الأساسي هوالباريومكربونات.
وفقًا لبيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية في عام 2015، يبلغ مورد الباريت العالمي حوالي 2 مليار طن، منها 740 مليون طن مثبتة.يبلغ احتياطي الباريت العالمي 350 مليون طن.الصين هي الدولة التي لديها موارد الباريت الأكثر وفرة.وتشمل البلدان الأخرى ذات الموارد الغنية بالباريت كازاخستان وتركيا والهند وتايلاند والولايات المتحدة والمكسيك.تشمل المصادر الشهيرة للباريت في العالم ويستمان لاند في المملكة المتحدة، وفيلسبون في رومانيا، وساكسونيا في ألمانيا، وتيانتشو في قويتشو، وهيفينغو في قانسو، وغونغشي في هونان، وليولين في هوبى، وشيانغتشو في قوانغشي، وشويبينغ في شنشي.
وفقا لبيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية في عام 2015، بلغ الإنتاج العالمي من الباريت 9.23 مليون طن في عام 2013 وزاد إلى 9.26 مليون طن في عام 2014. وفي عام 2014، كانت الصين أكبر منتج للباريت، حيث بلغ إنتاجها 4.1 مليون طن. ، وهو ما يمثل حوالي 44.3٪ من إجمالي الإنتاج العالمي.وتحتل الهند والمغرب والولايات المتحدة المرتبة الثانية والثالثة والرابعة على التوالي، بإنتاج 1.6 مليون طن، ومليون طن، و720 ألف طن.
2. توزيعالباريومالموارد في الصين
الصين غنيةالباريومالموارد الخام، مع احتياطي إجمالي متوقع يزيد عن مليار طن.علاوة على ذلك، فإن درجة خام الباريوم مرتفعة نسبيًا، وتحتل احتياطياته وإنتاجه حاليًا المرتبة الأولى في العالم.الأكثر شيوعاالباريومتحتوي على معدن في الطبيعة هو الباريت.ويبلغ الاحتياطي العالمي من الباريت 350 مليون طن، في حين يبلغ احتياطي الباريت في الصين 100 مليون طن، وهو ما يمثل حوالي 29% من إجمالي الاحتياطي العالمي ويحتل المرتبة الأولى في العالم.
وفقًا للبيانات الواردة في "استكشاف مناطق تركيز المعادن الرئيسية وإمكانات الموارد لمناجم الباريت في الصين" (جيولوجيا المعادن الكيميائية، 2010)، فإن الصين غنية بموارد الباريت، موزعة في 24 مقاطعة (منطقة) على مستوى البلاد، مع احتياطيات وتصنيف إنتاج الأول في العالم.هناك 195 منطقة تعدين ذات احتياطيات مؤكدة في الصين، ويبلغ إجمالي احتياطي الموارد المؤكدة 390 مليون طن من الخام.من التوزيع الإقليمي (الإقليمي) للباريت، تمتلك مقاطعة قويتشو أكبر عدد من مناجم الباريت، وهو ما يمثل 34٪ من إجمالي احتياطيات البلاد؛تحتل هونان وقوانغشي وقانسو وشنشي وغيرها من المقاطعات (المناطق) المركز الثاني.تمثل المقاطعات الخمس المذكورة أعلاه 80٪ من الاحتياطيات الوطنية.نوع الودائع رسوبي بشكل رئيسي، وهو ما يمثل 60٪ من إجمالي الاحتياطيات.بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا أنواع يمكن التحكم فيها بالطبقة (داخلية المنشأ)، وأنواع رسوبية بركانية، وحرارة مائية، وأنواع متعرضة للتجوية (المنحدر المتبقي).كانت فترة التمعدن بشكل رئيسي في عصر حقب الحياة القديمة، وتشكلت رواسب الباريت أيضًا خلال فترات سينينيان ودهر الحياة الحديثة.
خصائص الموارد المعدنية الباريت في الصين
من منظور كمي، يتم توزيع معادن الباريت في الصين بشكل رئيسي في المنطقة الوسطى؛من حيث الدرجة، تتركز جميع المعادن الغنية تقريبًا في قويتشو وقوانغشي؛من منظور حجم رواسب الخام، فإن رواسب الباريت في الصين كبيرة ومتوسطة الحجم بشكل رئيسي.فقط منطقتي التعدين في قويتشو تيانتشو داهي بيان وهونان شينهونج جونجشي تمثلان أكثر من نصف الاحتياطيات في هذه المناطق.في كثير من الأحيان، نوع واحد من الباريت هو نوع الخام الرئيسي، والتركيب المعدني ونسبة التركيب الكيميائي بسيطة نسبيا ونقية، مثل منجم الباريت هونان شينهونج جونجكسي.بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا احتياطيات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون والمعادن المرتبطة به والتي يمكن استخدامها بشكل شامل.
4 、 عملية إنتاج الباريوم
1. إعدادالباريوم
يتضمن إنتاج الباريوم المعدني في الصناعة خطوتين: إنتاج أكسيد الباريوم وإنتاج الباريوم المعدني من خلال الاختزال الحراري للمعدن (اختزال الألومنيوم الحراري).
(1) إعدادالباريومأكسيد
يتطلب خام الباريت عالي الجودة أولاً الاختيار اليدوي والتعويم، يليه إزالة الحديد والسيليكون للحصول على تركيز يحتوي على أكثر من 96%.الباريومكبريتات.يتم خلط المسحوق المعدني بحجم جسيمات أقل من 20 شبكة ومسحوق الفحم أو فحم الكوك البترولي بنسبة وزن 4:1، والكلس عند 1100 درجة مئوية في فرن عاكس.الباريوميتم اختزال الكبريتات إلى كبريتيد الباريوم (المعروف باسم "الرماد الأسود")، والذي يتم ترشيحه بالماء الساخن للحصول على محلول كبريتيد الباريوم.من أجل تحويل كبريتيد الباريوم إلى ترسيب كربونات الباريوم، فمن الضروري إضافة كربونات الصوديوم أو إدخال ثاني أكسيد الكربون في محلول مائي كبريتيد الباريوم.امزج كربونات الباريوم مع مسحوق الكربون والكالسين عند درجة حرارة أعلى من 800 درجة مئوية للحصول على أكسيد الباريوم.تجدر الإشارة إلى أن أكسيد الباريوم يتأكسد ليشكل بيروكسيد الباريوم عند درجة حرارة 500-700 درجة مئوية، ويمكن أن يتحلل بيروكسيد الباريوم ليشكلالباريومأكسيد عند 700-800 درجة مئوية.لذلك، لتجنب إنتاج بيروكسيد الباريوم، يجب تبريد المنتجات المكلسة أو إخمادها تحت حماية الغاز الخامل.
(2) إنتاجمعدن الباريومبواسطة طريقة التخفيض الألومينوثرمي
هناك نوعان من ردود الفعل للحد من الألومنيومالباريومأكسيد بسبب مكونات مختلفة:
6BaO+2Al → 3BaO • Al2O3+3Ba ↑
أو: 4BaO+2Al → BaO • Al2O3+3Ba ↑
عند درجات حرارة تتراوح من 1000 إلى 1200 درجة مئوية، ينتج هذان التفاعلان القليل جدًاالباريوملذلك من الضروري استخدام مضخة فراغ للنقل المستمرالباريومالبخار من منطقة التفاعل إلى منطقة التكثيف لكي يستمر التفاعل بشكل مستمر إلى اليمين.تكون البقايا بعد التفاعل سامة ولا يمكن التخلص منها إلا بعد العلاج.
2. تحضير مركبات الباريوم الشائعة
(1) طريقة التحضيرالباريومكربونات
① طريقة الكربنة
تتضمن طريقة الكربنة بشكل أساسي خلط الباريت والفحم بنسبة معينة، وسحقهما في فرن دوار، وتحميصهما وتقليلهما عند 1100-1200 درجة مئوية للحصول على ذوبان كبريتيد الباريوم.يتم إدخال ثاني أكسيد الكربون إلىالباريوممحلول كبريتيد للكربنة وتم الحصول عليهالباريوميخضع ملاط الكربونات لغسل إزالة الكبريت والترشيح الفراغي.ثم يتم تجفيفها وسحقها عند درجة حرارة 300 درجة مئوية للحصول على منتج كربونات الباريوم النهائي.يتم اعتماد هذه الطريقة من قبل معظم الشركات المصنعة نظرًا لعمليتها البسيطة وتكلفتها المنخفضة.
② طريقة التحلل المعقدة
المنتج النهائي منالباريوميمكن الحصول على الكربونات عن طريق تفاعل التحلل المزدوج بين كبريتيد الباريوم وكربونات الأمونيوم، أو عن طريق التفاعل بين كلوريد الباريوم وكربونات البوتاسيوم.يتم بعد ذلك غسل المنتج الناتج، وتصفيته، وتجفيفه، وما إلى ذلك.
③ قانون البتروكيماويات الثقيلة السامة
يتم تفاعل مسحوق الخام الثقيل السام مع ملح الأمونيوم لتوليد مادة قابلة للذوبانالباريومويتم إعادة تدوير الملح وكربونات الأمونيوم للاستخدام.القابل للذوبانالباريوميضاف الملح إلى كربونات الأمونيوم لترسيب كربونات الباريوم المكررة، والتي يتم ترشيحها وتجفيفها لإنتاج المنتج النهائي.بالإضافة إلى ذلك، يمكن إعادة تدوير السائل الأم الذي تم الحصول عليه وإعادة استخدامه.
(2) طريقة التحضيرالباريومتيتانات
① طريقة المرحلة الصلبة
الباريوميمكن تحضير تيتانات عن طريق التكليسالباريومالكربونات وثاني أكسيد التيتانيوم والتي يمكن تطعيمها بأي مادة أخرى.
② طريقة الترسيب المشترك
تذوبالباريومكلوريد مع رابع كلوريد التيتانيوم في خليط من مواد متساوية، يسخن إلى 70 درجة مئوية، ثم يسقط حمض الأكساليك للحصول على راسب من الماءالباريومتيتانات [BaTiO (C2O4) 2-4H2O].اغسل وجفف ثم الانحلال الحراري للحصول على تيتانات الباريوم.
(3) طريقة التحضيرالباريومكلوريد
عملية إنتاجالباريوميتضمن الكلوريد بشكل رئيسي طريقة حمض الهيدروكلوريك،الباريومطريقة الكربونات وطريقة كلوريد الكالسيوم وطريقة كلوريد المغنسيوم حسب الطرق المختلفة أو المواد الخام.
① طريقة حمض الهيدروكلوريك.
②الباريومطريقة الكربونات .مصنوع من الحجر الذابل (كربونات الباريوم) كمادة خام.
③ طريقة كلوريد الكالسيوم.اختزال خليط الباريت وكلوريد الكالسيوم بالكربون.
وبالإضافة إلى ذلك، هناك طريقة كلوريد المغنيسيوم.يتم تحضيره بالمعالجةالباريومكبريتيد مع كلوريد المغنيسيوم.
وقت النشر: 01 نوفمبر 2023