Файл: Ахметов, Т. Г. Химия и технология соединений бария.pdf

Г л а в а IV

КАРБОНАТ БАРИЯ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Осажденный карбонат бария — белый кристаллический порошок плотностью 4,3 г/см3. При нагревании до 814 °С a -модификация кар­ боната бария переходит в гексагональную (Р) модификацию, а по

достижении 964 °С кристаллы образуют кубическую (у) систему (дериватограмма XXIV). Карбонат бария устойчив и при более вы­ соких температурах; давление его диссоциации при 1200 °С равно

12,3 кПа (92 мм рт. ст.), при 1400 °С — 101,3 кПа (760 мм рт. ст.).

Плавится при 1740 °С. Плохо растворим в воде. При 18 °С в 1 л воды растворяется лишь 0,02 г карбоната бария. Растворимость по­ вышается в концентрированных растворах сульфатов натрия, маг­ ния и цинка, хлоридов кальция и магния, а также в присутствии углекислоты или солей аммония. Имеющаяся на спектрах (рис. 24) слабая полоса 1070 см-1 указывает на нарушение симметрии иона СО^_ кристаллическим полем.

61

■"

Термодинамические свойства карбоната бария в конденсирован­

• моль)].

Высокотемпературные составляющие энтальпии, и энтропии кар­

Карбонат бария взаимодействует с минеральными кислотами, образуя соответствующие бариевые соли. Исследование системы ВаС12 — ВаС03 — ВаТЮ3 показало [146], что поля кристаллиза­ ции Р ВаС12, Р ВаС03 и ВаТЮ3 сходятся в тройной эвтектической точке системы, отвечающей 79,50% ВаС12, 9,25% BiTi03 и 11,25%

ВаС03.

Требования, предъявляемые к техническому карбонату бария, выпускаемому промышленностью разных стран, приведены в табл. 5.

Требования к качеству карбоната бария реактивной квалифика­ ции (содержание компонентов в %) приведены ниже:

ПРОИЗВОДСТВО И ПОТРЕБЛЕНИЕ КАРБОНАТА БАРИЯ

По масштабам производства и потребления карбонат бария за нимает первое место среди всех бариевых соединений. Основное применение он находит в радиотехнической и электронной про­ мышленности (70,2%), в производстве электро- и радиокерамики (15,3%). В стекольной промышленности карбонат бария приме­ няют (10,6%) для изготовления легкоплавких, тяжелых и отличаю­ щихся сильным лучепреломлением стекол. Применяется также для приготовления карбюризаторов, используемых в машиностроении для цементации стали и стальных изделий при высоких температу­ рах (при высокой температуре двуокись углерода, образующаяся при термической диссоциации ВаС03, восстанавливается до окиси угле­ рода, которая науглероживает сталь).

Некоторое количество карбоната бария идет на изготовление глазированных кирпичей, фарфора и фаянса, искусственного мра-

6 3

мора и баритового хрусталя. Высококачественные сорта карбоната бария применяются для производства ферритовых порошков [147], триполифосфатов, плавиковой кислоты и для полимеризации форм­ альдегида 1148].

Производство карбоната бария, поскольку его применение свя­

изводство углекислого бария составляет свыше 150 тыс. т/год. Ниже приведены объемы производства (в тыс. т/год) карбоната ба­ рия в некоторых капиталистических странах:

Большая разница в объеме производства карбоната бария раз­ витыми капиталистическими странами связана исключительно с уровнем развития в этих странах отраслей промышленности, по­ требляющих этот продукт.

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАРБОНАТА БАРИЯ

Основными видами сырья для производства карбоната бария яв­ ляются: сульфат, сульфид, хлорид, гидроокись, нитрат бария, кальцинированная сода, известняк, дымовые газы и барийсодер­ жащие растворы производства бариевых солей.

Кальцинированная сода — углекислая соль натрия представ­ ляет собой [149] белый порошок плотностью 2,5 т/м3. Она гигроско­ пична, при хранении поглощает влагу и углекислый газ из воз­

растворов выпадает десятиводная, в интервале температур 32,5— 36 °С — семиводная, при более высоких температурах — одновод­ ная, а выше 109 °С — безводная соль.

Кальцинированная сода при нагревании до 107 °С плавится в своей кристаллизационной воде с выделением ее. Безводная соль плавится при 854 °С (дериватограмма XXV).

Карбонат кальция. Для получения углекислого бария высокого качества необходимо использовать двуокись углерода, которую полу­ чают разложением природных карбонатов кальция (известняк, мел). Разложение осажденного карбоната кальция нагреванием (дери­ ватограмма XXVI) начинается при температуре 655 °С и полностью заканчивается с сбразованием окиси кальция при 917°С.

6 4

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБОНАТА БАРИЯ

Основными являются способы получения карбоната бария, ос­ нованные на конверсии растворимых солей бария карбонатом нат­

рия или на абсорбции двуокиси углерода сульфидом и гидроокисью бария.

Получение карбоната бария из его хлорида

Довольно распространенным является способ получения кар­ боната бария обменной реакцией хлористого бария с кальцини­ рованной содой:

ВаС12 + Na2C03 == ВаС03 + 2NaCl

Реакция практически заканчивается в течение 15 с (рис. 25).

Сповышением температуры она ускоряется. Процесс состоит из следующих ста­

дий:

1.Приготовление и очистка раство­ ров соды.

2.Подготовка и очистка растворов хлористого бария.

3.Проведение обменной реакции и сгущение пульпы.

4.Разделение и отмывка пасты уг­ лекислого бария.

5.Сушка пасты.

6.Затаривание сухого продукта. Кальцинированная сода доставляется

вбумажных кулях и подается в раство­ ритель, предварительно залитый водой, подогретой до 60—65 °С (рис. 26).

Впроизводстве обычно используется смесь маточных растворов после кристал­

руют на мешочных фильтрах типа МГ-40 и раствор перекачивают в напорные баки, откуда через ротаметры он дозируется на обменную реакцию.

Обменная реакция проводится при 80—85 °С в двух каскадно расположенных реакторах с мешалками и паровыми рубашками, где поддерживается 5%-ный (против стехиометрических расчетов) избыток кальцинированной соды. Образующаяся суспензия угле­ кислого бария направляется в сгуститель, представляющий собой емкость с коническим дном. Маточные растворы после сгущения поступают на контрольную фильтрацию для улавливания углекис­ лого бария, после чего перекачиваются на станцию нейтрализации.