در این مقاله از سری مقالات علمی سایت مهرادکو می پردازیم به بررسی ویژگی های کربنات باریم و کاربردهای شگفت انگیز آن و سپس 6 روش تولید این ماده.

کربنات باریم چیست؟

کربنات باریم (Barium carbonate) یک کربنات معدنی به شکل بلور یا پودر سفید با فرمول شیمیایی BaCO₃ است که مزه و بوی خاصی ندارد.
منبع طبیعی: در طبیعت به عنوان ماده معدنی ویتریت (Witherite) وجود دارد. بیشتر در رگه های سنگ معدن سرب یافت می‌شود.
کشف: ویلیام ویترینگ این ماده معدنی سفید رنگ را در سال 1784 از باریت ها کشف کرد.
واکنش ها: نمک های کلسیم محلول می توانند با کربنات باریم واکنش دهند و سولفات باریم را تشکیل دهند که در محلول و کربنات کلسیم باقی می ماند: BaCO₃ + CaSO₄ → CaCO₃ + BaSO
کربنات باریم می تواند با اسید هیدروکلریک واکنش داده و کلرید باریم، آب و دی اکسید کربن را تشکیل دهد: BaCO₃ + 2HCl → BaCl₂ + H₂O + CO₂

کاربرد کربنات باریم

صنعت کاشی و سرامیک:

کربنات باریم به عنوان یک نمک نامحلول سفید که بیشترین کاربرد خود را در صنعت سرامیک دارد، به طور گسترده ای برای تولید محصولات سرامیکی استفاده می شود.
در تولید کاشی و سرامیک، کربنات باریم به عنوان یک افزودنی جهت بهبود مقاومت ساختاری و حتی رنگ و ظاهر نهایی محصولات استفاده می‌شود. این ماده در لعاب به صورت دوغاب و به عنوان یک عامل کریستاله کننده عمل می کند و در ترکیب با اکسیدهای رنگی، رنگ های منحصر به فردی را تولید می کند که نمی توان آن ها را از روش های دیگر بدست آورد.

صنعت حفاری چاه‌های نفت و گاز:

کنترل فشار چاه: کربنات باریم در فرآیند های حفاری نفت و گاز با تنظیم فشار چاه به طور دقیق، از اختلالات و مشکلاتی که از افزایش یا کاهش ناگهانی فشار ممکن است ایجاد شود، جلوگیری می‌کند.
پیشگیری از حمله گازهای مخرب: در بعضی از چاه‌های نفت و گاز، گازهای مخرب مانند گاز هیدروژن سولفید (H2S) ممکن است وجود داشته باشند. کربنات باریم به عنوان یک عامل موثر علیه حمله این گازها به تجهیزات و لوله‌ها عمل می‌کند.
ماده افزودنی به مخلوط: این ترکیب به مواد حفاری اضافه می‌شود تا وزن مخلوط را افزایش داده و از جلوگیری از جابه‌جایی سنگهای بافت‌های لوله حفاری جلوگیری شود.
کاهش ناپایداری سنگ: در برخی از مواقع، سنگهای بافت لوله حفاری ممکن است ناپایدار باشند. کربنات باریم به عنوان عامل موثر در کاهش ناپایداری سنگهای بافت لوله حفاری استفاده می‌شود.
استفاده در مخازن نفتی: کربنات باریم در تزریق آب به مخازن نفتی برای افزایش فشار و بهبود استخراج نفت به کار می‌رود. این فرآیند به نام تزریق آب با کربنات باریم نیز شناخته می‌شود.

سم موش:

کربنات باریم به طور گسترده ای به عنوان جونده کش استفاده می شود، البته ظاهر آرد مانند سفید آن منجر به بسیاری از موارد مسمومیت با باریم شده است. کربنات باریم یک سم موش است که طعمه های جونده کش حاوی 20 تا 25 درصد از این ترکیب هستند.
ماده خام در تولید نمک باریم و اکسید باریم و پراکسید باریم:
به عنوان ماده خام برای اکسید باریم (BaO) و پراکسید باریم (BaO2) استفاده می شود.
همچنین به عنوان ماده اولیه در تولید پودر باریم استفاده می‌شود که در تجهیزات تصویربرداری پزشکی و حفاظت از پرتوهای X-ray مورد استفاده قرار می‌گیرد.
پودر باریم به علت خواص جذبی که دارد، برای ساخت موادی که اشعه X-ray را جذب کرده و از مواد معمولی مانند فلزات سنگین مختلف متمایز شوند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.همچنین کربنات باریم منبع اصلی تولید نمک های باریم است و برای مثال در تماس با محلول سولفات کلسیم به راحتی به سولفات باریم تبدیل می شود.
صنایع پلیمری و لاستیک:

افزودن به پلیمرها (به عنوان ماده حجمی یا خاکستری): در برخی از موارد، کربنات باریم به عنوان یک ماده حجمی (filler) در تولید پلیمرها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این افزودن به پلیمرها می‌تواند خصوصیات مکانیکی و فیزیکی آنها را تغییر دهد.
کمک به تقویت و سخت‌کنندگی لاستیک: در صنعت لاستیک، کربنات باریم ممکن است به عنوان یک ماده افزودنی به لاستیک اضافه شود تا خصوصیات مکانیکی لاستیک را بهبود بخشد. این افزودن می‌تواند باعث تقویت و سخت‌کنندگی لاستیک شود.
کاربرد در فرآیند ولکانیزاسیون: کربنات باریم ممکن است در فرآیند ولکانیزاسیون لاستیک (Vulcanization) نقش داشته باشد. این فرآیند باعث افزایش مقاومت لاستیک در برابر حرارت و خواص مکانیکی آن می‌شود.
کاهش هزینه تولید: به عنوان یک ماده پرکننده، کربنات باریم ممکن است در برخی از موارد به عنوان جایگزینی اقتصادی برای مواد گران‌قیمت‌تر در تولید پلیمرها و لاستیک‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

صنایع شیشه:

مهمترین کاربرد آن در تولید شیشه نیمه-سفید (semi-white glass) یا شیشه بلور (flint glass) است.
ماده خام در تولید شیشه فیبر نوری: کربنات باریم می‌تواند به عنوان یک ماده آرایشی (refractory) مورد استفاده قرار گیرد. این ماده می‌تواند دمای نقطه ذوب شیشه را افزایش داده و به مقاومت حرارتی و مکانیکی شیشه فیبر نوری کمک کند. این ویژگی‌ها از اهمیت زیادی در برخی از کاربردهای شیشه فیبر نوری مانند عایق‌ها، سازه‌های پلیمری مقاوم در برابر حرارت، و تجهیزات الکترونیکی با حساسیت حرارتی زیاد هستند.
کربنات باریم به عنوان یک ماده پرکننده و افزودنی در تولید شیشه استفاده می‌شود تا ویژگی‌های شیشه بهبود یابد و از تراکم جلوگیری شود.
همچنین به عنوان یک ماده تصفیه‌کننده (clarifying agent) در شیشه استفاده می‌شود. این ماده می‌تواند ذرات معلق را حذف کرده و شفافیت شیشه را افزایش دهد.
کنترل ترکیبات شیمیایی و رنگ شیشه: کربنات باریم می‌تواند در بهبود رنگ شیشه و ترکیبات شیمیایی شیشه نقش داشته باشد و به تنظیم و تقویت خصوصیات ساختاری آن کمک کند، به ویژه در تولید شیشه با ویژگی‌های خاص نظیر شفافیت مطلوب و ترکیبات دقیق.

آجر و صنعت ساخت و ساز:

افزودن به خمیر ساخت آجر (Body): کربنات باریم ممکن است به عنوان یک ماده افزودنی در خمیر ساخت آجر (بدنه آجر) اضافه شود. این افزودن ممکن است خصوصیات فیزیکی و مکانیکی آجر را بهبود بخشد.
کربنات باریم در ساخت آجر، کاشی و سفال به خاک رس اضافه می شود و سولفات های محلول موجود در ترکیب (مانند سولفات کلسیم و سولفات منیزیوم) را به سولفات باریوم نامحلول تبدیل می کند.
کنترل رنگ آجر: ممکن است کربنات باریم به عنوان یک عامل کنترل کننده رنگ در آجرها مورد استفاده قرار گیرد. این ماده می‌تواند به تنظیم رنگ آجر کمک کند.
کاهش هزینه تولید: به عنوان یک ماده پرکننده و کنترل کننده، کربنات باریم ممکن است در برخی از موارد به عنوان جایگزین اقتصادی برای مواد گران‌قیمت‌تر در تولید آجرها مورد استفاده قرار گیرد.
کنترل ویژگی‌های فیزیکی آجر: اضافه کردن کربنات باریم به خمیر ساخت آجر می‌تواند به تنظیم ویژگی‌های فیزیکی مانند مقاومت مکانیکی، جذب آب، و مقاومت حرارتی آجر کمک کند.

عکاسی:
کربنات باریم در عکاسی به عنوان یک نوع افزودنی در فیلم‌های تصویربرداری استفاده می‌شود. این استفاده اصطلاحاً به عنوان “باریوم‌تیتانات” یا “تیتانات باریم” شناخته می‌شود و دارای خصوصیات نوری خاصی است که منجر به کاربردهای خاص در عکاسی می‌شود:

کنتراست و رزولوشن بالا: تیتانات باریم به عنوان یک ماده جاذب نور در فیلم‌های تصویربرداری استفاده می‌شود. این ماده بهبود کنتراست و رزولوشن تصاویر را فراهم می‌کند، از جمله در فیلم‌های اسکنر و فیلم‌های پانوراما.
کاهش فاز نویز ناشی از حرکت: تیتانات باریم می‌تواند به کاهش فاز نویز ناشی از حرکت در تصاویر در شرایط نوری دشوار کمک کند، به ویژه در عکاسی با سرعت‌های شات بالا.
کنترل تابش ماورابنفش: این ماده می‌تواند در کنترل تابش ماورابنفش (UV) موثر باشد و از تاثیرات ناخواسته UV در تصاویر جلوگیری کند.
استفاده در فیلم‌های رادیوگرافی: در عکاسی پزشکی و رادیوگرافی، برخی از فیلم‌های تصویربرداری از تیتانات باریم به عنوان جزء حساس به اشعه X-ray استفاده می‌کنند.

کشاورزی و جوشکاری:
در زمینه کشاورزی در ساخت سموم کشاورزی و حشره کش ها و میکروب کش ها استفاده می‌شود و در جوشکاری به فرآیند ذوب کمک می‌کند.
همچنین در ذوب و تصفیه منیزیوم و ساخت تیتانات ها و دیرگدازها کاربرد دارد.
صنعت چاپ و رنگسازی:

پیگمنت در رنگسازی: ترکیبات باریم، به خصوص باریم سولفات و باریم کربنات، ممکن است به عنوان پیگمنت در تولید رنگها مورد استفاده قرار گیرد که به رنگدهی و پوشش بهتر رنگ کمک می‌کند.
فیلترهای نوری و صنایع هنری و دکوراتیو: باریم سولفات به عنوان یک پیگمنت در تولید فیلترهای نوری استفاده می‌شود. این فیلترها ممکن است در دستگاه‌های پاپ واپ برای ایجاد تصاویر و افکت‌های ویژه در عکاسی و فیلم‌سازی مورد استفاده قرار گیرند. همچنین ترکیبات باریم ممکن است در رنگ‌ها و مواد هنری برای ایجاد اثرات و تاثیرات خاص در آثار هنری و دکوراتیو به کار روند.
هرگونه استفاده از ترکیبات باریم در صنعت رنگسازی باید با دقت و با رعایت استانداردها و مقادیر مجاز انجام شود. همچنین موارد بهداشتی و ایمنی نیز باید مد نظر قرار گیرد.

تصفیه آب:

کربنات باریم در فرآیند تصفیه آب برای حذف یون‌های سنگین مانند سرب و رادیم از آب استفاده می‌شود. البته باید توجه داشت که استفاده از کربنات باریم باید با دقت و با رعایت استانداردهای بهداشتی انجام شود. در زیر به برخی از کاربردهای احتمالی کربنات باریم در تصفیه آب اشاره شده است:

تصفیه یون‌های فلزی: کربنات باریم ممکن است به عنوان یک جاذب یون‌های فلزی موجود در آب عمل کند. این فرآیند به معروف بودن برخی یون‌های فلزی از آب و کاهش آلاینده‌های معدنی کمک می‌کند.
کنترل pH آب: کربنات باریم به عنوان یک ماده با ویژگی آبکندی (buffer) می‌تواند در کنترل و تعادل pH آب موثر باشد. این ویژگی به حفظ pH آب در محدوده‌های مطلوب برای مصارف مختلف اهمیت می‌دهد.
حذف رنگ و طعم نامطلوب: کربنات باریم ممکن است به عنوان یک ماده جاذب برای حذف رنگ و طعم ناخواسته از آب مورد استفاده قرار گیرد.
کاهش هاردنس آب: در برخی مناطق، آب ممکن است دارای غلظت بالایی از مواد معدنی باشد که موجب ایجاد هاردنس آب می‌شود. کربنات باریم ممکن است در فرآیند نرم‌کنندگی آب به عنوان یکی از مواد مورد استفاده قرار گیرد.

ساخت سفال و کاشی:

در صنایع ساختمانی، کربنات باریم به عنوان یک افزودنی در ترکیبات سفال و کاشی استفاده می‌شود تا خواص مکانیکی و ساختاری بهبود یابد.

افزودن به خمیر تهیه سفال و کاشی: کربنات باریم ممکن است به عنوان یک ماده افزودنی به خمیر تهیه سفال و کاشی اضافه شود. این افزودن می‌تواند خصوصیات فیزیکی، مکانیکی، و ساختاری محصول را تغییر دهد. برخی موارد از این کاربرد عبارتند از بهبود مقاومت، تراکم، و ترکیبات شیمیایی ماسه‌های سفال و کاشی
کنترل رنگ و ایجاد زیبایی: کربنات باریم ممکن است در تهیه گلیه (گل‌پودر) برای رنگ‌های سفال و کاشی استفاده شود. این ماده می‌تواند به عنوان یک پیگمنت برای تولید رنگ‌های مختلف و حتی کنترل رنگ و زیبایی محصولات کمک کند.
استفاده در گلازور (زبراز کاشی): گلازور یک لایه نازک از مواد معدنی و شیمیایی است که بر روی سطح سفال یا کاشی اعمال می‌شود. کربنات باریم ممکن است به عنوان یکی از اجزاء گلازور مورد استفاده قرار گیرد تا به سطح محصول جلایی، لمینیت، و ویژگی‌های ظاهری دیگر افزوده شود.
کنترل ترکیبات شیمیایی: کربنات باریم ممکن است در ترکیبات شیمیایی خاک‌ها یا ماسه‌های استفاده شده در تهیه سفال و کاشی نقش داشته باشد. این کنترل می‌تواند بر ترکیبات شیمیایی و خواص سرامیکی محصولات تأثیر بگذارد.

صنایع الکترونیک و نورپردازی:

کربنات باریم در تولید کاتدهای توانمند باتری‌ها و نیز در لامپ‌های فلورسنت به عنوان یک فوتوفسفور استفاده می‌شود.
کربنات باریم همچنین برای ساخت سرامیک های الکترونیکی، خازن ها، ترمیستورهای PTC و سایر انواع تجهیزات الکترونیکی استفاده می شود.
ساخت الکتروسرامیک ها: این نوع سرامیک ها از اکسید و کربنات آهن به همراه باریم یا استرانسیم و سرب ساخته می‌شود. بخش کوچک ولی مهمی از کربنات باریم در این صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تولید قطعات مغناطیسی (Ferrites) و فریت باریم: برخی از فرآورده‌های کربنات باریم ممکن است به عنوان ماده اولیه در تولید قطعات مغناطیسی بازویی با استفاده از فریت (Ferrite) استفاده شوند. Ferrite ها اغلب در تجهیزات الکترونیکی و مغناطیسی، همچون هسته‌ها و لوله‌های فریت برای آنتن‌ها، استفاده می‌شوند.
تولید کاتدهای رایانه‌ها (CRTs):
در تولید تلویزیون‌های قدیمی و مانیتورهای CRT، کربنات باریم به عنوان یکی از مواد اولیه برای ساخت کاتدها استفاده می‌شد. این کاتدها نقش اصلی در تولید پرتوهای الکترونی برای تصویر نمایش داشتند.
استفاده در اشعه ایکس و تصویربرداری پزشکی: برخی ترکیبات باریم، از جمله باریم سولفات، در ساخت موادی که به عنوان ناحیه‌های کنتراست در تصویربرداری پزشکی (مثل فیلم‌های رادیوگرافی) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کاتدها در لامپ‌های چند‌الکترودی: کاتدهای مبتنی بر باریم در لامپ‌های چند‌الکترودی (Multi-Electrode Lamps) ممکن است برای ایجاد پلاسما و تولید نور در اپلیکیشن‌های خاص الکترونیکی به کار روند.
استفاده در ساخت قطعات پیزوالکتریک: برخی از ترکیبات باریم به عنوان مواد پیزوالکتریک به کار می‌روند. این مواد در ساخت قطعات الکترونیکی پیزوالکتریک برای تولید امواج صوتی یا حرکت در دستگاه‌های سونار و اولتراسونوگرافی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
استفاده در سوئیچ‌ها و رله‌ها: در برخی از سوئیچ‌ها و رله‌های الکترونیکی، باریم ممکن است به عنوان یک ماده موثر برای تغییر ویژگی‌های الکتریکی مورد استفاده قرار گیرد.
توجه: همواره در استفاده از هر نوع مواد شیمیایی در صنایع الکترونیک، رعایت استانداردها و مقررات ایمنی الزامی است.

5 روش تولید کربنات باریم:

1. روش کربناته کردن (Carbonation Method)

ابتدا دی اکسید کربن از محلول سولفید باریم عبور داده می شود تا بتواند کربن شود.
سپس دوغاب کربنات باریم به دست آمده از این فرآیند بیشتر در معرض شستشوی گوگردزدایی قرار می گیرد.
سپس از فیلتر خلاء عبور داده می شود و در دمای 300 درجه سانتیگراد خشک می شود.
فرآیند نهایی شامل پودر کردن قبل از بدست آوردن محصولات کربنات باریم است. واکنش:

BaS + CO₂ + H₂O → BaCO₃↓+ H₂S↑

2. با احیای باریت توسط متان

روش مرسوم تهیه کربنات باریم مبتنی بر احیای باریت (سولفات باریم طبیعی) در دمای بالا با زغال سنگ است که مقدار زیادی CO2 (گاز گلخانه ای) تولید می‌کند. تحقیقاتی برای یک روش کمتر آلوده کننده جو، برای تولید BaCO₃ با متان به عنوان عامل کاهنده نشان می دهد که انتشار CO₂ با این روش به طور قابل توجهی (تا 75٪) کاهش می یابد.
در این روش، سینتیک کاهش BaSO4 توسط CH4 بین 850 و 950 درجه سانتی‌گراد توسط گرانش حرارتی مورد مطالعه قرار گرفت.
محصولات گازی واکنش نیز توسط یک طیف سنج جرمی آنلاین شناسایی شدند.
سپس با استفاده از یک مدل ریاضی، پارامترهای جنبشی تعیین شد. این پارامترها برای طراحی کارخانه های صنعتی ضروری هستند.
این تحقیق مزایای دیگری مانند دمای عملیاتی پایین تر، شرایط بدون خاکستر به عنوان ناخالصی و کاهش زمان ماند را با توجه به روش متداول مبتنی بر زغال سنگ نشان می دهد.

3. روش تبدیل نفلین سمی (Poison Nepheline Conversion Method)

در این فرآیند نمک باریم محلول از واکنش ویتریت با نمک آمونیوم به دست می آید.
کربنات آمونیوم حاصل بازیافت می شود تا دوباره مورد استفاده قرار گیرد.
سپس این کربنات آمونیوم به لایه باریم محلول که قبلاً بدست آمده بود اضافه می شود تا کربنات باریم به شکل تصفیه شده رسوب کند.
سپس BaCO3 حاصل فیلتر و خشک می شود تا محصولاتی بر پایه کربنات باریم تولید شود. واکنش:

BaCl₂ + NH₄HCO₃ + NH₄OH → BaCO₃ ↓ + 2NH₄Cl + H₂O

4. روش دانه بندی خشک (Dry Granulation Method)

کربنات باریم به دست آمده از بارش های سنگین الک شده و در انبار مواد اولیه قرار می گیرد.
سپس به خوبی هم زده می شود، مخلوط و سپس گاز زدایی می شود.
در مرحله بعد این مواد برای عبور از فیدر چرخشی آماده می شوند.
محصول نهایی با غلتک ها به صورت قرص در ضخامت 3.7 تا 4 میلی متر فشرده می شود.
سپس قرص‌های به‌دست‌آمده به‌صورت ورقه‌ای در گرانولاتور ورودی قرار می‌گیرند و سرعت آن بر این اساس تنظیم می‌شود.
این محصولات نیمه آماده منجر به تولید باریم می‌شوند.
محصولات نیمه آماده تحت روش انتقال پنوماتیک پالس چاقویی قرار می گیرند و بعد محصولات وارد فیدر ارتعاشی برای غربال می شوند.
در نهایت گرانولاتور کربنات باریم را در ذرات بزرگتر از مش 20 آزاد می کند.

5. روش دانه بندی مرطوب (Wet Granulation Method)

این روش از یک سیستم بارش برای فیلتر کردن کیک حاوی آب غنی از باریم در فرآیند تولید استفاده می کند.
کیک فیلتر باید قابلیت کنترل میزان آب در حدود 20 درصد را داشته باشد.
سپس مواد از طریق عمل تیغه های دوار عبور داده می شود و به سرعت مخلوط می شوند.
در مرحله بعد آن را ورز داده و به شکل ذرات نیمه متراکم / گلوله های مرطوب تبدیل می شود.
سپس گلوله های مرطوب در آتش مستقیم کوره دوار قرار می گیرند، در دمای 800-1200 درجه سانتیگراد.
بعد از غربال بیشتر، از طریق حذف آهن پردازش و وزن می شود و در نهایت در ذرات کربنات باریم بسته بندی می شود.

سوالات پرکاربرد FAQs:

اکسید باریم چیست؟
پاسخ: یک جامد معدنی بلوری سفید رنگ با فرمول شیمیایی BaO است که منبع طبیعی آن عموما کانی باریت بوده و چون رطوبت هوا را جذب می کند باید حتما در محیط خشک نگهداری شود.
کربنات باریم چینی بهتر است یا کربنات باریم ایرانی؟
پاسخ: شما با تحلیل و مقایسه آنالیز هر محصول می‌توانید کیفیت و قیمت آن را مقایسه کنید. برای دانلود آنالیز کربنات باریم چین به این لینک مراجعه کنید.
برای خرید کربنات باریم چگونه اقدام کنیم؟ قیمت کربنات باریم چقدر است؟
پاسخ: برای خرید کربنات باریم در کیفیتی مطابق با استانداردها و قیمت رقابتی با شرکت مهراد تجارت میلان در تماس باشید.
شرکت مَهرادکو از سال ۱۳۹۳ تا کنون به عنوان تامین کننده ی کربنات باریم با کارخانجات و صنایع مختلف همکاری داشته است و کربنات باریم چین را با خلوص %۹۹ در کیسه های ۲۵ کیلوگرمی تحویل درب انبار شورآباد تهران عرضه می کند.