氧化钡的性质及应用

【背景及概述】^[1][2][3][4]

钡盐产品是重要的化工原料，用途极其广泛。据统计，可用于18个工业部门2000多种用途。世界年产量为60万t以上。主要产品品种是碳酸钡、氯化钡、硫酸钡等。目前，随着市场经济的发展，新技术的研究开发有以下四个特点，一是围绕开发电子陶瓷材料为目的发展高纯超微细化钡盐产品，主要的品种有钛酸钡和高纯碳酸钡；二是如何保证为涂料、塑料、特殊用纸等工业部门提供高分散性的填料，以沉淀硫酸钡为代表的超微细化技术和表面处理技术明显进步；三是研究开发钡盐类精细化学品；四是研究开发垂直记录的磁记录材料-钡铁氧体磁粉。但是，钡铁氧体磁份国内还只限于研究阶段，尚未实施工业化。

氧化钡化学式BaO，式量153.34。氧化钡出自重土，矿物有毒重石、重晶石；化工原料有碳酸钡、硫酸钡、硝酸钡等。可用于玻璃制造、配制瓷釉等。《景德镇颜色釉》：“钡的化合物在配釉中做为熔剂使用。引入BaCO₃(重土)，能使釉料易熔，同时具有仅次于铅的折光作用，使釉面具有较强的光泽”：“与铅比较，氧化钡具有抵抗气氛作用的重要优点，因此它在还原气氛中煅烧，也不会出现灰暗色调”。颜色釉制作，常采用工业碳酸钡。氧化钡还用于玻璃工业，陶瓷工业；制造过氧化钡和钡盐，还用作脱水剂、气体干燥剂；如果吸入氧化钡，请将患者移到新鲜空气处；如果皮肤接触，应脱去污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤，如有不适感，就医；如果眼晴接触，应分开眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗，并立即就医；如果食入，立即漱口，禁止催吐，应立即就医。

【理化性质及结构】^[1][2]

氧化钡为无色立方或六角形结晶，有毒，密度5.72g/cm³，熔点1918℃，沸点2000℃，极易从潮湿空气中吸收水蒸气。溶于水并跟水化合生成氢氧化钡，吸收二氧化碳生成碳酸钡，跟酸反应生成钡盐和水，在高温时能跟氧反应形成过氧化钡BaO2。在450℃时与氧化合生成过氧化钡。600℃时还原成氧化钡。吸潮，需密封保存。工业品为白色或灰色粉末，并含有少量的硅酸钡、碳酸钡、碳和有机物等杂质。溶于酸，不溶于丙酮和氨。易溶于碱金属的氯化物或硫酸盐的熔融液中，但不发生复分解反应。溶于水。露置于空气中，与水和二氧化碳剧烈作用生成氢氧化钡和碳酸盐，同时释放大量的热，使温度升高直至赤热。有毒，易燃。

【应用】^[2][5]

氧化钡（BaO）主要用于制备过氧化钡和钡盐，用作高级润滑油添加剂、脱水剂、干燥剂、甜菜糖精炼，还用于玻璃和陶瓷工业。应用举例如下：

一种产量高、纯度高的以氧化钡还原生产金属钡的方法：本发明在还原炉内将氧化钡与铝反应生成钡，其特点是所述还原炉为双真空炉，炉胆内真空度为-4～-5Pa，炉胆外真空度为-45～-65Pa；将氧化钡与铝粉充分搅拌后置于炉胆内，由300℃分段逐级升温至1220℃，待反应结束后再逐级降温至100℃以下后取出收集的金属钡。采用本发明方法反应充分，可限度地利用氧化钡，能有效防止出炉时金属钡再氧化，本发明产出的金属钡纯度，高达99.97％，产量高，每炉可生产出40～50kg。本发明方法能实现高产量、高质量的节约型、高效工业生产。为了防止反应生成的金属钡再氧化形成氧化钡，而影响最终产品的纯度，本发明还在降温过程中充入氩气。通过惰性气体氩对形成的金属钡进行保护。本发明所述分段逐级升温至少分为五段，先从300℃升温至400℃后，经保温0.5～1小时，再从400℃升温至600℃后，经保温0.5～1小时，再600℃从升温至800℃后，经保温0.5～1小时，再从800℃从升温至1000℃后，经保温5～10小时，最后从1000℃从升温至1220℃后，保温5～10小时。本分段升温可形成由低至高的缓慢升温过程，利于金属钡与铝的充分反应，形成的金属铝废料成形好，利于出渣，为下一生产周期节约了清渣时间。

【制备】^[6][7]

1.煅烧法：硝酸钡或碳酸钡在各种构造的坩埚炉中煅烧即得氧化钡。主要制法（煅烧法） 流程简述。将研细的硝酸钡置于坩埚炉中， 加热， 温度达到1000 ~1050 ℃发生反应：

反应30~35 h 后得到BaO 质量分数＞96%的多孔性物料，冷却10~11 h，取出物料即得氧化钡。反应放出的气体用大量空气稀释，再用碱液吸收。坩埚结构形式不限， 但内表面都要涂上一层耐火黏土涂层，煅烧时用盖盖住，盖上开有气孔。

2. 热解法：碳酸钡与碳共热（约1 200 ℃）热解得到氧化钡，

碳可以是焦炭或焦油、炭黑。

3. 一种高纯氧化钡的生产工艺，包括以下步骤：

1）取高纯硝酸钡，将上述硝酸钡饱和溶液调至pH 8-9后，加入高纯过氧化 氢，搅拌5-10min，产生大量过氧化钡沉淀；过氧化氢：硝酸钡＝1：7，质量比；

2) 将沉淀甩干，用高纯水洗涤数次，直到无NO3-为止；

3) 甩干后的沉淀在100℃干燥后，于300-400℃灼烧6-8小时，得高纯氧化 钡，产率为60-70％，含量≥99.99％。

【主要参考资料】

[1] 化合物词典

[2] 中学教师实用化学辞典

[3] 景德镇陶瓷词典

[4] 刘铁岩, 梁新义, 张学平. 钡盐产品的研究开发和展望[J]. 化学世界, 2002, 43(2): 98-101.

[5] 颜志明. 以氧化钡还原生产金属钡的方法. CN201010135074.8 ，申请日2010-03-30

[6] 氧化钡（BaO）. 《无机盐工业》2018年07期

[7] 张贵珠；张勇. 一种高纯氧化钡的生产工艺CN201510468319.1，申请日2015-08-03