重晶石主含量的测定影响因素研究

李兰英，刘贞敏，裴 硕

（1.河北辛集化工集团有限责任公司，河北辛集052360；2.河北省产品质量监督检验研究院）

河北辛集化工集团有限责任公司（简称“辛集化工”）以重晶石为主要原料采取窑气法生产碳酸钡，重晶石主要成分为硫酸钡，此外还存在碳酸钡、碳酸锶、碳酸钙、硫酸锶、硫酸钙、二氧化硅等杂质。当前采用的分析方法：称取一定量的重晶石，用过量的盐酸溶解分离碳酸钡，过滤，滤液用于测定碳酸钡。滤纸上的酸不溶物经碳酸钠高温熔融，使重晶石中硫酸钡转化成碳酸钡，分离硫酸根，加酸溶解碳酸钡，加硫酸铵沉淀钡，沉淀经灼烧称重，计算出重晶石中硫酸钡的含量。该方法具有分析时间短、出数据快的优点。其缺点是碳酸钠在高温熔融过程中，有部分杂质如硫酸锶、硫酸钙也转化为碳酸锶、碳酸钙，导致最后的沉淀物中不仅含有碳酸钡，还有碳酸锶、碳酸钙沉淀存在，这些杂质会使测定重晶石主含量硫酸钡的含量偏高。

实际生产中，重晶石品位高，但其与煤在高温煅烧时转化率低。针对这一问题，辛集化工研究人员经过大量实验，确定了重晶石品位虚高的原因，并据此提出了重铬酸钾沉淀法测定重晶石中硫酸钡含量的方法，并对重晶石主含量的测定影响因素展开了研究。

1 实验部分

实验中所用化学试剂均为分析纯。

1.1 锶离子对钡离子沉淀的影响

称取碳酸钡样品0.5 g，分别加入碳酸锶试剂5%、10%、15%、20%（质量分数，下同），加水 25 mL，加1+3盐酸（体积比，下同）完全溶解试样，加热煮沸，用慢速定性滤纸过滤，用热水洗至无氯离子，再用硫酸沉淀钡离子，考察了锶离子对钡离子的影响［1］，结果见表1。

表1 锶离子对钡离子沉淀的影响

BaCO3含量理论值和实测值按下式计算：

实验发现，锶离子、钡离子共存于同一溶液中，用硫酸沉淀钡离子的同时，锶离子也发生共沉，从而使测得的钡离子含量高于理论值。并且，随着锶离子含量的增加，其对钡离子含量的影响也相应增大。

1.2 钙离子对钡离子沉淀的影响

称取碳酸钡样品0.5 g，分别加入碳酸钙试剂5%、10%、15%、20%，加水 25 mL，加 1+3盐酸完全溶解试样，加热煮沸，用慢速定性滤纸过滤，用热水洗至无氯离子，再用硫酸沉淀钡离子，考察了钙离子对钡离子的影响，结果见表2。BaCO3含量理论值和实测值按式（1）、（2）计算。

表2 钙离子对钡离子沉淀的影响

实验发现，钙离子、钡离子共存于同一溶液中，用硫酸沉淀钡离子的同时，钙离子也发生共沉，从而使测得的钡离子含量高于理论值。并且，随着钙离子含量的增加，其对钡离子含量的影响也随之增大。

综合1.1～1.2节实验可得到结论：锶离子、钙离子、钡离子共存同一溶液中，用硫酸沉淀钡离子的同时，锶离子、钙离子也发生共沉淀，从而使钡离子测定值高于理论值。硫酸钡、硫酸锶、硫酸钙溶度积常数（Ksp）分别为 1.1×10-10、3.2×10-7、9.1×10-6，据此也可以看出，硫酸钙比硫酸锶溶解度大，所以钙离子不如锶离子对测定钡离子的影响大。

1.3 硫酸锶、硫酸钙对重晶石主含量的影响

自制一个重晶石样品，加入不同质量分数的硫酸锶、硫酸钙试样。将重晶石样品直接用碳酸钠熔融，再用硫酸沉淀钡离子，测定重晶石的主含量，结果见表3。

BaSO4含量理论值和实测值按下式计算：

表3 硫酸锶、硫酸钙对重晶石主含量的影响

BaSO4含量理论值计算中乘以98.5%的原因，是分析用的硫酸钡采用辛集化工的产品，其硫酸钡质量分数大都为98.5%，而表1～2中所用的硫酸钡为分析纯试剂，可忽略不计。

实验发现，重晶石中硫酸钙、硫酸锶、碳酸钙会令重晶石主含量偏高，并且伴随着硫酸锶含量的增加其影响则越来越大。

1.4 硫酸钙、碳酸钙对重晶石主含量的影响

自制一个重晶石样品，加入不同质量分数的硫酸钙、碳酸钙试样。将重晶石样品直接用碳酸钠熔融，再用硫酸沉淀钡离子，测定重晶石的主含量，结果见表4。 BaSO4含量理论值和实测值按式（3）、（4）计算。

表4 硫酸钙、碳酸钙对重晶石主含量的影响

实验发现，重晶石中硫酸钙、碳酸钙会令重晶石主含量偏高，并且随着硫酸钙含量增加其影响则越来越大。但硫酸钙、碳酸钙对重晶石主含量影响不如硫酸锶影响大。

1.5 碳酸钡对重晶石主含量的影响

自制一个重晶石样品，加入不同质量分数的碳酸钡、硫酸锶、碳酸钙试样。将重晶石样品先经盐酸溶解，过滤，滤液用于测定碳酸钡含量［2］，滤纸上的酸不溶物用碳酸钠熔融，再用硫酸沉淀测定重晶石的主含量，结果见表5。其中，碳酸钡理论值是为了与实测值比较，从而测得其绝对误差，进而证明本文的实验更具科学性。

BaSO4含量理论值和实测值分别按式（3）、式（5）计算：

BaCO3含量理论值和实测值分别按式（1）、式（6）计算：

表5 碳酸钡对重晶石主含量的影响

实验发现，重晶石中硫酸钡、硫酸锶、碳酸钡、碳酸钙共存，用酸溶解碳酸钡后生成Ba2+和Ca2+，这2种离子夺取硫酸锶中的SO42-生成更难溶的硫酸钡和硫酸钙沉淀，存在于酸不溶物中。从3种物质溶度积可证明这种说法。

硫酸钡、硫酸锶、碳酸钡、碳酸钙存在于酸不溶物中，都使测定的重晶石主含量高于理论值。碳酸钡溶解后，由于一部分Ba2+生成硫酸钡沉淀，使Ba2+在滤液中含量减少，从而造成了碳酸钡含量实测值低于理论值。从表5中可以证明：重晶石中碳酸钡含量越高对重晶石主含量影响越大。

1.6 硫酸钙、碳酸钡、碳酸钙对重晶石主含量的影响

自制一个重晶石样品，加入不同质量分数的硫酸钡、碳酸钡、碳酸钙试样。将重晶石样品先经盐酸溶解，过滤，滤液用于测定碳酸钡含量，滤纸上的酸不溶物用碳酸钠熔融，再用硫酸沉淀测定重晶石的主含量［3］，结果见表6。

表6 硫酸钙、碳酸钡、碳酸钙对重晶石主含量的影响

BaSO4含量理论值和实测值分别按式（3）、式（7）计算：

BaCO3含量理论值和实测值分别按式（1）、式（8）计算：

实验发现，重晶石中硫酸钡、硫酸锶、碳酸钡、碳酸钙共存，用酸溶解碳酸钡后生成Ba2+，Ba2+夺取硫酸锶中的SO42-生成更难溶的硫酸钡沉淀，从2种物质溶度积（CaSO4和BaSO4）可证明这种说法。

由于碳酸钡溶解后，部分Ba2+转化为硫酸钡沉淀残留在盐酸不溶物中，经碳酸钠熔融，用硫酸沉淀Ba2+，从而使测定值高于理论值，并随着碳酸钡含量增大对重晶石主含量影响越大。盐酸溶解重晶石后，碳酸钡中Ba2+由于一部分转化生成硫酸钡残留在盐酸不溶物中，则Ba2+的量过滤到溶液中的量减少了，从而使测得的碳酸钡含量偏低于理论值，并随碳酸钡含量增大，偏低于理论值的更多。硫酸钙、碳酸钡、碳酸钙存在于重晶石中使测定的重晶石含量硫酸钡含量高于理论值。

2 实验结果与讨论

重晶石分析方法适合于低硫酸锶、硫酸钙、碳酸钙，低碳酸钡的重晶石。但当硫酸锶、硫酸钙、碳酸钙杂质含量很高时，尽管辛集化工分析的重晶石中硫酸钡主含量很高，但并不是重晶石中的硫酸钡含量高，而是硫酸锶、碳酸钙、硫酸钙影响所致，这就是重晶石主含量硫酸钡很高，但煅烧的转化率低的原因。所以当酸溶物即碳酸钡很低，重晶石中钙、锶也很高，重晶石主含量硫酸钡也很高，但不能认为这样的重晶石就是好重晶石。重晶石主含量硫酸钡很高，酸溶物即碳酸钡也很高，也不能认为这样的重晶石是好重晶石，因为这种重晶石煅烧时转化率也很低，这是辛集化工进厂重晶石分析方法中存在的不足之处。

3 结论

1）使用辛集化工做重晶石全分析的方法检测重晶石中主含量硫酸钡。分析方法：称取一定量的重晶石，试样经碳酸钠熔融，使钡转化成碳酸钡，分离硫酸根，加酸溶解碳酸钡，加入硫酸铵沉淀钡，沉淀在800℃灼烧至恒重，计算重晶石中硫酸钡主含量。该方法不能消除重晶石中碳酸钡、锶、钙离子对重晶石主含量的影响。

2）使用辛集化工做重晶石总钡含量的方法检测重晶石中主含量硫酸钡，对分析方法稍作改动。不同点：称取一定量的重晶石试样先经盐酸溶解，滤液用于分析碳酸钡含量，盐酸不溶物经碳酸钠熔融，再用盐酸溶解，加入重铬酸钾，用乙酸铵调节pH≈5.4，使Ba2+生成铬酸钡沉淀，而锶、钙离子不生成沉淀，滤液可用于锶钙含量的分析，沉淀在130℃烘至恒重，计算重晶石中硫酸钡主含量。该法可以消除碳酸钡、硫酸锶、碳酸锶、硫酸钙、碳酸钙对重晶石主含量的影响，但仍不能消除经盐酸溶解后Ba2+夺取硫酸锶、硫酸钙中SO42-生成硫酸钡对主含量的影响，该铬酸钡沉淀法比现行硫酸铵沉淀法更准确，能正确反应重晶石的品位，解决了煅烧转化率低的问题。

［1］ 朱屯.无机盐生产中的锶钡分离［J］.无机盐工业,2003，35（2）：13-15.

［2］ 龚琦，韦小玲，黄朝臣，等.酸碱滴定法间接测定重晶石中的硫酸钡［J］.分析实验室，2002，21（4）：73-75.

［3］ 陈奎.重晶石矿中硫酸钡含量测定方法的优化［J］.世界有色金属，2016（11）：51-53.