فرآیند استخراج باریم

(1) تهیه اکسید باریم 

سنگ معدن باریت با کیفیت بالا ابتدا باید به صورت دستی انتخاب و شناور شود و سپس آهن و سیلیکون از آن جدا شوند تا کنسانتره‌ای حاوی بیش از ۹۶٪ سولفات باریم به دست آید. پودر سنگ معدن با اندازه ذرات کمتر از ۲۰ مش با پودر زغال سنگ یا کک نفتی با نسبت وزنی ۴:۱ مخلوط شده و در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد در کوره بازتابی برشته می‌شود. سولفات باریم به سولفید باریم (که معمولاً به عنوان "خاکستر سیاه" شناخته می‌شود) کاهش می‌یابد و محلول سولفید باریم به دست آمده با آب داغ شسته می‌شود. برای تبدیل سولفید باریم به رسوب کربنات باریم، باید کربنات سدیم یا دی اکسید کربن به محلول آبی سولفید باریم اضافه شود. اکسید باریم را می‌توان با مخلوط کردن کربنات باریم با پودر کربن و کلسینه کردن آن در دمای بالاتر از ۸۰۰ درجه سانتیگراد به دست آورد. لازم به ذکر است که اکسید باریم در دمای ۵۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد اکسید شده و پراکسید باریم تشکیل می‌دهد و پراکسید باریم می‌تواند در دمای ۷۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد تجزیه شده و اکسید باریم تشکیل دهد. بنابراین، برای جلوگیری از تولید پراکسید باریم، محصول کلسینه شده باید تحت حفاظت گاز بی‌اثر خنک یا کوئنچ شود. 

(2) روش کاهش آلومینوترمیک برای تولید باریم فلزی 

با توجه به مواد تشکیل دهنده مختلف، دو واکنش آلومینیوم برای کاهش اکسید باریم وجود دارد:

6BaO+2Al→3BaO•Al2O3+3Ba↑

یا: 4BaO+2Al→BaO•Al2O3+3Ba↑

در دمای ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد، این دو واکنش باریم بسیار کمی تولید می‌کنند، بنابراین یک پمپ خلاء برای انتقال مداوم بخار باریم از ناحیه واکنش به ناحیه تراکم مورد نیاز است تا واکنش بتواند به سمت راست ادامه یابد. باقیمانده پس از واکنش سمی است و قبل از دور ریختن باید تصفیه شود.

تهیه ترکیبات رایج باریم 

(1) روش تهیه کربنات باریم 

① روش کربن سازی

روش کربنیزاسیون عمدتاً شامل مخلوط کردن باریت و زغال سنگ به نسبت معین، خرد کردن آنها در یک کوره دوار و کلسینه کردن و احیای آنها در دمای 1100-1200 درجه سانتیگراد برای بدست آوردن مذاب سولفید باریم است. دی اکسید کربن برای کربنیزاسیون به محلول سولفید باریم وارد می‌شود و واکنش به شرح زیر است:

BaS+CO2+H2O=BaCO3+H2S

دوغاب کربنات باریم به‌دست‌آمده، گوگردزدایی، شسته و در خلاء فیلتر می‌شود و سپس در دمای 300 درجه سانتیگراد خشک و خرد می‌شود تا محصول نهایی کربنات باریم به دست آید. این روش از نظر فرآیند ساده و کم‌هزینه است، بنابراین توسط اکثر تولیدکنندگان پذیرفته می‌شود.

② روش تجزیه دوگانه

سولفید باریم و کربنات آمونیوم تحت واکنش تجزیه دوگانه قرار می‌گیرند و واکنش به شرح زیر است:

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

یا کلرید باریم با کربنات پتاسیم واکنش می‌دهد و واکنش به شرح زیر است:

BaCl2+K2CO3=BaCO3+2KCl

محصول به دست آمده از واکنش سپس شسته، فیلتر، خشک و غیره می‌شود تا محصول نهایی کربنات باریم به دست آید.

③ روش کربنات باریم

پودر کربنات باریم با نمک آمونیوم واکنش داده می‌شود تا نمک باریم محلول تولید شود و کربنات آمونیوم بازیافت می‌شود. نمک باریم محلول به کربنات آمونیوم اضافه می‌شود تا کربنات باریم تصفیه شده رسوب کند، که برای تولید محصول نهایی فیلتر و خشک می‌شود. علاوه بر این، مایع مادر به دست آمده قابل بازیافت است. واکنش به شرح زیر است:

BaCO3+2HCl=BaCl2+H2O+CO2

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

Ba(OH)2+CO2=BaCO3+H2O 

(2) روش تهیه تیتانات باریم 

① روش فاز جامد

تیتانات باریم را می‌توان با کلسینه کردن کربنات باریم و دی اکسید تیتانیوم به دست آورد و هر ماده دیگری را می‌توان به آن اضافه کرد. واکنش به شرح زیر است:

TiO2 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑

② روش همرسوبی

کلرید باریم و تتراکلرید تیتانیوم به مقدار مساوی مخلوط و حل می‌شوند، تا دمای 70 درجه سانتیگراد حرارت داده می‌شوند و سپس اسید اگزالیک به صورت قطره قطره اضافه می‌شود تا رسوب باریم تیتانیل اگزالات هیدراته [BaTiO(C2O4)2•4H2O] به دست آید که شسته، خشک و سپس پیرولیز می‌شود تا باریم تیتانات به دست آید. واکنش به شرح زیر است:

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

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

پس از هم زدن اسید متاتیتانیک، محلول کلرید باریم اضافه می‌شود و سپس کربنات آمونیوم در حال هم زدن اضافه می‌شود تا رسوب مشترک کربنات باریم و اسید متاتیتانیک ایجاد شود که برای به دست آوردن محصول، کلسینه می‌شود. واکنش به شرح زیر است:

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

H2TiO3 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑ + H2O 

(3) تهیه کلرید باریم 

فرآیند تولید کلرید باریم عمدتاً شامل روش اسید هیدروکلریک، روش کربنات باریم، روش کلرید کلسیم و روش کلرید منیزیم با توجه به روش‌ها یا مواد اولیه مختلف است.

① روش اسید هیدروکلریک. وقتی سولفید باریم با اسید هیدروکلریک واکنش می‌دهد، واکنش اصلی به صورت زیر است:

BaS+2HCI=BaCl2+H2S↑+Q