Исследование физико-химических свойств очищенного барита и их применение

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 54.04                                         

На юге Кыргызстана практическое значение имеют 3 объекта: месторождение Бель-Орук, Каражыга и Туя Моюн. На территории Ошской области, между городами Наукат и Араван, расположен массив Туя-Моюн. По левому берегу реки Ятань в массиве Туя-Моюн находится самая глубокая пещера Кыргызстан — Пропасть Ферсмана, глубиной 219 м. и длиной свыше 4580 м. Пещера эксплуатировалась как месторождение радия, а затем — урана в начале 20 века. К концу 50 х годов она была выработана и ликвидирована, входы в штольни были взорваны или замурованы. Общая протяженность карстовых полостей и искусственных выработок в Пропасть Ферсмана составляют более 4580 м.

Большая Баритовая пещера расположена на южной экспозиции массива Туя-Муюн. Начинается пещера горизонтальный штольней длиной около 20 м. Стены пещеры были практически полностью покрыты мощной корой кристаллов гидротермального кальцита, размерами 35-45 см, а также кристаллами барита. Барит обволакивает стены пещеры в виде гроздьев и карнизов и больших сверкающих кристаллов. При свете лампы можно наблюдать огромные скопления баритовых корок, весом в 10 т [1].

Исследована технология очищения нежелательных примесей, баритового концентрата Туя-Моюнского месторождения [2].

Исследованы и изучены специфичные характеры органических реагентов-осадителей.

Последовательным применением органических реагентов по схеме: 8-оксихолин→купферон→Q-нитрозо-b нафтол →диметиглиоксим. При этом образуется осадок внутрикомплексных соединений металлов магния, цинка, алюминия, кадмия, медь, железа кобальт, никель. Нежелательный осадок внутрикомплексных соединений отделяются с делительной воронкой. С последовательными применением неорганических реагентов-осадителей:

AgNO 3 (PH1NO 3 )→NH 4 OH+NH 4 OH+NH 4 Cl(PH9)→HClO 4 →Zn(UO 2 ) 3 (CH 3 COO) 8 →(NH 4 ) 2 HPO 4 (PH-9)→HCl→(NH 4 ) 2 C 2 O 4 →H 2 SO 4 ,(NH 4 ) 2 SO.

Осаждаются нежелательные примеси металлов. При этом образуется осадок соединения стронция, свинца, хрома, кальция, натрия, калия, железа, алюминия. Осадок отделяется с применением делительной воронкой. Экспериментально изучена последовательность и специфичность применения неорганических и органических реагентов осадителей. Полученный осадок сульфата бария промывали дистиллированной водой до нейтральной среды. Осадок сульфата бария нагревали при температуре 3000С для удаления летучих адсорбированных соединений [2-4].

Экспериментальная часть

Физические свойства сульфата бария. Визуально определено сульфат барий кристаллическое вещество — белый порошок или прозрачный кристалл. Практически нерастворим в воде (растворимость 0,0015 г/л при 18⁰C) и других растворителях органических растворителях (ацетон, скипидар, бензин, Уайт спирит, бензол, ксилол, кетоны, этанол). Сульфат бария нерастворим в щелочах и большинстве кислот. В природе встречается в виде минерала барита, который является основной бариевой рудой.

Химические свойства сульфата бария. Сульфат бария растворим в хлорной воде, бромистое водородной и йодистое водородной кислотах, растворах гидрокарбонатов щелочных металлов. На химический стакан наливаем 15 мл концентрированной серной кислоты по порциям высыпаем порошки сульфата бария перемешиваем стеклянный палочкой. Сульфат барий с концентрированной серной кислотой, образует хорошо растворимый гидросульфат бария: BaS0₄ + H₂S0₄ ^ B a(H S 0 4 )2B aS 0₄ + H₂S0₄ = Ba(HS0 4 )2.

При прокаливании с коксом сульфат восстановливается до сульфида: для этого измельченный кокс и сульфат бария пропускаем через сито с ячейкой 0,04 мкг хорошо размешаем смесь в соотношениях 1:1. Сульфат бария разлагается в муфельной печи при температуре 1150⁰С и образует сульфит бария и окись углерода (угорный газ). Окись углерода определяют электрогазоанализатором Сигнал-4Э (Таблица): BaS0₄ + 4С = BaS + 4C0BaS0₄ + 4С ^ BaS + 4С0 Т.

10 г сульфата бария поместили в фарфоровый тигель, ставим в муфельную печь при температуре выше 15900С, образует оксид бария, оксид серы (IV) и кислород. Оксид серы (IV) определяют электро газоанализатором Сигнал-4МSO2. (Таблица).

2BaS04 ^ 2Ba0 + 2S02 Т +02 Т 2BaS042Ba0 + 2S02 + 02

Для определения содержания газов использовали электрохимический газоанализатор. Газоанализаторы все модификации Сигнал-4Э, Сигнал-4МSO2 имеют селективный (специфический) характер: Сигнал-4Э определяет содержание только окись углерода и метана; Сигнал-4М SO2 определяют содержание двуокись серы и суммы углеводородов [5].

Таблица

СОДЕРЖАНИЕ ОКИСЬ УГЛЕРОДА И ДВУОКИСЬ СЕРЫ В ПРОЦЕССЕ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

Газоанализаторы модификации             CO мг/м³            SO 2 мг/м³

Сигна-4Э                                                0,02-

Сигна-4М-SO2                                          -0,08

Итого                                                   0,020,08

Барит (сульфат бария, BaSO 4 ) имеет широкий спектр применения в различных отраслях промышленности благодаря своим уникальным свойствам, в частности, высокой плотности, химической инертности и способности поглощать рентгеновские лучи. Вот некоторые из основных областей применения и использования барита:

Буровые растворы: барит обычно используется в качестве утяжелителя в буровых растворах, используемых при разведке нефти и газа. Добавляя барит в буровой раствор, он увеличивает его плотность, помогая контролировать скважинное давление и предотвращать выбросы.

Добавка к буровому раствору: барит также действует как модификатор реологии буровых растворов, помогая контролировать вязкость и текучесть бурового раствора.

Контрастное вещество сульфата бария: сульфат бария используется в качестве контрастного вещества в процедурах медицинской визуализации, таких как рентген и компьютерная томография. При проглатывании или введении в организм он улучшает видимость мягких тканей и позволяет лучше визуализировать желудочно-кишечный тракт, кровеносные сосуды и другие внутренние структуры.

Наполнитель в красках: барит используется в качестве наполнителя при производстве красок, покрытий и грунтовок. Он повышает непрозрачность, повышает долговечность и обеспечивает гладкую поверхность.

Наполнитель пластмасс и резины: барит добавляют в пластмассы и резиновые изделия для увеличения их плотности, улучшения огнестойкости и улучшения механических свойств.

Бетонный заполнитель: в строительной отрасли барит может использоваться в качестве заполнителя в бетоне для повышения его плотности и радиационно-защитных свойств в тех случаях, когда необходима радиационная защита, например, в больницах и на ядерных объектах.

Стекольная промышленность: барит используется в стекольной промышленности в качестве флюса, который помогает снизить температуру плавления стекла и улучшить его чистоту и яркость.

Бумажное покрытие: барит используется в качестве наполнителя в производстве бумаги и целлюлозы для улучшения белизны, непрозрачности и качества печати бумажной продукции.

Химическое производство: барит используется в качестве источника бария при производстве различных химических веществ, включая карбонат бария, хлорид бария и гидроксид бария.

Цементная добавка: в некоторых рецептурах цемента барит используется в качестве минеральной добавки для увеличения плотности и улучшения производительности бурения при цементировании нефтяных скважин.

Радиационная защита: благодаря своей высокой плотности и способности поглощать рентгеновские и гамма-лучи барит используется в конструкции радиационно-защитных материалов на атомных электростанциях, в больницах и лабораториях.

Тормозные накладки: барит может использоваться в качестве фрикционного материала в тормозных накладках и колодках сцепления благодаря своей высокой плотности и термостойкости.

Универсальность барита обусловлена его уникальным сочетанием свойств, что делает его ценным в самых разных отраслях: от разведки энергетики до здравоохранения и производства [6].

Ранее автором и коллегами были опубликованы работы по изучению бария и Туя-Моюнского месторождения [7-10].

Вывод

Исследованы физические свойства особо чистого сульфата бария и определено содержание летучих газов. Барит имеет широкий спектр применения в различных отраслях промышленности благодаря своим уникальным свойствам, в частности, высокой плотности, химической инертности и способности поглощать рентгеновские лучи.