Verwertung von Baryt

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Holger Pfahls
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Verwertung von Baryt

Beitrag von Holger Pfahls »

Ein gebräuchliches Verfahren für den Aufschluss von Bariumsulfat (Baryt; BaSO4) ist die Reduktion zu Bariumsulfid (BaS) mit Kohle bei 1000°C:

BaSO4 + 4C --> BaS + 4CO

Bariumsulfid ist im Gegensatz zu Bariumsulfat in Wasser löslich und wird in wässriger Lösung bei 40-90°C durch Einleiten von CO2 unter Freisetzung von Schwefelwasserstoff (H2S) zu Bariumcarbonat umgesetzt:

BaS + H2O + CO2 --> BaCO3 + H2S

Bariumcarbonat ist als Ausgangsstoff zur Herstellung anderer Bariumverbindungen geeignet.

Da dieses thermochemische Aufschlussverfahren umständlich ist, wäre eine nasschemisches Aufschlussverfahren vorteilhaft.


In einem älteren Buch habe ich einmal gelesen, dass Bariumsulfat durch Digerieren mit konz. Kaliumcarbonat-Lösung zu Bariumcarbonat umgesetzt werden kann:

BaSO4(s) + K2CO3(aq) --> BaCO3(s) + K2SO4(aq)

In der Literatur findet man für 20°C folgende Löslichkeitsprodukte:

c(Ba)*c(SO4) = 1*10-10
c(Ba)*c(CO3) = 5*10-9

==> c(SO4)/c(CO3) = 0,02

Nach dieser einfachen Theorie müsste beim Digerieren so lange Sulfat an die Lösung abgegeben und Carbonat aus der Lösung gebunden werden, bis die Sulfatkonzentration in der Lösung auf 2% der Carbonatkonzentration angestiegen ist; dann wäre ein Gleichgewicht erreicht und die Reaktion käme zum Stillstand.

Nach Abtrennung des gebildeten Bariumcarbonat (Sedimentation; Filtration) liegt eine Lösung von Kaliumcarbonat und Kaliumsulfat vor, welche wieder in Kaliumcarbonat und Kaliumsulfat getrennt werden müsste; evtl. ist dies durch Kristallisation bei wechselnden Temperaturen und Eindampfen der Lösung möglich.

Trotz intensiver Recherche konnte ich entscheidende Informationen dazu nicht finden, insbesondere auch nicht die Konzentrationen einer sowohl mit K2SO4 als auch mit K2CO3 gesättigten Lösung.

Ist ein solches Verfahren bekannt und gibt es evtl. bereits eine Verfahrensanleitung dazu?
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mgritsch
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von mgritsch »

In der analytik benutzt man gerne für unlösliche Sulfate den Schmelzaufschluss mit KNaCO3. Die Mischung hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt und in der Schmelze gelten andere Regeln bzgl Löslichkeit. Wie quantitativ kommt auf einen Versuch an...

Holger Pfahls
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von Holger Pfahls »

mgritsch hat geschrieben:
Sonntag 19. September 2021, 19:01
In der analytik benutzt man gerne für unlösliche Sulfate den Schmelzaufschluss mit KNaCO3. ...
Das zum Soda-Pottasche-Aufschluss verwendete eutektisches Gemisch aus 51,5% Na2CO3 + 48,5% K2CO3 hat Schmelzp. 710°C. Zudem wird ein Nickeltiegel benötigt. Das übersteigt meine Möglichkeiten.

Meine Überlegungen gehen eher in die Richtung dieser Beiträge: Bariumsulfat nutzen?
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mgritsch
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von mgritsch »

Welcher Maßstab schwebt dir denn vor?
700° sind mit einem handelsüblichen Gasbrenner problemlos zu erreichen (sonst ggfs mit Holzkohle im Anzündkamin..) und eine Blechbüchse oder Edelstahl-Schale tut es auch wenn du nicht analytische Reinheit brauchst. Spätestens wenn das BaCO3 zu anderen umgesetzt wird (Chlorid?) würden Verunreinigungen ohnehin bei der UK wegfallen.

Ob es reicht einfach mit gesättigter Carbonat-Lösung zu kochen kannst du in einem Reagenzglas-Versuch rasch selbst feststellen. Ist der Rückstand in HCl restlos löslich dann hat es geklappt. Wenn es auf sciencemadness schon inklusive Literatur steht, was ist denn hier noch die Frage?

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lemmi
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von lemmi »

Die dort angezeigte Literaturstelle lässt eigentlich keine Fragen offen. Wenn 99% des Sulfats zum Carbonat umgesetzt werden, ist das doch Klasse!? Der Überschuss an Natriumcarbonat ist wirtschaftlich zu verschmerzen und da man das Carbonat eh weiterverarbeitet, filtriert man vom nicht-umgesetzten Bariumsulfat einfach ab.
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Holger Pfahls
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von Holger Pfahls »

mgritsch hat geschrieben:
Donnerstag 30. September 2021, 19:15
... Wenn es auf sciencemadness schon inklusive Literatur steht, was ist denn hier noch die Frage?
Das stand da noch nicht, als ich die Frage gepostet habe.
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mgritsch
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von mgritsch »

Oh, verstehe, war gleichzeitig ein Thema und wurde dort besser beantwortet :)
Bleibt noch deine Frage ob es möglich ist das K2CO3 und K2SO4 zu trennen bzw frage ich mich ob nicht generell das verbreitete billige Na2CO3 tauglicher ist… wen kümmert das Abfall-Sulfat..

Glaskocher
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von Glaskocher »

Kaliumsulfat läßt sich von Kaliumcarbonat recht einfach trennen. Wenn man eine verdünnte Lösung beider Salze zur Verdunstung stellt, dann kristallisiert das Sulfat zuerst in kompakten Kristallen aus. Dann kommt die Verdunstung bei Luftfeuchtigkeiten oberhalb von 50%rel zum Erliegen, da das die Gleichgewichts-Feuchte von Kaliumcarbonat ist. Durch vorsichtiges Waschen und erneutes Umkristallisieren läßt sich das so gewonnene Kaliumsulfat weiter aufreinigen. Um das Kaliumcarbonat zur Kristallisation zu überreden muß man die Lösung entweder heiß aufkonzentrieren oder es mit "Kohlensäure" ins Hydrogencarbonat überführen.

Holger Pfahls
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von Holger Pfahls »

mgritsch hat geschrieben:
Donnerstag 30. September 2021, 22:45
... bzw frage ich mich ob nicht generell das verbreitete billige Na2CO3 tauglicher ist… wen kümmert das Abfall-Sulfat..

Nach den vorliegenden Informationen ist Na2CO3 natürlich günstiger.

Ob der Na2CO3-Überschuss vom Sulfat abgetrennt und zurückgewonnen werden kann, müsste ein Blick auf das Phasendiagramm des Na2CO3-Na2SO4-H2O zeigen.
Die zweite Frage ist, ob sich der Aufwand rentiert. Bin noch am recherchieren.
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Glaskocher
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von Glaskocher »

Vermutlich reicht es, wenn man die Hauptmenge des erzeugten Natriumsulfates abtrennen kann.

Natriumsulfat hat zwischen 40°C und 100°C eine gleich bleibende Löslichkeit, während das Carbonat mit zunehmender Temperatur löslicher wird.

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mgritsch
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von mgritsch »

Man beachte dass in dem Fall ein sehr großer (>10x) Überschuss an Carbonat vorliegt. Da den kleinen Rest Sulfat rauskitzeln ist eher mühsam und IMHO für die Cent-Ware nicht der Mühe wert. Wenn du einfach nix wegwerfen willst, dann setze die Lauge doch mit Schwefelsäure um, dann ist wenigstens alles Sulfat. Oder mit CO2 sättigen und das schwerer lösliche Hydrogencarbonat vorher fällen, das reduziert die Carbonat-Menge mal deutlich.

Ich würde auch eher darauf setzen die Carbonat-Menge zu optimieren. Der Artikel zielte auf analytische Wiederfindungsraten ab und hat daher mit sehr viel Überschuss gearbeitet (5 g Carbonat auf 0,5 g Baryt). Vermutlich erreicht man mit der Hälfte oder weniger auch schon eine wirtschaftlich ausreichende Umsetzung.

Versuch macht kluch, ausprobieren!

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lemmi
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von lemmi »

Ich würde nix aufarbeiten, sondern die konzentrierte Natriumcarbonat/sulfat-Lösung aufheben und bei Bedarf zur Neutralisation von Säureabfällen verwenden 8)
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Glaskocher
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Re: Verwertung von Baryt

Beitrag von Glaskocher »

Das wäre ja fast zu pragmatisch...

einfach neutralisieren mit sauren Abfällen. Aber das Gute an der Theorie ist, daß man die Lösung schon verwerten kann, bevor sie überhaupt erzeugt worden ist. Lohnen tut es sich bestimmt nicht, bei den Preisen von "Waschsoda", die als "Soda-Asche" also wasserfrei angeboten wird.

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