תהליך מיצוי בריום

(1) הכנת תחמוצת בריום 

עפרת בריט איכותית חייבת לעבור תחילה בחירה ידנית והצפה, ולאחר מכן להסיר ברזל וסיליקון כדי לקבל תרכיז המכיל יותר מ-96% בריום סולפט. אבקת העפרה בגודל חלקיקים של פחות מ-20 רשת מעורבבת עם אבקת פחם או קוק נפט ביחס משקל של 4:1, וקלויה ב-1100 מעלות צלזיוס בכבשן הדהוד. הבריום סולפט מצטמצם לבריום גופרתי (הידוע בכינויו "אפר שחור"), ותמיסת הבריום גופרתי המתקבלת מושטפת במים חמים. על מנת להמיר בריום גופרתי למשקע בריום פחמתי, יש להוסיף נתרן פחמתי או פחמן דו-חמצני לתמיסה המימית של בריום גופרתי. ניתן להשיג תחמוצת בריום על ידי ערבוב בריום פחמתי עם אבקת פחמן וקלינתה מעל 800 מעלות צלזיוס. יש לציין שתחמוצת בריום מתחמצנת ליצירת בריום פרוקסיד ב-500-700 מעלות צלזיוס, ובריום פרוקסיד ניתן לפרק ליצירת תחמוצת בריום ב-700-800 מעלות צלזיוס. לכן, על מנת למנוע ייצור של בריום פרוקסיד, יש לקרר או לכבות את המוצר המעובד תחת הגנה של גז אינרטי. 

(2) שיטת חיזור אלומינותרמית לייצור בריום מתכתי 

בשל מרכיבים שונים, ישנן שתי תגובות של תחמוצת בריום מחזרת אלומיניום:

6BaO+2Al→3BaO•Al2O3+3Ba↑

או: 4BaO+2Al→BaO•Al2O3+3Ba↑

בטמפרטורה של 1000-1200 מעלות צלזיוס, שתי התגובות הללו מייצרות מעט מאוד בריום, ולכן יש צורך במשאבת ואקום כדי להעביר באופן רציף את אדי הבריום מאזור התגובה לאזור העיבוי, כך שהתגובה תוכל להמשיך ולהתקדמות ימינה. השאריות לאחר התגובה הן רעילות ויש לטפל בהן לפני שניתן להשליך אותן.

הכנת תרכובות בריום נפוצות 

(1) שיטת הכנה של בריום פחמתי 

① שיטת הקרבון

שיטת הפחמן כוללת בעיקר ערבוב של בריט ופחם ביחס מסוים, ריסוקם לתוך כבשן סיבובי, חימום וצמצום שלהם בטמפרטורה של 1100-1200 מעלות צלזיוס לקבלת בריום גופרתי מותך. פחמן דו-חמצני מוכנס לתמיסת הבריום גופרתי לצורך הפחמן, והתגובה היא כדלקמן:

BaS+CO2+H2O=BaCO3+H2S

תרחיף הבריום קרבונט המתקבל עובר הסרת גופרית, שטיפה ומסוננת בוואקום, ולאחר מכן מיובשת ונמחצת ב-300 מעלות צלזיוס לקבלת מוצר בריום קרבונט מוגמר. שיטה זו פשוטה בתהליך ובעלת עלות נמוכה, ולכן היא מאומצת על ידי רוב היצרנים.

② שיטת פירוק כפול

בריום גופרתי ואמוניום פחמתי עוברים תגובת פירוק כפולה, והתגובה היא כדלקמן:

BaS+(NH4)2CO3=BaCO3+(NH4)2S

או שבריום כלוריד מגיב עם אשלגן פחמתי, והתגובה היא כדלקמן:

BaCl2+K2CO3=BaCO3+2KCl

לאחר מכן, התוצר המתקבל מהתגובה נשטף, מסונן, מיובש וכו' כדי לקבל תוצר בריום פחמתי מוגמר.

③ שיטת בריום קרבונט

אבקת בריום קרבונט מגיבה עם מלח אמוניום ליצירת מלח בריום מסיס, ואמוניום קרבונט ממוחזר. מלח בריום מסיס מוסיף לאמוניום קרבונט כדי לזרז בריום קרבונט מזוקק, אשר מסונן ומיובש ליצירת המוצר המוגמר. בנוסף, ניתן למחזר את נוזל האם המתקבל. התגובה היא כדלקמן:

BaCO3+2HCl=BaCl2+H2O+CO2

BaCl2+2NH4OH=Ba(OH)2+2NH4Cl

Ba(OH)2+CO2=BaCO3+H2O 

(2) שיטת הכנה של בריום טיטנאט 

① שיטת פאזה מוצקה

ניתן להשיג בריום טיטנאט על ידי חימום בריום פחמתי וטיטניום דיאוקסיד, וניתן להוסיף לתוכו כל חומר אחר. התגובה היא כדלקמן:

TiO2 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑

② שיטת משקעים משותפים

בריום כלוריד וטיטניום טטראכלוריד מעורבבים ומומסים בכמויות שוות, מחממים ל-70 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן מוסיפים טיפות של חומצה אוקסלית לקבלת משקע בריום טיטניל אוקסלט [BaTiO(C2O4)2•4H2O] הידרט, אשר נשטף, מיובש ולאחר מכן עובר פירוליזה לקבלת בריום טיטנאט. התגובה היא כדלקמן:

BaCl2 + TiCl4 + 2H2C2O4 + 5H2O = BaTiO(C2O4)2•4H2O↓ + 6HCl

BaTiO(C2O4)2•4H2O = BaTiO3 + 2CO2↑ + 2CO↑ + 4H2O

לאחר טריפת החומצה המטאטיטנית, מוסיפים תמיסת בריום כלוריד, ולאחר מכן מוסיפים אמוניום פחמתי תוך ערבוב ליצירת משקע משותף של בריום פחמתי וחומצה מטאטיטנית, אשר עוברים שריפה לקבלת התוצר. התגובה היא כדלקמן:

BaCl2 + (NH4)2CO3 = BaCO3 + 2NH4Cl

H2TiO3 + BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑ + H2O 

(3) הכנת בריום כלוריד 

תהליך הייצור של בריום כלוריד כולל בעיקר שיטת חומצה הידרוכלורית, שיטת בריום פחמתי, שיטת סידן כלוריד ושיטת מגנזיום כלוריד בהתאם לשיטות או חומרי גלם שונים.

① שיטת חומצה הידרוכלורית. כאשר מטפלים בבריום גופרתי עם חומצה הידרוכלורית, התגובה העיקרית היא:

BaS+2HCI=BaCl2+H2S↑+Q