Barytaufbereitung: Muffelofenverfahren               Dias

Diese Verfahren wurde von Herrn Studienreferendar Dr. Oliver Schneider in Anlehnung an Handbücher der gewerblichen Chemie ausgearbeitet und vom Autor des vorgelegten Beitrages geringfügig überarbeitet. Es handelt sich um ein relativ aufwändiges Verfahren, liefert aber sowohl in quantitativer als auch in qualitativer Hinsicht ausgezeichnete Bariumsulfatschlämme für die Weißung von Recyclingpapier.

Geräte:

Hammer, Mörser, Teigel mit Deckel, Muffelofen, Büchnertrichter (Nutsche) m. Filterpapier, Saugflasche, Saugschlauch, Pumpe, Bechergläser, Glasstab.

Chemikalien:

Aktivkohlepulver, Natriumcarbonat, demineralisiertes Wasser, verdünnte Schwefelsäure

1. Zerkleinerung des Schwerspats (Baryt-Lesefunde)


Die Schwerspatfunde müssen zunächst gewaschen und getrocknet und danach pulverisiert werden, damit der Schwerspat mit hinreichender Ausbeute umgesetzt werden kann. Man verwende dafür zunächst einen Hammer und anschließend einen Mörser.

2. Zuschlag von Kohle als Reduktionsmittel und Umsetzung bei ca. 1000°C


Durch 45- bis 60-minütiges Glühen mit Kohle im Muffelofen unter einem gut ziehenden Abzug kann Bariumsulfat bei 850 – 1000°C in Bariumsulfid und Kohlendioxid bzw. Kohlenmonoxid umgesetzt werden:

(1) BaSO₄ + 2C ———>  BaS + 2CO₂

(2) BaSO₄ + 4C ———>  BaS + 4CO₂ (Abzug!)

Die Reaktion nach Gleichung (1) verbraucht 10,1 g Kohlenstoff pro 100 g Bariumsulfat. Bei der Reaktion nach Gleichung (2) werden 20,2 g für die Reduktion von 100 g Bariumsulfat benötigt. Empirisch hat man festgestellt, daß für die Reduktion von 1 g Bariumsulfat 0,17 g Kohle ideal sind (Gmelin 1960).

Man mische daher eine entsprechende Menge Kohlestaub im Mörser innig mit dem Schwerspatpulver und fülle dieses Reaktionsgemisch in einen Tiegel. Das beim Glühen entstehende BaS muss, so lange es heiß ist, vor dem Zutritt von Luft geschützt werden, da es sonst vom Luftsauerstoff wieder zu BaSO₄ oxidiert wird:

(3) BaS + 2O₂ ———>  BaSO₄

Dies kann durch die Verwendung eines Tiegeldeckels verhindert werden. Der Ansatz wird anschließend in einem Muffelofen 45 bis 60 Minuten lang erhitzt (Aufwärmzeit berücksichtigen!).

3. Auslaugen des Reaktionsproduktes

(4) Ba²⁺ + S^2- + 2Na⁺ + CO₃^2- ———>   BaCO₃ + 2Na⁺ + S^2-

Zur Bariumcarbonatfällung wird die Bariumsulfidlösung mit einer äquivalenten Menge konzentrierter Natirumcarbonatlösung versetzt. Dabei geht man von folgender Annahme aus:

Eingesetzt wurden beispielsweise 1 g Barytstaub. Weil ein mol Bariumsulfat 233 g wiegt, sind 1/233 = 0,0043 mol Bariumsulfat zu Bariumsulfid umgesetzt worden. Ein mol Natriumcarbonat wiegt hingegen 106 g. 0,0043 mol wiegen entsprechend 0,46 g. – Zusammenfassend geht man davon aus, dass einer Menge von 1 g Schwerspat 0,46 g Natriumcarbonat äquivalent sind.

Nachdem die Bariumsulfidlösung mit der Äquivalentmenge an Natriumcarbonatlösung versetzt wurde, wird der entstandene weiße Niederschlag mit dem Bücherntrichter (Nutsche) abgesaugt und das Produkt auf dem Filter mit destilliertem Wasser gewaschen. Das meist schwefelgelbe Filtrat enthält v.a. gelöstes Natrium(poly-)sulfid und ist stark alkalisch (ätzend!, giftig!).

Durch die Umsetzung von Bariumcarbonat mit verdünnter Schwefelsäure kann unter Kohlendioxidentwicklung ein feinkristalliner blütenweißer Bariumsulfatschlamm erhalten werden:

(5) BaCO₃ + H₂SO₄  ———>    BaSO₄ + CO₂ + H₂O

Vor seiner Verwendung als Weißpigment muss der Bariumsulfatschlamm noch gründlich mit destilliertem Wasser gewaschen werden, um überschüssige Schwefelsäure zu entfernen.