تحضير مركب كربونات الباريوم واستخداماته

في الكيمياء يمتلك كربونات الباريوم الصيغة الجزيئية التالية: (BaCO3) وهو مركب غير عضوي، يحتوي كربونات الباريوم على شكل ثابت واحد فقط (هيكل من نوع الأراجونيت) ولا تؤثر درجة حرارة الترسيب على الشكل البلوري، على عكس كربونات الكالسيوم أو المغنيسيوم، وهو يكاد يكون غير قابل للذوبان في الماء، وهو قابل للذوبان في الكحول وقابل للذوبان في حمض ومحلول كلوريد الأمونيوم.

استخدامات كربونات الباريوم

• تم العثور على كربونات الباريوم في الطبيعة كمعدن يوريت، يحتوي المجمع على العديد من التطبيقات التجارية الرئيسية في صناعات الطوب والزجاج والسيراميك وحفر النفط والتصوير الفوتوغرافي والصناعات الكيماوية، ويتم خلطه مع الطين الرطب لشل حركة العديد من الأملاح القابلة للذوبان في الماء في صنع الطوب الأحمر الموحد.

• كما يمتلك مركب كربونات الباريوم العديد من التطبيقات التجارية الرئيسية في صناعة الطوب والزجاج والسيراميك وحفر النفط والتصوير الفوتوغرافي والصناعات الكيماوية، كما يتم خلطه مع الطين الرطب لشل حركة العديد من الأملاح القابلة للذوبان في الماء في صنع الطوب الأحمر الموحد

• في صناعة الزجاج، يضاف الباريوم إلى الزجاج في صورة كربونات الباريوم أو أكسيد الباريوم من أجل تحسين معامل انكسار الزجاج البصري، أيضًا لتعزيز التلبيد وخفض لزوجة الزجاج الذائب لجعل تشكيل حبة الزجاج أمرًا سهلاً، كما يتم استخدامه في صناعة أنابيب الصور التلفزيونية وورق التصوير الفوتوغرافي، كما يتم استخدام كربونات الباريوم كمبيدات للقوارض وعامل تنقية، ومحفز الأكسدة.

• وهناك تطبيق مهم آخر ينطوي على استخدامه كعنصر متدفق في صناعة السيراميك للمينا والزجاج وأجسام السيراميك، تستخدم كربونات الباريوم في حفر آبار النفط لعدم إذابة الجبس وتمنع التخثر، وفي المعادن الحديدية لكربنة الفولاذ، في خلايا الكلور القلوي لمعالجة المحاليل الملحية لإزالة الكبريتات، ولصنع الفريت وتيتانات الباريوم، كما يتم تحضير العديد من أملاح الباريوم من كربونات الباريوم.

• يستخدم كربونات الباريوم لتحضير محلول الباريوم القياسي ولتصنيع أملاح الباريوم الأخرى، ويتم استخدامه في طلاء السيراميك والأسمنت والطوب، وهو عبارة عن مواد خام كيميائية مهمة لإنتاج القمع والمواد المغناطيسية والزجاج البصري المتقدم، ويتم استخدامه للألعاب النارية وإعداد مشاعل، ويستخدم أيضًا للمواد المساعدة لطلاء السيراميك والزجاج البصري.

• يتم استخدام كربونات الباريوم لتصنيع السيراميك الإلكتروني، وثرمستورات (PTC)، والمكثفات والمكونات الإلكترونية الأخرى، يستخدم كربونات الباريوم بشكل أساسي لتصنيع الزجاج البصري وزجاج (CRT) والمواد المغناطيسية الباريوم، وفي كربنة الفولاذ ومعالجة الأسطح المعدنية، وهو المادة الخام لتصنيع أملاح الباريوم الأخرى والسيراميك والمينا والأصباغ والدهانات والمطاط والإلكترود.

أسلوب الإنتاج لكربونات الباريوم

• طريقة الكربنة: يتم تمرير ثاني أكسيد الكربون عبر محلول كبريتيد الباريوم للكربنة، ثم يتم غسل ملاط ​​كربونات الباريوم الناتج عن الكبريت والترشيح بالفراغ، ويتم تجفيفه عند درجة حرارى مقدارها 300 درجة مئوية، ثم سحقه من أجل الحصول على منتجات كربونات الباريوم، وتتم هذه الطريقة تبعا للتفاعل الكيميائي التالي:

↑BaS + CO2 + H2O → BaCO3 ↓ + H2S 

• طريقة التفاعل الكيميائي، التبادل الكيميائي البديل:كبريتيد الباريوم وكربونات الأمونيوم تتفاعل مع التفاعل الكيميائي مزدوج التبادل، ثم تتم عمليتا الغسل والتصفية والتجفيف للحصول على كربونات الباريوم وكبريتيد الأمونيوم، وذلك تبعا للتفاعل الكيميائي التالي:

BaS + (NH4) 2CO3 → BaCO3 ↓ + (NH4)2S

• طريقة تحويل النيفلين السام: في هذه الطريقة يتفاعل خام ويريت مع ملح الأمونيوم من أجل توليد ملح الباريوم القابل للذوبان، ويتم إعادة تدوير كربونات الأمونيوم وإعادة استخدامها، ثم تضاف كربونات الأمونيوم إلى ملح الباريوم القابل للذوبان من أجل ترسيب كربونات الباريوم المكرر، وبعدها يتم ترشيحه وتجفيفه للحصول على كربونات الباريوم كمنتجات.

• والآن بالنسبة لطريقة الكربنة، فإن طريقة التشغيل تتضمن 1 لتر من محلول كبريتيد الباريوم المائي بتركيز 180 جم لكل لتر يتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون عند درجة حرارة مقدارها 70 درجة مئوية من أجل إنتاج راسب كربونات الباريوم، حيث يخلط الراسب مع 10 مل من الأمونيا المائيةبنسبة مقدارها 25٪، عند درجة حرارة مقدارها 60 درجة مئوية.

• ضمن ما يعرف بـ (desulfurization) نزع الكبريت لمدة 20 دقيقة، بعد ترشيحها وتجفيفها للحصول على كربونات الباريوم المترسبة، يحتوي المنتج على 0.46٪ كبريت، أما عن طريقة التفاعل الكيميائي (Metathesis method)، معادلة التفاعل كالتالي:

BaCl2 + NH4HCO3 + NH4OH → BaCO3 ↓ + 2NH4Cl + H2O

• فإن طريقة التشغيل: عند 30 درجة مئوية، 23.6 لتر يتضمن على على بيكربونات الأمونيوم بتركيز 56.1 جم لكل لتر محلول مائي و 1.36 لتر من الأمونيا يتم خلطها في غلاية سعة 50 لترًا ثم عند 50 درجة مئوية، خلال ساعتين بإسقاط 21.6 لتر من 200.3 جم لكل لتر محلول كلوريد الباريوم، يتم تحريكها لـ 30 دقيقة عند درجة حرارة 40 درجة مئوية.

• ثم بعد ذلك يتم ترشيحها وتجفيفها عند 140 درجة مئوية، ويتم سحقها من أجل الحصول على كربونات الباريوم التي يبلغ متوسط ​​قطر الجسيمات فيها 0.8 ميكرومتر، أما عن طريقة ويريت، معادلة التفاعل الكيميائي تكون كالتالي:

BaCO3 + 2NH4Cl → BaCl2 + 2NH3 + H2O + CO2

BaCL2 + (NH4) 2CO3 → BaCO3 ↓ + 2NH4Cl

• طريقة التشغيل: يتم خلط 100 جم 80٪ من المسحوق الثقيل السام (120 شبكة) و 60 جم ​​كلوريد الأمونيوم جيدًا، ويتم وضعه بسرعة في فرن مفل (muffle furnace) 650 درجة ويتفاعل لمدة 3 دقائق، وبعد التبريد فإنه يتم غمرها وترشيحها، إزالة الشوائب للحصول على محلول كلوريد الباريوم، يضاف 36 جم كربونات الأمونيوم، يتم ترسيب كربونات الباريوم ويتم ترشيحها وتجفيفها وسحقها.

• أما طريقة التحبيب الجاف، طريقة التشغيل: يتم غربلة كربونات الباريوم ذات الترسيب الثقيل، ويتم وضعها داخل مستودع المواد الخام وتقليبها جيدًا، وخلطها، وإزالة الغاز منها، ثم تمر المادة عبر وحدة التغذية الدوارة، وأسطوانات ناقل لولبي عمودي، بكرات ضغط مضغوطة، سمك المنتج 3.7 ~ 4 مم، تكون المواد الملفوفة في الصفيحة عبارة عن محبب إدخال، من خلال ضبط سرعتها ومنخل حجم الفتحة يتم ضبط حجم الجسيمات للمنتجات شبه النهائية.

• تستخدم المنتجات شبه المصنعة طريقة النقل بالهواء المضغوط بنبض السكين، حيث تدخل المنتجات شبه النهائية مغذي الاهتزاز إلى الغربال، وتبعا لحجم الجسيمات تذهب إلى الأماكن الخاصة بها ثم إلى مستودع التعبئة والتغليف للتغليف النهائي للحصول على جزيئات كربونات الباريوم، التحبيب الرطب لكربونات الباريوم: يتم ترشيح نظام الترسيب وفصله للحصول على عجينة من الماء المحتوي في نظام عملية التصنيع.

• ويجب أن يتم التحكم في محتوى الماء إلى حوالي 20٪، ويتم خلط المادة جيدًا بسرعة وتعجن، من أجل تكوين جزيئات كثيفة، ويتم وضع الكريات الرطبة في الفرن الدوار بالنار المباشر، متكلس عند 800 ~ 1200، بعد الجسيمات الكاملة فإنه يتم الغربلة وإزالة الحديد والوزن والتعبئة للحصول على جزيئات كربونات الباريوم.