碳酸钡矿
一种由碳酸钡组成的矿物
碳酸钡矿(英文:Witherite)也称毒重石(碳酸-BaCO3),主要成分为碳酸钡,分子式为BaCO3,是除重晶石(BaSOBa4)外,自然界另一种主要含钡矿物。通常在低温热液环境中形成,全球储量较为稀少,与重晶石,方解石白云石方铅矿等伴生,亦可在地表由于碳酸水溶液作用于重晶石而形成碳酸钡矿。呈无色、乳白色、灰色、浅黄色、绿色、至浅棕色。比重为4.3,硬度为3-3.5(莫氏硬度)。它在长波和短波紫外光下发出浅蓝色荧光,在短波紫外光下发出磷光。具有密度大、折射率高、能够吸收X射线和γ射线等特性。产地包括:中国、美国伊利诺伊州、英国诺森伯兰郡加拿大安大略省土库曼斯坦德国波兰等。
碳酸钡矿用于提取钡和钡化合物等,工业用途广泛,主要用于钢铁,玻璃,颜料,搪瓷,油漆,橡胶,涂料,焊条,烟火,电子等工业及制造钡盐
碳酸钡矿以英国(植物学家、地质学家、化学家、医生)威廉·威瑟林( William Withering,1741-1799 年)的名字命名,他于 1784 年发表了关于这种新矿物的研究。他可以证明重晶石和新矿物是两种不同的矿物。
主要特性
矿物组成
碳酸钡矿是碳酸钡为主要成分的非金属矿产品(化学成分:BaCO3;其中含
BaO 77.7%、CO2 22.3%,常含微量Sr、Ca、Mg)全球储量较为稀少,通常与重晶石,方解石白云石方铅矿等伴生,亦可在地表由于碳酸水溶液作用于重晶石而形成碳酸钡矿。属于非金属碳酸盐矿物,也是除了重晶石(BaSO4)以外,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。由于其易溶于酸性溶液的特质,在制备含钡化合物时,碳酸钡矿比重晶石更多地被选用。是提炼和制备钡化合物的重要矿产资源。
物理特性
碳酸钡矿是正交晶系,颜色一般呈无色、乳白色、灰色、浅黄色、绿色或至浅棕色,条痕白色,光泽呈玻璃质、没药树质,断口光泽呈参差状。块体密度为4.289~4.293g/cm3,硬度为3-3.5(莫氏硬度),常见于低温热液脉矿床中。
结构特征
碳酸钡矿的常见结构呈现粒状、块状、球状、葡萄状、纤维状等。属斜方晶系,晶体通常为双面晶,以三个单晶孪生的形式,形成假六方双锥面,锥面通常粗糙且有水平条纹。
鉴定特征
重晶石相似,但碳酸钡矿加氯化氢(HCL)起泡,易溶于氯化氢,加入硫酸(H2SO4)后产生硫酸钡沉淀,以此区别于重晶石。以密度大区别于文石和碳酸锶矿
分布区域
碳酸钡矿资源主要分布在中国、美国伊利诺伊州、英国诺森伯兰郡加拿大安大略省土库曼斯坦德国波兰等地。
根据新思界产业研究中心发布的《2022-2026年毒重石行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,中国钡矿资源储量位居全球第一,包括重晶石、毒重石。我国毒重石主要分布在横跨川渝陕三地的大巴山脉,包括城口县、陕西紫阳、四川万源等地区。这是全球已发现的唯一一个独立毒重石矿床,其资源分布集中、储量丰富、品味较高。二十世纪八十年代,我国正式开采毒重石,之后产量不断增大。
应用领域
碳酸钡矿可以广泛应用在油气开采、化工、冶金、电子、医疗、建材等领域。碳酸钡矿可提取得到碳酸钡,也可制备氢氧化钡氯化钡、硫酸钡、钛酸钡等钡化合物。其中,碳酸钡、氢氧化钡、氯化钡下游应用范围最为广泛,可以应用在电子、仪器仪表、机械、化工、冶金、军工等领域。
碳酸钡是碳酸钡矿的主要下游产品,碳酸钡矿通过化学提纯法可制得碳酸钡,是以毒重石粉氯化铵为原料反应得到氯化钡,再加入碳酸进行反应制得。此外,碳酸钡矿还可以通过高温分解法制得氧化钡,通过高温分解-氯化铵浸出法制得氯化钡,化学提纯法第一步反应也可得到氯化钡,与之相比,高温分解-氯化铵浸出法制备氯化钡的钡回收率更高。
用于油气钻井工业泥浆加重剂
碳酸钡矿与重晶石的比重及物理性质相似,比重晶石更容易酸解,同时在释放采层、控制油气层压力、提高油气产量等方面更优于重晶石,因此在油气钻井工业中可替代重晶石作泥浆加重剂。
生产化工产品
生产氯化钡
氯化钡作为工业上重要的钡盐而广泛用于电子仪表、陶瓷、染料、冶金、石油化工等工业部门。用碳酸钡矿生产氯化钡的主要工艺有:氯化物焙烧—浸取法、酸解法、氯化铵法、高温分解—氯化物浸取法等。
生产碳酸钡
碳酸钡可用于生产PTC热敏电子元件、制造芯片式元器件、半导体电容、制钡盐、烟火和信号弹等,也可作为陶瓷涂料和光学玻璃的辅料。
用碳酸钡矿生产碳酸钡主要有2种方法:一是将碳酸钡矿在高温下进行煅烧,分解成氧化钡,接着将煅烧料加入水中浸取,形成可溶性的氢氧化钡,然后将浸取液进行过滤,过滤后的氢氧化钡加入二氧化碳进行碳化,沉淀出碳酸钡,最后进行烘干,即为碳酸钡产品。此种方法工艺过程简单,过程无废水、废气排出,制备的产品质量稳定,杂质含量少。造成能耗高,而且给工艺设备带来困难。
另一种方法是将碳酸钡矿矿粉碎后用酸性强于碳酸的酸浸取,使钡转化为可溶性钡盐,与杂质分离后,再与碳酸钠506-87-6反应沉淀出碳酸钡。此方法生产的碳酸钡产品含硫和其他杂质较少,但生产成本高,操作相对困难。
生产硝酸钡
硝酸钡可用作氧化剂、玻璃着色剂、制钡盐、杀虫剂、信号弹、防腐、制陶瓷釉、炸药、医药等。可用硝酸一步法或用硝酸盐与毒重石发生复分解反应转化反应制得硝酸钡。毒重石法具有工艺污染小、成本低、纯度高等特点。
生产氢氧化钡
氢氧化钡用于甜菜制糖、没药树稳定剂、钡基润滑脂、玻璃和搪瓷工业等。氢氧化钡产品,有多种水合物形式,最常用的为八水氢氧化钡(Ba(OH)2·8H2O)和一水氢氧化钡(Ba(OH)2·H2O)。
生产氢氧化钡的常用的方法有毒重石法(煅烧水解法)和氯化钡氢氧化钠法。毒重石法生产工艺效果明显优于氯化钡—烧碱法。毒重石经锻烧分解后,生成氧化钡,再用水进行浸取,经过滤除杂质净化后,结晶、分离、干燥即为氢氧化钡成品。此方法生产中不需要其他酸碱化工原料,工艺简单,生产成本低。
矿物开采
矿床类型
碳酸钡矿仅见有沉积型层状矿床。
沉积型层状矿床
矿床主要为沉积成矿作用形成,产于震旦纪、寒武纪含炭泥砂质沉积岩中,硅质岩、白云岩共生。矿体一到数层,呈层状、似层状、透镜状;长百余米到千余米,厚度数米;矿体中心部位碳酸钡含量高,边部含量降低;产状与围岩一致。矿石中矿物以碳酸钡矿(毒重石矿)为主,分布均匀;重晶石、斜钡钙石次之;少量石英;有时有少量方解石。成矿后变质作用使矿石重结晶,热液作用常使矿石局部富集,矿物粒度增大。常有类质同像的元素、重晶石矿共生,有时有磷、钒矿共伴生。
矿床规模大型、小型均有,是具有一定工业价值的毒重石矿床,如四川城口巴山毒重石矿床、陕西紫阳黄柏树湾碳酸钡矿(毒重石矿)矿床。
选矿加工
重晶石和毒重石的矿石特征基本一致,据其选矿加工性能,可分为三大类:
1、易选矿石:组分简单,选矿工艺简单,一般采用手选、脱泥或简单的重选、浮选。
2、可选矿石:可利用组分多,选矿工艺较复杂,常用数次重选、浮选或重、浮联合选矿,有时还用磁选。
3、难选矿石:主要矿物选别特性差异小,矿物颗粒细,选矿工艺正在研究探索阶段。
4、按照矿石的矿物组合、结构、构造,分八种类型,前三种为易选矿石,最后两种为难选矿石。
按照矿石的矿物组合、结构、构造,分八种类型,前三种为易选矿石,最后两种为难选矿石。
1、重晶石型:主要由重晶石组成,含少量石英、泥质、褐铁矿等。
2、毒重石型:以毒重石为主,重晶石、石英少量。
3、石英—重晶石型:一般以重晶石为主,有较多的石英,有时石英和重晶石大致相等,并有少量绢云母
4、萤石—重晶石型:以重晶石为主,萤石次之,有时二者含量近似,常含较多的石英或长石
5、多金属硫化物—重晶石型:矿石中主要为重晶石,并含一种或几种有用组分,如方铅矿闪锌矿黄铜矿、金、银、黄铁矿等。
6、赤铁矿菱铁矿(或磁铁矿)—重晶石型:一般以重晶石为主,并有数量不等的镜铁矿、菱铁矿或磁铁矿。
7、重晶石—斜钡钙石(钡解石)—毒重石型:以毒重石为主,并有数量不等的斜钡钙石、重晶石、石英。毒重石粒度一般小于O.01 mm。
8、方解石—石英—重晶石型:以重晶石为主,并有数量不等的方解石、石英。重晶石粒度一般小于O.016 mm。
名称来源
碳酸钡矿起初由英国(植物学家、地质学家、化学家、医生)威廉·威瑟林 (William Withering,1741-1799) 描述了这种矿物,他对来自英国坎伯兰的重矿石Terra Ponderosa进行了一系列实验。推断它包含一种迄今为止未被描述的元素,但他无法表征。后来被证明是碳酸钡,1789 年,德国地质学家亚伯拉罕·戈特洛布·沃纳 (Abraham Gottlob Werner)为了纪念他,将这种矿物命名为毒重石 (Witherite) 。
分类
环境影响
碳酸钡矿开采、选矿过程中,存在着尾矿的产出和堆存,尾矿堆置不仅大量侵占用地、破坏生态系统,而且还是重要的重金属污染源。碳酸钡矿长期暴露,会发生化学反应,生成的物质经渗透或雨水冲淋,会进入土壤、水体中,造成重金属污染,通过植物、动物富集,再作为食物进入人体,会对人体健康造成危害。
已知金属钡毒性很低,但可溶性钡盐的毒性很高。不同的钡化合物的毒性大小与溶解度有关,溶解度高,毒性大,可溶性钡盐如氯化钡乙酸钡硝酸钡等为剧毒。碳酸钡虽不溶于水,但服入后与胃酸反应成为氯化钡而有毒。钡离子在酸性偏中性的pH值条件下有着更多的浸出,因此在人为防止天然条件下钡离子污染时,控制尾矿渣与水的接触以及接触时间是关键,应尽量避免矿渣与水的接触,在任何时候实施与水的隔离对减少对环境的污染都是有效且必要的。
口服氯化钡0.2~0.5克即可中毒,致死量约为0.8~1.0克。大量钡离子吸收入血液后,可对各类肌肉组织包括骨骼肌、平滑肌及心肌产生过度兴奋作用,最后转为抑制而致麻痹。钡离子可进入细胞内,使血清钾降低,导致低钾血症。所以,应严格防止钡的重金属污染。
参考资料
国家岩矿化石标本资源共享平台.国家岩矿化石标本资源共享平台.2023-07-13
国家岩矿化石标本资源共享平台.国家岩矿化石标本资源共享平台.2023-07-13
四川省金属学会- 科学普及- 科普知识.四川省金属学会.2023-07-13
Witherite Mineral Data.Mineral Data.2023-07-13
Wayback Machine.Wayback Machine.2023-07-13
..2023-07-14
目录
概述
主要特性
矿物组成
物理特性
结构特征
鉴定特征
分布区域
应用领域
用于油气钻井工业泥浆加重剂
生产化工产品
生产氯化钡
生产碳酸钡
生产硝酸钡
生产氢氧化钡
矿物开采
矿床类型
沉积型层状矿床
选矿加工
名称来源
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环境影响
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