Proces ekstrakcije barija

(1) Priprema barijevog oksida 

Visokokvalitetna baritna ruda prvo se mora ručno odabrati i flotirati, a zatim se uklanjaju željezo i silicij kako bi se dobio koncentrat koji sadrži više od 96% barijevog sulfata. Prah rude s veličinom čestica manjom od 20 mesh miješa se s prahom ugljena ili petrolejnog koksa u težinskom omjeru 4:1 i prži na 1100 ℃ u reverberatorskoj peći. Barijev sulfat se reducira do barijevog sulfida (općenito poznatog kao "crni pepeo"), a dobivena otopina barijevog sulfida se ispire vrućom vodom. Da bi se barijev sulfid pretvorio u talog barijevog karbonata, u vodenu otopinu barijevog sulfida potrebno je dodati natrijev karbonat ili ugljikov dioksid. Barijev oksid može se dobiti miješanjem barijevog karbonata s ugljikovim prahom i kalcinacijom na temperaturi iznad 800 ℃. Treba napomenuti da se barijev oksid oksidira u barijev peroksid na 500-700 ℃, a barijev peroksid se može razgraditi u barijev oksid na 700-800 ℃. Stoga, kako bi se izbjeglo stvaranje barijevog peroksida, kalcinirani proizvod treba ohladiti ili ugasiti pod zaštitom inertnog plina. 

(2) Metoda aluminotermijske redukcije za proizvodnju metalnog barija 

Zbog različitih sastojaka, postoje dvije reakcije redukcije barijevog oksida aluminijem:

6BaO+2Al→3BaO•Al2O3+3Ba↑

Ili: 4BaO+2Al→BaO•Al2O3+3Ba↑

Na 1000-1200℃, ove dvije reakcije proizvode vrlo malo barija, pa je potrebna vakuumska pumpa za kontinuirani prijenos barijevih para iz reakcijske zone u kondenzacijsku zonu kako bi reakcija mogla nastaviti teći udesno. Ostatak nakon reakcije je toksičan i potrebno ga je obraditi prije nego što se može odbaciti.

Priprava uobičajenih barijevih spojeva 

(1) Metoda pripreme barijevog karbonata 

① Metoda karbonizacije

Metoda karbonizacije uglavnom uključuje miješanje barita i ugljena u određenom omjeru, njihovo drobljenje u rotacijskoj peći te kalciniranje i redukciju na 1100-1200 ℃ kako bi se dobila talina barijevog sulfida. Ugljikov dioksid se uvodi u otopinu barijevog sulfida za karbonizaciju, a reakcija je sljedeća:

BaS+CO2+H2O=BaCO3+H2S

Dobivena suspenzija barijevog karbonata se desumporizira, pere i filtrira vakuumski, a zatim suši i drobi na 300 ℃ kako bi se dobio gotov proizvod barijevog karbonata. Ova metoda je jednostavna u procesu i jeftina, pa je primjenjuje većina proizvođača.

② Metoda dvostruke dekompozicije

Barijev sulfid i amonijev karbonat podliježu dvostrukoj reakciji razgradnje, a reakcija je sljedeća:

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

Ili barijev klorid reagira s kalijevim karbonatom, a reakcija je sljedeća:

BaCl2+K2CO3=BaCO3+2KCl

Produkt dobiven reakcijom se zatim ispire, filtrira, suši itd. kako bi se dobio gotov proizvod barijevog karbonata.

③ Metoda s barijevim karbonatom

Prah barijevog karbonata reagira s amonijevom soli kako bi se dobila topljiva barijeva sol, a amonijev karbonat se reciklira. Topljiva barijeva sol dodaje se amonijevom karbonatu kako bi se istaložio rafinirani barijev karbonat, koji se zatim filtrira i suši kako bi se dobio gotov proizvod. Osim toga, dobivena matična tekućina može se reciklirati. Reakcija je sljedeća:

BaCO3+2HCl=BaCl2+H2O+CO2

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

Ba(OH)2+CO2=BaCO3+H2O 

(2) Metoda pripreme barijevog titanata 

① Metoda čvrste faze

Barijev titanat može se dobiti kalciniranjem barijevog karbonata i titanijevog dioksida, a mogu se u njega dodati i drugi materijali. Reakcija je sljedeća:

TiO2 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑

② Metoda koprecipitacije

Barijev klorid i titanijev tetraklorid se pomiješaju i otope u jednakim količinama, zagriju na 70°C, a zatim se kap po kap dodaje oksalna kiselina kako bi se dobio hidratizirani talog barijevog titanil oksalata [BaTiO(C2O4)2•4H2O], koji se ispire, suši i zatim pirolizira kako bi se dobio barijev titanat. Reakcija je sljedeća:

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

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

Nakon miješanja metatitanske kiseline, dodaje se otopina barijevog klorida, a zatim se uz miješanje dodaje amonijev karbonat kako bi se stvorio koprecipitat barijevog karbonata i metatitanske kiseline, koji se kalcinira kako bi se dobio produkt. Reakcija je sljedeća:

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

H2TiO3 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑ + H2O 

(3) Priprema barijevog klorida 

Proizvodni proces barijevog klorida uglavnom uključuje metodu klorovodične kiseline, metodu barijevog karbonata, metodu kalcijevog klorida i metodu magnezijevog klorida prema različitim metodama ili sirovinama.

① Metoda s klorovodičnom kiselinom. Kada se barijev sulfid tretira klorovodičnom kiselinom, glavna reakcija je:

BaS+2HCI=BaCl2+H2S↑+Q