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氢氧化钡的应用

发布日期:2019/1/31 13:09:22

背景及概述[1][2]

氢氧化钡化学式Ba(OH)2,白色粉状固体,有毒。相对密度为4.50,350℃时熔化,600℃以上时分解。溶于水,难溶于乙醇和丙酮。在水溶液中析出的结晶为Ba(OH)2·8H2O,它是无色单斜晶体,相对密度为2.18 (16℃),熔点为78℃,在780℃时失去全部结晶水。氢氧化钡是一种强碱,极易吸收空气中的二氧化碳生成碳酸钡,应密封保存。

中国生产氢氧化钡产品最早的企业是红星集团自力分公司,当时生产规模较小。随着中国工业经济的不断发展,特别是实行改革开放,逐步建立社会主义市场经济,工业生产得到了突飞猛进的增长,氢氧化钡生产企业也不断增加,全国氢氧化钡总产量翻了几番。目前全国氢氧化钡总产量(以八水氢氧化钡计)约为3万t,其中有一部分加工成一水氢氧化钡,总量的50%以上销往国外。

制备[3-4]

①硫化钡(或碳酸钡)法:硫化钡(或碳酸钡)与盐酸反应,再与烧碱反应,经冷却结晶、洗涤分离,制得氢氧化钡。由重晶石还原制得的硫化钡熔体,经浸取制得硫化钡溶液,相对密度控制在1.107 4~1.124 7,静置澄清,清液送入一次反应器中,加入盐酸(BaS+2HCl→BaCl2+H2S↑),当pH=4 时终止反应,硫化氢引进气柜(副产硫化氢);氯化钡溶液送入二次反应器中,加热至70~90 ℃,加入过量烧碱[BaCl2+2NaOH→Ba(OH)2+2NaCl],控制二次反应器温度为100~110 ℃,同时于二次反器中浓缩,使溶液相对密度达到1.160 9~1.199 5,静置澄清,除去杂质,冷却结晶20~24 h,最后经离心分离,再经干燥,制得成品。

②氯化钡法:氯化钡与烧碱反应,经冷却结晶、分离,制得氢氧化钡。具体步骤为采用低锶高纯氯化钡溶液和氢氧化钠反应生成氢氧化钡,将氢氧化钡溶液升温至80℃以上,降温结晶,离心脱水,用水洗涤,得到粗结晶Ba(OH)2·8H2O;将粗结晶Ba(OH)2·8H2O再次加热溶解,加热至80℃以上,控制料液波美度在20Be′~30Be′之间,降温结晶,结晶时间为20?36h,离心脱水,用水洗涤,再离心脱水。与现有技术相比生产工艺简单,产品收率高,不引入杂质,产品中锶等杂质含量低,纯度高,符合生产精密高档电子元件的要求;不粉化,产品保持松散不结块时间长,方便使用。

③离子交换法:强酸性离子交换树脂先与硫化钡交换,再用烧碱再生,制得氢氧化钡。离子交换法生产氢氧化钡,主要采用苯乙烯-二乙烯苯交联作母体、磺酸基为官能团的强酸性阳离子交换树脂(K、Na 型)。将由重晶石焙烧浸取制得的硫化钡溶液质量浓度控制在150 g/L,经蒸汽加热器预热至(75±5)℃,然后进入离子交换柱,离子交换柱树脂由钠型变为钡型。

柱底流出质量分数为5%的Na2S 溶液可以回收。交换柱以热水正洗除去BaS 及Na2S,再反洗除去机械杂质及浮游物,水洗温度为(75±5)℃。再将预热至(75±5 ℃、质量浓度为140 g/L 的氢氧化钠溶液加入交换柱,离子交换树脂即由钡型又交换为钠型。柱底流出氢氧化钡溶液,质量浓度为130~150 g/L,经冷却结晶、分离干燥,得到成品。分离母液含碱质量浓度为90~100 g/L,浓缩后返回碱槽备用。

④毒重石法:毒重石经煅烧(1 000 ℃以上)制得氧化钡,用水溶解,再经除杂、结晶、分离、干燥,制得氢氧化钡。

⑤复分解法:硫化钡与氧化铜或者与氧化锌、二氧化锰反应,经水解制得氢氧化钡。⑥氧化钡法:用热水溶解氧化钡,再冷却析出Ba(OH)2·8H2O。

应用[5]

目前氢氧化钡产品品种主要有八水氢氧化钡和一水氢氧化钡。我国目前八水氢氧化钡总生产能力为3万t以上,一水氢氧化钡总生产能力为5000t,主要是粒状结晶产品,此外还有少量粉体状一水氢氧化钡。八水氢氧化钡主要销在国内,而一水氢氧化钡则全部出口国外。氢氧化钡八水物和一水物是近年来发展最快的两个钡盐产品。

无论是工艺技术方法的研究开发还是工业化生产状况都是如此。一水氢氧化钡的生产能力可望发展到1万t,相应地,八水氢氧化钡生产能力也会随之扩大。八水氢氧化钡主要用于钡基润滑脂、医药、塑料、人造丝、玻璃和搪瓷工业的原料,石油工业用作多效能添加剂,精制油类、蔗糖或作软水剂。如有研究开发了一种纳米氢氧化钡/石墨烯纳米复合材料方法是只需简单的将八水合氢氧化钡和氧化石墨烯粉末在无水乙醇中加热即得到纳米氢氧化钡/石墨烯纳米复合材料,方法简单可以做到大量生产。

其次,由于石墨烯的加入,与现有的氢氧化钡相比,该氢氧化钡/石墨烯纳米复合材料中纳米氢氧化钡颗粒负载到石墨烯片层上,在吸收空气变成碳酸钡后,碳酸钡颗粒由于石墨烯片的连接而成长为大晶粒碳酸钡,一方面可以连接文物的之间的缝隙从而加固文物,另一方面利用石墨烯优良的机械性质大幅提高文物加固的强度。

八水氢氧化钡目前大量用作一水氢氧化钡的原料。一水氢氧化钡主要用于内燃机润滑油的添加剂、塑料工业中增塑剂、复合稳定剂,低铁含量( 10× 10- 6以下)的氢氧化钡一水物还可以用于光学玻璃和感光材料。

主要参考资料

[1] 中国中学教学百科全书·化学卷

[2] 氢氧化钡产品生产现状

[3] 氢氧化钡Ba(OH)2·8H2O

[4] CN201710205969.6电子级高纯氢氧化钡的生产工艺

[5] 钡盐产品的研究开发和展望