Способы получения карбонат бария

Карбонат бария: способы получения и химические свойства

Карбонат бария BaCO₃ — соль бария и угольной кислоты. Белый, при нагревании на воздухе разлагается, плавится под избыточным давлением CO₂. Не растворяется в воде.

Относительная молекулярная масса M_r = 197,34; относительная плотность для тв. и ж. состояния d= 4,43; t_пл = 1555º C при избыточном давлении.

Способ получения

1 . Гидроксид бария вступает в взаимодействие с углекислым газом и образует карбонат бария и воду:

2. Оксид бария вступает в взаимодействие с углекислым газом при комнатной температуре с образованием карбоната бария:

3. Хлорид бария вступает в реакцию с концентрированным раствором карбоната натрия и образует карбонат бария и хлорид натрия:

Качественная реакция

Качественная реакция на карбонат бария — взаимодействие его с раствором сильных кислот. В результате реакции происходит бурное выделение углекислого газа, образование которого можно проверить, если пропустить его через известковую воду, которая мутнеет из-за образования осадка:

1. При взаимодействии с хлороводородной кислотой, карбонат бария образует хлорид бария, углекислый газ и воду:

Химические свойства

1. Карбонат бария разлагается при температуре выше 1000 — 1450º С, с образованием оксида бария и углекислого газа:

2. Карбонат бария вступает в реакцию со сложными веществами :

2.1. Карбонат бария реагирует с кислотами :

2.1.1. При взаимодействии с разбавленной хлороводородной кислотой карбонат бария образует хлорид бария, углекислый газ и воду:

2.1.2. Карбонат бария реагирует с плавиковой кислотой при 900 — 1100º С. Взаимодействие карбоната бария с плавиковой кислотой приводит к образованию фторида бария, воды и углекислого газа:

2.1.3. Карбонат бария взаимодействует с сероводородной кислотой при 1000º С и образует сульфид бария, воду и углекислый газ:

3. Карбонат бария реагирует с простыми веществами:

3.1. Карбонат бария при температуре выше 1000º С вступает в реакцию с углеродом (коксом) образуя оксид бария и угарный газ:

BaCO₃ + C = BaO + 2CO

Источник

Производство и применение карбоната бария

Карбонат бария достаточно широко используется в промышленности. Это химическое вещество получают в виде маленьких гранул. Также его выпускают в виде белого или светло-серого порошка. На международном рынке это веществе маркируют под названиями: barium carbonate cranular, barium carbonate precipitated powder.

Физические особенности вещества

Формула углекислого бария — BaCO3. Это вещество не имеет характерного запаха. Его также могут называть бариевой солью угольной кислоты или углекислым барием. В природной среде такое химическое соединение находится в составе минерала витерита, плотность составляет 4,3—4,4 г/см3.

Он не входит в реакцию с органическими растворителями и спиртами, не растворяется в воде, но карбонат бария хорошо реагирует на минеральные кислоты. В 100 мл воды карбонат бария растворяет только 1,7-10 г своей массы.

По своей природе это вещество имеет высокую токсичность. Карбонат бария поддается плавлению только при температуре 1740° C под давлением 90 бар. Это вещество не является горючим, полностью пожаробезопасное.

Получение

Получают карбонат бария из минералов и в результате некоторых химических реакций. Одними из самых распространенных реакций являются:

• • с карбонатом натрия,
• • с гидроксидом бария.

Реакция получения карбоната бария с помощью Na2CO3:

BaS + Na2CO3 →BaCO3↓ + Na2S

Реакция обмена солей карбоната бария и гидроксида бария

Ba2+ + CO32- → Ba CO3↓

В результате вещество может реагировать раствором из двух составляющих: СО2 и Na2CO3.

Применение

Это химическое соединение применяют в различных сферах промышленности. Но стоит отметить, что выпускается оно разных марок:

Каждая марка имеет свою специализацию, поэтому зачастую марку А применяют в производстве электровакуумной продукции, марка Б находит свое применение в процессе изготовления различных радио- и пьезокерамических деталей. Карбонат бария марки В добавляют в составы стекольных изделий и поливы для керамики.

Технический карбонат бария используют для:

• • изготовления бумажной и целлюлозной продукции,
• • красных кирпичей,
• • оптических стекол,
• • гончарных изделий,
• • отделочных строительных материалов,
• • красок, лаков, эмалей, глазури,
• • глазури для керамики,
• • синтетических тканей,
• • фейерверков,
• • взрывчатых веществ,
• • отравы для грызунов,
• • керамической плитки.

Основные виды химических реакций с углекислым барием

• Карбонат натрия во взаимодействии с хлоридом бария BaCl2 + Na2CO3(конц.) → BaCO3↓ + 2NaCl

• Нитрат бария с карбонатом калия дают в результате своей реакции карбонат бария в осадке K2CO3 + Ba(NO3)2 → 2KNO3 + BaCO3↓

• Гидроксид бария во взаимодействии с карбонатом калия K2CO3 + Ba(OH)2 → BaCO3 + 2KOH

• Реакция разложения карбоната бария на оксид бария и оксид углерода BaCO3 → BaO + CO2
Такая реакция возможна только при условии, что температура нагрева карбоната бария будет составлять 1000 — 1450 °C.

• Взаимодействие нитрата бария и карбонат натрия Na2CО3+2BaNО3=Ba2CO3+2NaNO3

• Карбонат бария с соляной кислотой BaCO3 + 2HCl(разб.) → BaCl2 + CO2↑ + H2O

• Карбоната бария с серной кислотой. Эта реация может произойти только в случае прокаливания карбоната бария до высокой температуры +600 ° C. BaCO3 + H2SO4(разб.) → BaSO4↓ + CO2↑ + H2O

Особенности упаковки и хранения

Данное химическое вещество допустимо упаковывать в мешки из полиэтилена, но изначально, их необходимо завернуть в бумажные четырехслойные пакеты. Масса одного мешка может составлять 50 кг. Современные производители упаковывают карбонат бария также в 1 кг мешки и биг-беги. Вещество можно перевозить крытым видом транспорта, но не авиационным. Срок годности этого продукта составляет 2 года.

Хранить карбонат бария можно только в сухих и хорошо вентилируемых помещениях. На складах это вещество допустимо складывать штабелями в три яруса. Хранение с другими препаратами или товарами не допускается.

Так как это вещество имеет 3 степень токсичности, работы с ним нужно производить в специализированной защитной одежде и изолирующем противогазе. При отравлении этим химикатом может наблюдаться:

• • тошнота,
• • головные боли,
• • обмороки,
• • ожоги легких,
• • паралич,
• • потеря зрения.

Постоянное взаимодействие с этим веществом может обернуться для человека изменением печени, заболеваниями головного мозга, слепотой, язвой желудка.

Производство

Одной из самых главных стран производителей этого вещества в мире считается Китай. Эта страна производит экспорт продукции в СНГ, Азию, США, страны Ближнего Востока.

Для Российской Федерации остается выгодной схема экспорта карбоната бария из Китая. Его доставляют различных марок и фасовок. Конечно, карбонат бария также выпускают и в Российской Федерации. Главными заводами-изготовителями этого химика считаются:

• • ООО «НОВЭРА»,
• • ООО ПО УфаХимПроект,
• • ООО База химической продукции Югреактив,
• • ООО Уралхиминвест,
• • АО Уральский завод промышленной химии,
• • ООО Снаброс.

Цена отечественного карбоната бария несколько меньше, чем импортированного. Средняя стоимость 1 кг карбоната бария на розничном рынке составляет 65-80 рублей. Оптовые цены на это химическое вещество варьируются в пределах 50-60 рублей за 1 кг. В России фасовка карбоната бария в основном производится в 1 кг, 25 кг и 50 кг мешки.

Источник

Способ получения карбоната бария

Изобретение используется для выделения, очистки и получения карбоната бария, в том числе изотопно-обогащенного, полученного методом электромагнитной сепарации. Изобретение заключается в том, что приготовление водной суспензии барийсодержащего концентрата ведут путем промывки водой плава сульфата бария со смесью соды, щавелевой кислоты и нитрата натрия, очистку раствора нитрата бария проводят упариванием его до влажной соли, промывкой ее концентрированной азотной кислотой и растворением в воде. Очищенный раствор обрабатывают раствором аммиака с концентрацией не менее 5%, насыщенным карбонатом аммония. Осадок карбоната бария отделяют, промывают и сушат. Изобретение позволяет выделить 98,0% изотопно-обогащенного бария в виде карбоната требуемой степени очистки.

Изобретение относится к области выделения, очистки и получения карбоната бария, в том числе изотопно-обогащенного, получаемого методом электромагнитной сепарации.

Задачей выделения и очистки изотопно-обогащенного бария является максимально полное извлечение его на всех стадиях химической переработки сульфата бария и получение карбоната бария, содержащего минимальное количество примесей.

Известен способ получения карбоната бария автоклавной гидротермальной обработкой барита, суспендированного раствором карбоната натрия с последующим отделением целевого продукта от содосульфатного раствора (патент РФ 1691305 МПК 5 С 01 F 11/18). Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает отделения примесей элементов, не растворимых в щелочной среде, к тому же карбонат бария содержит непрореагировавший сульфат. Кроме этого, применение способа требует использования дополнительного специального оборудования.

Известен также способ получения карбоната бария, включающий обработку водной суспензии плава сернистого бария соляной кислотой, подщелачивание суспензии, отделение раствора хлорида бария, очистку его от примесей упариванием до концентрации ВаСl₂ в маточном растворе 210-300 г/л, отделение кристаллов хлорида бария, их растворение в воде и осаждение карбоната бария обработкой раствора карбонатом натрия (патент РФ 1373686 МПК 4 С 01 F 11/18). Недостатком этого способа является загрязнение барийсодержащего раствора примесями тяжелых и цветных металлов при обработке водной суспензии плава соляной кислотой. Кроме этого, существенны потери бария, образующиеся как на стадии обработки плава из-за частичного окисления сернистого бария и образования нерастворимого сульфата, так и на стадии очистки раствора хлорида бария из-за высокой концентрации бария в отделяемом маточном растворе. К тому же довольно существенная растворимость хлорида бария не позволяет использовать этот способ для выделения малых количеств бария, что часто является необходимостью при получении изотопно-обогащенного продукта.

Известен способ получении барийсодержащего раствора, включающий сплавление барита со смесью соды, щавелевой кислоты и нитрата натрия, обработку плава водой, отделение барийсодержащего концентрата и растворение его в горячей уксусной кислоте (ж. «Заводская лаборатория», 4, с. 397, 1954). Использование этого способа позволяет извлечь барий из BaSO₄ достаточно полно, однако полученный раствор будет содержать все примеси, содержащиеся в исходном сульфате бария, что требует проведения дополнительной очистки с учетом специфики состава раствора.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения карбоната бария, включающий получение барийсодержащего раствора обработкой водной суспензии плава сульфида бария 20-23%-ной азотной кислотой при 60-70 o C с последующей обработкой полученной суспензии паром до 85-95 o C, очистку его от примесей нейтрализацией раствором гидрооксида натрия и отфильтровыванием осадка примесей, обработку очищенного раствора карбонатом натрия, отделение осадка карбоната бария, его промывку и сушку (патент РФ 2096329 МПК 6 С 01 F 11/18, 11/38).

Основным недостатком этого способа является недостаточно полное выделение бария в барийсодержащий раствор из-за частичного окисления сульфида бария и образования нерастворимого сульфата. Кроме этого, предлагаемый способ не позволит достичь требуемой степени очистки карбоната бария, так как обработка барийсодержащего раствора гидроксидом натрия не обеспечивает достоточно полного отделения примесей щелочноземельных элементов из-за высокой растворимости их гидроксидов. К тому же использование натрийсодержащих реагентов, в том числе карбоната натрия, при осаждении карбоната бария приведет к загрязнению конечного продукта примесью натрия.

Технической задачей изобретения является получение чистого карбоната бария, в том числе изотопно-обогащенного, при минимальных потерях бария на всех стадиях химической переработки.

Поставленная задача достигается тем, что плав сульфата бария со смесью соды, щавелевой кислоты и нитрата натрия растворяют в воде и отделяют барийсодержащий концентрат. Водную суспензию барийсодержащего концентрата обрабатывают 20-23%-ной азотной кислотой при 60-70 o С. Полученный барийсодержащий раствор очищают от примесей упариванием до получения влажной соли, промыванием ее концентрированной азотной кислотой и растворением в воде. Очищенный раствор обрабатывают раствором аммиака с концентрацией не менее 5%, насыщенным карбонатом аммония. Осадок карбоната бария отделяют, промывают и сушат.

В заявляемом техническом решении способ получения барийсодержащего концентрата позволяет максимально полно извлекать в раствор барий, содержащийся в исходном сульфате. Очистка барийсодержащего раствора упариванием до влажной соли и промыванием ее концентрированной азотной кислотой обеспечивает достаточно эффективное отделение примесей при минимальных потерях бария с маточным раствором. Использованный способ осаждения карбоната бария раствором карбоната аммония в аммиаке не только исключает загрязнение целевого продукта примесью натрия, но и позволяет выделить его из очищенного раствора практически без потерь.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию «новизна».

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков не известна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию «изобретательский уровень».

Предложенный способ получения карбоната бария реализовали следующим образом.

Пример 1. 5 г сульфата бария, содержащего около 1% кальция и примеси меди, железа, хрома сплавили со смесью соды, щавелевой кислоты и нитрата натрия (на 1 г BaSO₄ 1,5 г Na₂CO₃, 1 г H₂C₂O₄2H₂O, 3 г NaNO₃) при 450 o С в течение 1 часа. Плав растворили в воде при нагревании и охладили. Твердый остаток отфильтровали и промыли водой. Фильтрат проанализировали на содержание бария. Оно составило 0,2 мг/л. К полученному барийсодержащему концентрату добавили воды для образования суспензии и обработали 20-23%-ной азотной кислотой при 60. 70 o С до рН 2-3.

Осадок, содержащий несплавившийся сульфат бария и оксиды примесей, отфильтровали, промыли водой и прокалили. В шламе определили содержание бария. Потери бария при получении азотнокислого раствора составили 0,71%.

Раствор нитрата бария упарили до влажной соли, добавили концентрированной азотной кислоты из расчета 5 мл на 1 г бария и тщательно перемешали. Осадок ВаNО₃ отфильтровали и промыли концентрированной азотной кислотой. Азотнокислый фильтрат проанализировали на содержание бария. Потери бария при очистке азотнокислого раствора составили 0,24%.

Осадок нитрата бария растворили в воде и добавили насыщенный раствор карбоната аммония в 5%-ном аммиаке (при этом избыточная концентрация (NH₄)₂ CO₃ составила 10 г/л). Раствор с осадком тщательно перемешали и выстояли в течение 10. 16 часов.

Осадок ВаСО₃ отфильтровали, промыли и просушили при 600. 700 o С до постоянного веса.

Карбонатный фильтрат проанализировали на содержание бария. Оно составило 0,3 мг/л. Карбонат бария проанализировали на содержание примесей. Их общая сумма составила 0,013%, в том числе 0,005% Cа и 0,0011% Sr.

Пример 2. Получение карбоната бария проводили, как в примере 1, но осаждение карбоната бария из очищенного раствора проводили насыщенным раствором карбоната аммония в 4%-ном аммиаке.

Потери бария при очистке азотнокислого раствора составили 0,21%. Концентрация бария в карбонатном фильтрате составила 18,4 мг/л.

Общая сумма примесей в ВаСО₃ составила 0,011%, в том числе 0,002% Са и 0,001% Sr.

Пример 3. Получение карбоната бария проводили, как в примере 1, но осаждение BaCO₃ проводили насыщенным раствором карбоната аммония в 6%-ном аммиаке. Потери бария при очистке азотнокислого раствора составили 0,19%. Концентрация бария в карбонатном фильтрате составила 0,3 мг/л, то есть увеличение концентрации аммиака в карбонатсодержащем реагенте не влияет на полноту осаждения ВаСО₃. Общая сумма примесей в ВаСО₃ составила 0,012%, в том числе 0,001% Са и 0,001% Sr.

Пример 4. Азотнокислый раствор бария получали, как в примере 1. Потери бария с нерастворившимся шламом составили 0,54%.

Раствор нитрата бария упарили до 40 мл, что соответствовало концентрации Ba(NO₃)₂ 13,5% и добавили 40%-ный раствор NаОН до избыточной концентрации щелочи 10 г/л. Раствор прогрели и профильтровали (очистка от кальция по патенту РФ 2096329 МПК 6 С 01 F 11/18, 11/38, выбранному в качестве прототипа).

Осаждение карбоната бария из очищенного раствора, отделение осадка, его промывку и сушку проводили, как в примере 1. Содержание бария в фильтрате составило 0,5 мг/л. Общая сумма примесей в полученном ВаСО₃ составила 0,764%, в том числе 0,003% Na, 0,647% Са и 0,037% Sr.

Пример 5. Получение и очистку азотнокислого раствора бария проводили, как в примере 1, но осаждение карбоната бария проводили раствором карбоната натрия при 80 o С (по прототипу).

Потери бария при получении азотнокислого раствора составили 0,73%, при очистке — 0,21%.

Отделение осадка ВаСО₃, его промывку и сушку проводили, как в примере 1. Содержание бария в карбонатном фильтрате составило 0,6 мг/л. Общая сумма примесей в полученном ВаСО₃ составила 0,057%, в том числе 0,029% Nа, 0,007% Са и 0,001% Sr.

Пример 6. Получение карбоната бария проводили по прототипу. 5 г сульфата бария, содержащего около 1% кальция, а также примеси меди, железа, хрома восстанавливали в токе водорода при 900 o С. Плав сульфида бария растворили в воде. Водную суспензию обработали 20-23%-ной азотной кислотой при 60-70 o С до pH 2-3. Азотнокислый раствор бария отфильтровали. Нерастворившийся осадок (смесь сульфата бария и серы) прокалили и взвесили. Потери бария при получении азотнокислого раствора бария составили 17,24%. Раствор нитрата бария нейтрализовали раствором NаОН до pH 8,5 и отделили осадок гидроксидов примесей фильтрованием. Очистку от кальция проводили, как в примере 2, а осаждение карбоната бария, как в примере 3. Содержание бария в карбонатном фильтрате составило 0,4 мг/л. Общая сумма примесей в полученном карбонате бария составила 0,987%, в том числе 0,051% Na, 0,798% Са, 0,043% Sr.

Предложенный способ получения карбоната бария опробован на производстве стабильных изотопов. Он позволил выделить 98,0% изотопно-обогащенного бария в виде карбоната с общей суммой примесей 0,012%.

Предложенный способ позволяет использовать стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы, не требует большого расхода электроэнергии. Способ пригоден и с экологической точки зрения, т.к. исключает образование летучих токсичных веществ (сероводорода), а образующиеся фильтраты взаимно нейтрализуются.

Способ получения карбоната бария, включающий приготовление водной суспензии барийсодержащего концентрата, обработку его 20-23%-ной азотной кислотой при 60-70 o С, очистку полученного раствора нитрата бария от примесей, обработку очищенного раствора карбонатсодержащим реагентом, отделение осадка карбоната бария, его промывку и сушку, отличающийся тем, что приготовление водной суспензии барийсодержащего концентрата ведут путем промывки водой плава сульфата бария со смесью соды, щавелевой кислоты и нитрата натрия, очистку раствора нитрата бария проводят упариванием его до влажной соли, промывкой ее концентрированной азотной кислотой и растворением в воде, а в качестве карбонатсодержащего реагента используют насыщенный карбонатом аммония раствор аммиака с концентрацией не менее 5%.

Источник