stringtranslate.com

Сульфат бария

Сульфат бария (или сульфат ) — неорганическое соединение с химической формулой BaSO4 . Это белое кристаллическое твердое вещество, не имеющее запаха и нерастворимое в воде . Он встречается в виде минерала барита , который является основным коммерческим источником бария и материалов, полученных из него. Его непрозрачный белый внешний вид и высокая плотность используются в основных сферах применения. [4]

Использование

Буровые растворы

Около 80% мирового производства сульфата бария, в основном очищенного минерала, потребляется в качестве компонента бурового раствора для нефтяных скважин . Он увеличивает плотность жидкости, [5] увеличивая гидростатическое давление в скважине и снижая вероятность выброса .

Рентгеноконтрастное вещество

Сульфат бария в суспензии часто используется в медицине в качестве рентгеноконтрастного вещества при рентгенографии и других диагностических процедурах. Его чаще всего используют для визуализации желудочно -кишечного тракта во время так называемой « бариевой еды ». Его вводят перорально или с помощью клизмы в виде суспензии мелких частиц в густом молочноподобном растворе (часто с добавлением подсластителей и ароматизаторов). Хотя барий является тяжелым металлом , а его водорастворимые соединения часто очень токсичны, низкая растворимость сульфата бария защищает пациента от поглощения вредных количеств металла. Сульфат бария также легко выводится из организма, в отличие от Торотраста , который он заменил. Из-за относительно большого атомного номера ( Z = 56) бария его соединения сильнее поглощают рентгеновские лучи, чем соединения, полученные из более легких ядер.

Пигмент

Большая часть синтетического сульфата бария используется в качестве компонента белого пигмента для красок. В масляных красках сульфат бария почти прозрачен и используется в качестве наполнителя или для изменения консистенции . Один крупный производитель масляных красок для художников продает «перманентные белила», содержащие смесь пигмента титановых белил ( TiO 2 ) и сульфата бария. Комбинация сульфата бария и сульфида цинка (ZnS) представляет собой неорганический пигмент, называемый литопоном . В фотографии его используют в качестве покрытия для некоторых фотобумаг. [5] Он также используется в качестве покрытия для равномерного рассеивания света.

Светоотражающая краска для охлаждения

Сульфат бария хорошо отражает как видимый, так и ультрафиолетовый свет. [6] Исследователи использовали его в качестве ингредиента в краске, которая отражает 98,1% солнечной радиации , позволяя поверхностям, на которые оно было нанесено, оставаться прохладными в условиях солнечного света. Имеющиеся в продаже белые краски отражают только 80–90% солнечной радиации. [7] Благодаря использованию гексагональных нанопластинок нитрида бора толщина слоя этого типа краски была уменьшена до 0,15 мм. [6]

Осветлитель бумаги

Тонкий слой сульфата бария, называемый баритом, сначала наносится на основную поверхность большинства фотобумаг для увеличения отражательной способности изображения. Первая такая бумага была представлена ​​в 1884 году в Германии . [8] Затем поверх слоя барита наносится светочувствительная эмульсия галогенида серебра . Баритовое покрытие ограничивает проникновение эмульсии в волокна бумаги и делает эмульсию более однородной, что приводит к более однородному черному цвету. [9] Затем могут присутствовать дополнительные покрытия для фиксации и защиты изображения. Барит также использовался для придания блеска бумаге, предназначенной для струйной печати . [10]

Пластиковый наполнитель

Сульфат бария обычно используется в качестве наполнителя пластмасс для увеличения плотности полимера в приложениях для демпфирования вибраций. В полипропиленовых и полистирольных пластиках его применяют в качестве наполнителя в пропорциях до 70%. Он оказывает эффект повышения кислото- и щелочестойкости и непрозрачности. Такие композиты также используются в качестве материалов для защиты от рентгеновского излучения из-за их повышенной рентгеноконтрастности. [11] В тех случаях, когда обрабатываемость и вес вызывают беспокойство, композиты с высокой массовой долей (70–80%) сульфата бария могут быть предпочтительнее более часто используемых стальных щитов. [12]

Нишевое использование

Сульфат бария используется при анализе почвы. В тестах на определение pH почвы и других качеств почвы используются цветные индикаторы, а мелкие частицы (обычно глина) из почвы могут затуманить тестовую смесь и затруднить восприятие цвета индикатора. Сульфат бария, добавленный в смесь, связывается с этими частицами, делая их тяжелее, и они падают на дно, оставляя раствор более прозрачным.

В колориметрии сульфат бария используется в качестве почти идеального рассеивателя при измерении источников света.

При литье металлов используемые формы часто покрывают сульфатом бария, чтобы предотвратить сцепление расплавленного металла с формой.

Он также используется в тормозных накладках , анакустических пенах, порошковых покрытиях и пломбировании корневых каналов .

Сульфат бария входит в состав «резиновых» гранул, используемых чилийской полицией . [13] Это вместе с кремнеземом помогает гранулам достичь твердости по Шору А 96,5 . [13]

Поддержка катализатора

Сульфат бария используется в качестве носителя катализатора при селективном гидрировании функциональных групп, чувствительных к чрезмерному восстановлению . При низкой площади поверхности время контакта подложки с катализатором короче и, таким образом, достигается селективность. Палладий на сульфате бария также используется в качестве катализатора восстановления Розенмунда .

Пиротехника

Поскольку соединения бария излучают характерный зеленый свет при нагревании при высокой температуре, соли бария часто используются в зеленых пиротехнических формулах, хотя более распространены нитратные и хлоратные соли. Сульфат бария широко используется в качестве компонента «стробоскопических» пиротехнических составов.

Медная промышленность

Поскольку сульфат бария имеет высокую температуру плавления и нерастворим в воде, его используют в качестве разделительного материала при отливке медных анодных пластин . Анодные пластины отливают в медные формы, поэтому во избежание прямого контакта жидкой меди с твердой медной формой в качестве покрытия на поверхности формы используют суспензию мелкодисперсного порошка сульфата бария в воде. Таким образом, когда расплавленная медь затвердевает в форме анодной пластины, ее можно легко высвободить из формы.

Радиометрические измерения

Сульфат бария (или ПТФЭ) иногда используется для покрытия внутренней части интегрирующих сфер из-за высокой отражательной способности материала и близких к ламбертовским характеристикам .

3D-печать огнестрельного оружия

Сульфат бария включен в список материалов, приемлемых BATF для производства огнестрельного оружия и/или его компонентов из пластика, чтобы обеспечить соответствие федеральному требованию США о том, что рентгеновский аппарат должен быть в состоянии точно отображать форму оружия. пластиковое огнестрельное оружие или его компоненты. [14]

Производство

Почти весь барий, потребляемый в коммерческих целях, получают из барита , который часто бывает сильно загрязнен. Барит обрабатывается методом термохимической сульфатредукции (TSR), также известной как карботермическое восстановление (нагревание коксом ) , с получением сульфида бария :

BaSO 4 + 4 C → BaS + 4 CO

В отличие от сульфата бария сульфид бария растворим в воде и легко превращается в оксид, карбонат и галогениды. Для получения особо чистого сульфата бария сульфид или хлорид обрабатывают серной кислотой или сульфатными солями:

BaS + H 2 SO 4 → BaSO 4 + H 2 S

Сульфат бария, полученный таким способом, часто называют blanc fixe , что в переводе с французского означает «постоянный белый цвет». Blanc fixe — это форма бария, встречающаяся в потребительских товарах, таких как краски. [5]

В лаборатории сульфат бария получают путем объединения растворов ионов бария и сульфатных солей. Поскольку сульфат бария является наименее токсичной солью бария из-за его нерастворимости, отходы, содержащие соли бария, иногда обрабатывают сульфатом натрия для иммобилизации (детоксикации) бария. Сульфат бария – одна из наиболее нерастворимых солей сульфата. Его низкая растворимость используется в качественном неорганическом анализе как тест на ионы Ba 2+ , а также на сульфат.

Необработанное сырье, такое как природный барит, образовавшийся в гидротермальных условиях , может содержать множество примесей, АО, кварц или даже аморфный кремнезем . [15]

История

Сульфат бария восстанавливается углеродом до сульфида бария . Случайное открытие этого преобразования много веков назад привело к открытию первого синтетического люминофора . [4] Сульфид, в отличие от сульфата, растворим в воде.

В начале 20-го века, в период японской колонизации, было обнаружено, что хокутолит существует в природе в районе горячих источников Бэйтоу недалеко от города Тайбэй, Тайвань. Хокутолит — радиоактивный минерал, состоящий в основном из PbSO 4 и BaSO 4 , но также содержащий следы урана, тория и радия. Японцы собирали эти элементы для промышленного использования, а также разработали в этом районе десятки « лечебных термальных ванн ». [16]

Аспекты безопасности

Хотя растворимые соли бария умеренно токсичны для человека, сульфат бария нетоксичен из-за своей нерастворимости. Наиболее распространенным способом непреднамеренного отравления барием является употребление растворимых солей бария, ошибочно обозначенных как BaSO 4 . Во время инцидента в Селобаре (Бразилия, 2003 г.) девять пациентов умерли от неправильно приготовленного рентгеноконтрастного вещества. Что касается профессионального воздействия, Управление по охране труда установило допустимый предел воздействия на уровне 15 мг/м 3 , а Национальный институт охраны труда установил рекомендуемый предел воздействия на уровне 10 мг/м 3 . Для респираторного воздействия оба агентства установили предел профессионального воздействия на уровне 5 мг/м 3 . [17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Справочник CRC по химии и физике (85-е изд.). ЦРК Пресс. 2004. стр. 4–45. ISBN 0-8493-0485-7.
  2. ^ Аб Зумдал, Стивен С. (2009). Химические принципы (6-е изд.). Компания Хоутон Миффлин. ISBN 978-0-618-94690-7.
  3. ^ abcd Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0047». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ Аб Холлеман, А.Ф. и Виберг, Э. (2001) Неорганическая химия , Сан-Диего, Калифорния: Academic Press, ISBN 0-12-352651-5 . 
  5. ^ abc Кресс, Роберт; Баудис, Ульрих; Ягер, Пол; Ричерс, Х. Германн; Вагнер, Хайнц; Винклер, Йохен; Вольф, Ханс Уве (2007). «Барий и соединения бария». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a03_325.pub2. ISBN 978-3-527-30673-2.
  6. ^ Аб Пуйу, Тиби (04 октября 2022 г.). «Самая белая краска в мире теперь достаточно тонкая, чтобы покрывать и охлаждать автомобили, поезда и самолеты». ЗМЭ Наука . Проверено 12 октября 2022 г.
  7. ↑ Уайлс, Кайла (16 сентября 2021 г.). «Рекорд Purdue по самой белой краске появился в последнем издании Книги рекордов Гиннеса». www.purdue.edu . Проверено 12 октября 2022 г.
  8. ^ Институт консервации Гетти, Серебряный желатин. Атлас аналитических признаков фотографических процессов . Фонд Дж. Пола Гетти, 2013 г.
  9. ^ Сальваджо, Нанетт Л. Основные фотографические материалы и процессы. Тейлор и Фрэнсис США, 27 октября 2008 г., с. 362.
  10. ^ Никитас, Теано. «Бумага для струйной печати, которая придаст вашим фотографиям изюминку: вам и вашим клиентам наскучили распечатки фотографий? Обратите внимание на нашу любимую бумагу для художественной и специальной печати для струйной печати, которая обязательно выделит ваши изображения». Фото «Новости района» июль 2012: 36+. Генеральный справочный центр ЗОЛОТО. Веб. 3 ноября 2012 г.
  11. ^ Лопрести, Маттиа; Альберто, Габриэле; Кантамесса, Симона; Кантино, Джорджио; Контерозито, Элеонора; Пэйлин, Лука; Миланезио, Марко (28 января 2020 г.). «Легкие, легко формуемые и нетоксичные композиты на основе полимеров для жесткой рентгеновской защиты: теоретическое и экспериментальное исследование». Международный журнал молекулярных наук . 21 (3): 833. doi : 10.3390/ijms21030833 . ПМК 7037949 . ПМИД  32012889. 
  12. ^ Лопрести, Маттиа; Альберто, Габриэле; Кантамесса, Симона; Кантино, Джорджио; Контерозито, Элеонора; Пэйлин, Лука; Миланезио, Марко (28 января 2020 г.). «Легкие, легко формуемые и нетоксичные композиты на основе полимеров для жесткой рентгеновской защиты: теоретическое и экспериментальное исследование». Международный журнал молекулярных наук . 21 (3): 833. doi : 10.3390/ijms21030833 . ISSN  1422-0067. ПМК 7037949 . ПМИД  32012889. 
  13. ^ ab "Расследование Университета Чили выявило, что карабинеры были убиты в одиночку 20 лет назад" . Университет Чили . 18 ноября 2019 г. . Проверено 29 июня 2020 г.
  14. ^ «Является ли огнестрельное оружие незаконным, если оно сделано из пластика?». 23 сентября 2016 года . Проверено 4 марта 2023 г.
  15. ^ Феделе, Л.; Тодеска, Р.; Бони, М. (1 февраля 2003 г.). «Барито-кремнеземная минерализация в межордовикском несогласии на юго-западе Сардинии (Италия): исследование флюидных включений». Минералогия и петрология . 77 (3–4): 197–213. Бибкод : 2003MinPe..77..197F. дои : 10.1007/s00710-002-0200-9. S2CID  129874363.
  16. ^ Чу, Тие-Чи; Ван, Дженлун (2000). «Радиоактивное неравновесие ряда нуклидов урана и тория в горячих источниках и речной воде из бассейна горячих источников Пэйтоу в Тайбэе». Журнал ядерных и радиохимических наук . 1 (1): 5–10. дои : 10.14494/jnrs2000.1.5 .
  17. ^ «Сульфат бария». Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям . Центры по контролю и профилактике заболеваний. 4 апреля 2011 года . Проверено 18 ноября 2013 г.