กระบวนการสกัดแบเรียม

(1) การเตรียมแบเรียมออกไซด์ 

แร่แบริต์คุณภาพสูงต้องได้รับการคัดเลือกด้วยมือก่อนแล้วจึงลอย จากนั้นจึงนำเหล็กและซิลิกอนออกเพื่อให้ได้แร่เข้มข้นที่มีแบเรียมซัลเฟตมากกว่า 96% ผงแร่ที่มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 20 เมชจะถูกผสมกับถ่านหินหรือผงปิโตรเลียมโค้กในอัตราส่วนน้ำหนัก 4:1 แล้วคั่วที่อุณหภูมิ 1,100 องศาเซลเซียสในเตาเผาแบบสั่น แบเรียมซัลเฟตจะถูกทำให้ลดลงเป็นแบเรียมซัลไฟด์ (เรียกกันทั่วไปว่า "เถ้าดำ") และสารละลายแบเรียมซัลไฟด์ที่ได้จะถูกชะล้างด้วยน้ำร้อน เพื่อแปลงแบเรียมซัลไฟด์ให้เป็นตะกอนแบเรียมคาร์บอเนต จำเป็นต้องเติมโซเดียมคาร์บอเนตหรือคาร์บอนไดออกไซด์ลงในสารละลายแบเรียมซัลไฟด์ในน้ำ แบเรียมออกไซด์สามารถได้รับโดยการผสมแบเรียมคาร์บอเนตกับผงคาร์บอนแล้วเผาที่อุณหภูมิสูงกว่า 800 องศาเซลเซียส ควรสังเกตว่าแบเรียมออกไซด์จะถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างแบเรียมเปอร์ออกไซด์ที่อุณหภูมิ 500-700℃ และแบเรียมเปอร์ออกไซด์สามารถสลายตัวเพื่อสร้างแบเรียมออกไซด์ที่อุณหภูมิ 700-800℃ ดังนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงการผลิตแบเรียมเปอร์ออกไซด์ ผลิตภัณฑ์ที่เผาแล้วจะต้องได้รับการทำให้เย็นลงหรือดับภายใต้การป้องกันด้วยก๊าซเฉื่อย 

(2) วิธีการลดความร้อนด้วยอะลูมิโนเทอร์มิกเพื่อผลิตแบเรียมโลหะ 

เนื่องจากมีส่วนผสมที่แตกต่างกัน จึงมีปฏิกิริยาของอะลูมิเนียมรีดิวซ์แบเรียมออกไซด์สองแบบ:

6BaO+2Al→3BaO•Al2O3+3Ba↑

หรือ: 4BaO+2Al→BaO•Al2O3+3Ba↑

ที่อุณหภูมิ 1,000-1,200 องศาเซลเซียส ปฏิกิริยาทั้งสองนี้จะผลิตแบเรียมเพียงเล็กน้อย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ปั๊มสุญญากาศเพื่อถ่ายโอนไอแบเรียมจากโซนปฏิกิริยาไปยังโซนควบแน่นอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไปได้อย่างเหมาะสม สารตกค้างหลังปฏิกิริยาเป็นพิษและต้องได้รับการบำบัดก่อนจึงจะทิ้งได้

การเตรียมสารประกอบแบเรียมทั่วไป 

(1) วิธีการเตรียมแบเรียมคาร์บอเนต 

① วิธีการคาร์บอไนเซชัน

วิธีการคาร์บอไนเซชันส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการผสมแบริต์และถ่านหินในสัดส่วนที่กำหนด บดในเตาหมุน จากนั้นเผาและลดปริมาณที่อุณหภูมิ 1,100-1,200 องศาเซลเซียส เพื่อให้ได้แบเรียมซัลไฟด์ที่หลอมละลาย คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกใส่ลงในสารละลายแบเรียมซัลไฟด์เพื่อคาร์บอไนเซชัน และปฏิกิริยาจะเป็นดังนี้:

BaS+CO2+H2O = BaCO3+H2S ตามลำดับ

สารละลายแบเรียมคาร์บอเนตที่ได้จะถูกกำจัดซัลเฟอร์ออก ล้างและกรองสูญญากาศ จากนั้นจึงทำให้แห้งและบดที่อุณหภูมิ 300℃ เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์แบเรียมคาร์บอเนตสำเร็จรูป วิธีนี้เป็นวิธีที่ง่ายและมีต้นทุนต่ำ จึงทำให้ผู้ผลิตส่วนใหญ่ใช้วิธีนี้

② วิธีการสลายตัวแบบสองทาง

แบเรียมซัลไฟด์และแอมโมเนียมคาร์บอเนตเกิดปฏิกิริยาสลายตัวสองครั้ง และปฏิกิริยาจะเป็นดังนี้:

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

หรือแบเรียมคลอไรด์ทำปฏิกิริยากับโพแทสเซียมคาร์บอเนตและมีปฏิกิริยาดังนี้:

BaCl2+K2CO3=BaCO3+2KCl

จากนั้นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยาจะถูกล้าง กรอง ทำให้แห้ง ฯลฯ เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์แบเรียมคาร์บอเนตสำเร็จรูป

③ วิธีแบเรียมคาร์บอเนต

ผงแบเรียมคาร์บอเนตทำปฏิกิริยากับเกลือแอมโมเนียมเพื่อสร้างเกลือแบเรียมที่ละลายน้ำได้ และแอมโมเนียมคาร์บอเนตถูกนำกลับมาใช้ใหม่ เกลือแบเรียมที่ละลายน้ำได้จะถูกเติมลงในแอมโมเนียมคาร์บอเนตเพื่อตกตะกอนแบเรียมคาร์บอเนตที่ผ่านการกลั่น ซึ่งจะถูกกรองและทำให้แห้งเพื่อทำผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป นอกจากนี้ น้ำแม่ที่ได้ยังสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ปฏิกิริยามีดังนี้:

BaCO3+2HCl = BaCl2+H2O+CO2

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

Ba(OH)2+CO2=BaCO3+H2O 

(2) วิธีการเตรียมแบเรียมไททาเนต 

① วิธีเฟสของแข็ง

แบเรียมไททาเนตสามารถได้โดยการเผาแบเรียมคาร์บอเนตและไททาเนียมไดออกไซด์ และสามารถเติมสารอื่นๆ ลงไปได้ ปฏิกิริยาจะเป็นดังนี้:

TiO2 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑

② วิธีการตกตะกอนร่วม

แบเรียมคลอไรด์และไททาเนียมเตตระคลอไรด์ผสมกันและละลายในปริมาณที่เท่ากัน ให้ความร้อนถึง 70°C จากนั้นจึงเติมกรดออกซาลิกลงไปทีละหยดเพื่อให้ได้แบเรียมไททานิลออกซาเลต [BaTiO(C2O4)2•4H2O] ที่ถูกทำให้มีความชื้น จากนั้นจึงล้าง ทำให้แห้ง จากนั้นจึงไพโรไลซิสเพื่อให้ได้แบเรียมไททาเนต ปฏิกิริยาเป็นดังนี้:

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

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

หลังจากตีกรดเมทาไททานิกแล้ว ให้เติมสารละลายแบเรียมคลอไรด์ลงไป จากนั้นจึงเติมแอมโมเนียมคาร์บอเนตลงไปขณะคนเพื่อให้เกิดการตกตะกอนร่วมของแบเรียมคาร์บอเนตและกรดเมทาไททานิก ซึ่งจะถูกเผาเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ ปฏิกิริยามีดังนี้:

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

H2TiO3 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑ + H2O 

(3) การเตรียมแบเรียมคลอไรด์ 

กระบวนการผลิตแบเรียมคลอไรด์ประกอบด้วยวิธีกรดไฮโดรคลอริก วิธีแบเรียมคาร์บอเนต วิธีแคลเซียมคลอไรด์ และวิธีแมกนีเซียมคลอไรด์ ตามวิธีการหรือวัตถุดิบที่แตกต่างกัน

① วิธีกรดไฮโดรคลอริก เมื่อแบเรียมซัลไฟด์ถูกบำบัดด้วยกรดไฮโดรคลอริก ปฏิกิริยาหลักคือ:

BaS+2HCI=BaCl2+H2S↑+Q