钡是碱土金属元素,具有银白色光泽,柔软,有延展性。钡的化学性质十分活泼,能与大多数非金属反应,从来没有在自然界中发现钡单质,钡盐除硫酸钡外都有毒。
1、金属钡的性质
钡是IIA族碱土金属元素,密度为3.51g/cm3,熔点为727 ℃(1000 K,1341 ℉),沸点为1870℃(2143 K,3398℉)。钡是一种具有银白色光泽的碱土金属,焰色为黄绿色,柔软,有延展性。钡的化学性质十分活泼,能与大多数非金属反应,从来没有在自然界中发现钡单质。钡盐除硫酸钡外都有毒。此外,金属钡的还原性很强,可还原大多数金属的氧化物、卤化物和硫化物,得到相应的金属。
2、钡矿物类型
钡元素在地壳中的含量为0.05%,位列14位。在自然界中的主要矿物为重晶石(硫酸钡-BaSO4)和毒重石(碳酸钡-BaCO3)
2.1 重晶石
▲重晶石
重晶石是钡的最常见矿物,它的成分为硫酸钡;化学式:BaSO4;化学成分为BaO65.7%,SO334.3%,一般呈白、浅黄色、淡褐色,纯的重晶石无色透明,具有玻璃光泽,硬度:3~3.5;比重4.3~4.5g/cm3;熔点1580℃。
2.2 毒重石
▲毒重石
毒重石是除重晶石外,自然界另一种主要含钡矿物。具有比重大、硬度低、吸收X射线和γ射线等特性,化学成分BaCO3,无色、灰色、白色,葡萄状、粒状、晶体通常为双面晶,玻璃光泽、断口油脂光泽,比重4.31g/cm3,受热易分解成CO2和BaO,有毒。
3、钡矿床类型
世界各国据矿床成因,大体上分为热液型、沉积型和残积型三种;按重晶石矿床成因、矿床地质特征并结合工业利用价值等因素,大致可分为沉积型层状、热液型脉状、残坡积型重晶石矿床类型。
4、钡的用途
虽然钡在地壳中的含量不大 ,但由于其化学性质活跃,已经被广泛应用到化工、电子、陶瓷、医学、石油等领域。
4.1 电子工业
▲钡用于摄像管
钡的重要用途之一是用作吸气剂,用于除去真空管和显像管中的痕量气体。它以蒸散型消气膜状态使用,其作用是在装置内与周围气体生成化学化合物,防止许多电子管中的氧化物阴极同有害气体起反应,性能变差。
4.2 陶瓷行业
▲钡用于陶瓷釉料
碳酸钡可以用作陶器釉料。当釉中含有碳酸钡时重晶石化学式,它会形成粉红色、紫红色。钛酸钡是钛酸盐系列电子陶瓷的基础母体原料,被称为电子陶瓷业的支柱。
4.3 烟火工业
▲钡盐用于烟火
钡盐(如硝酸钡)燃烧时,呈明亮的绿黄色,常用于制造烟火和信号弹。我们看到的白色烟花有时候也会使用氧化钡制作。
4.4石油开采
▲重晶石粉用于石油开采
重晶石粉又名天然硫酸钡,主要用于石油和天然气钻井泥浆的加重剂。往泥浆中加入重晶石粉可以增加泥浆的比重,使泥浆重量与地下油、气压力平衡,从而防止井喷事故。
4.5 害虫控制
▲碳酸钡用于毒鼠药
碳酸钡是一种白色粉末,难溶于水,易溶于酸,有毒,常用作毒鼠药。碳酸钡能与胃液中的盐酸反应,释放出有毒的钡离子,引起中毒反应,因而在日常生活中我们应该避免误食。
4.6 医学行业
▲硫酸钡用于“钡餐造影”
硫酸钡是无嗅无味的白色粉末,既不溶于水,也不溶于酸或碱重晶石化学式,因而它不会产生有毒的钡离子,常被当做X线检查辅助用药用于胃肠道造影检查,俗称“钡餐造影”。放射学检查使用硫酸钡剂主要是利用其在胃肠道内可吸收X射线而使其显影作用,本身无药理作用, 吃后会自动排出体外。
4.7 其他应用
▲钡合金
(1)锌钡白俗称立德粉,是一种常用的白色颜料,(2)钡用作球墨铸铁的球化剂,用于制造球墨铸铁。(3)钡用于生产钡镍合金、钡钙铅等合金,例如用作轴承的铅合金中钡的含量为0.5%-4%。(4)钡是精制炼铜时的优良去氧剂。
5、钡的储量与分布
美国地质调查局2015年数据显示,全球重晶石资源量约为20亿吨,其中探明资源量为7.4亿吨。全球重晶石储量为3.5亿吨,中国为重晶石资源最为丰富的国家,其他重晶石资源丰富的国家有哈萨克斯坦、土耳其、印度、泰国、美国和墨西哥。
我国钡矿资源丰富,据预测资源总储量超过10亿吨,而且钡矿品位较高,钡矿储量和产量目前均居世界首位。自然界中最常见的含钡矿物为重晶石,全球重晶石储量为3.5亿吨,我国重晶石储量为1亿吨,约占全球总储量的29%,居世界首位。从重晶石的省(区)分布来看,贵州省重晶石矿最多,保有储量占全国的34%;湖南、广西、甘肃、陕西等省(区)次之。以上五省储量占全国的80%。
6、钡矿价格
金属钡 Ba=99.7% 400000元/吨
重晶石原矿 500元/吨
7、钡常见问题
7.1 钡对人体健康的影响
钡并非人体所必须的元素,但是对人体健康影响却很大。钡矿开采、冶炼、制造、使用钡化合物过程中都可能接触到钡。钡及其化合物可由呼吸道、消化道及受损的皮肤进入体内。职业性钡中毒主要由于呼吸道吸入引起,见于生产和使用过程中的意外事故;非职业钡中毒主要由消化道摄食所致,大多由误食引起;液态可溶性钡化合物可经创伤皮肤吸收。钡的急性中毒多为误服引起
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