سنتز کربنات باریم به روش مکانوشیمیایی

الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

طاهره شایانزاده مقدم ¹ (دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.)
نادر ستوده ² (دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران)
راضیه حیاتی ³ (استادیار - گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.)
عباس محصل ⁴ (استادیار ، گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.)

تاريخ الإرسال : 10 الأربعاء , رجب, 1444 تاريخ التأكيد : 15 الثلاثاء , شعبان, 1444 تاريخ الإصدار : 25 الثلاثاء , محرم, 1444

الکلمات المفتاحية: مکانوشیمیایی, آنالیز ساختاری, اسیدشویی, باریت, کربنات باریم,

ملخص المقالة :

چکیده
مقدمه: در این پژوهش، کربنات باریم به روش مکانوشیمیایی از مخلوط کنسانتره باریت-کربنات سدیم تولید شد. هدف از این پژوهش، تولید کربنات باریم از کنسانتره باریت و ارزیابی فازها و محصولات بود.
روش: پس از خرد کردن کنسانتره باریت، فرایند اسیدشویی با اسیدکلریدریک یک نرمال انجام شد. سپس مخلوط­هایی از کنسانتره باریت-کربنات سدیم با نسبت­های مولی متفاوت  (5/2 :1، 1:2، 1:1= BaSO₄:Na₂CO₃) تهیه و آسیاکاری در یک آسیای گلوله­ای سیاره­ای در زمان­های گوناگون (2 و 5 ساعت) انجام شد. نمونه های پس از آسیاکاری و محصولات پس از گرمایش، در آب مقطر حل شدند، سپس باقی­مانده جامد در آون خشک شد. گرمایش همدمای نمونه ها درون بوته های آلومینایی و زیرکونیایی انجام شد. مخلوطی از نمونه کنسانتره باریت-کربنات سدیم در شرایط بدون آسیاکاری تهیه شد. یافت های این پژوهش با روش­های XRF ،XRD  و STA ارزیابی شدند و ریزساختارهای میکروسکوپی محصولات به روش SEM بررسی شدند.
یافته‌ها: بر اساس نتایج آزمون STA، نشانه­های مرتبط به انجام واکنش بین مواد اولیه (کنسانتره باریت-کربنات سدیم) در مخلوط­های پس از 2 و 5 ساعت آسیاکاری در دمای حدود 720 درجه سانتیگراد مشاهده شد. در مخلوط بدون آسیاکاری، در دمای حدود 735 درجه سانتیگراد، این نشانه­ها مشاهده شد. بر اساس نتایج (XRD) واکنش شیمیایی بین کنسانتره باریت و کربنات سدیم در مخلوط­های پس از آسیاکاری بطور کامل انجام نشد. پس از گرمایش همدما در دمای 700 درجه سانتیگراد و زمان یک ساعت، نشانه­های فاز اورترومبیک کربنات باریم در محصولات مشاهده شد. نتایج نشان داد گرمایش در دمای 750 درجه سانتیگراد و زمان دو ساعت برای مخلوط پس از آسیاکاری کنسانتره باریت-کربنات سدیم با نسبت مولی 5/2 :1، شرایط مناسبی برای تولید فاز کربنات باریم است. نشانه­های ضعیفی از یک فاز میانی (Ca₄Ba₂Si₆O₁₈) در الگوهای XRD مرتبط به مخلوط کنسانتره باریت-کربنات سدیم مشاهده شد. برای مقایسه، آزمایش­هایی با نمونه سولفات باریم خالص (بارکس) انجام شد. در محصول گرمایش همدما (750 درجه سانتیگراد، زمان 2 ساعت) برای مخلوط سولفات باریم (بارکس)-کربنات سدیم با نسبت مولی (5/2 : 1) ، فاز کربنات باریم تولید شد و اثری از این فاز میانی مشاهده نگردید.
 
نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان داد می توان با فرایند آسیاکاری و گرمایش همدما از مخلوط کنسانتره باریت-کربنات سدیم به فاز کربنات باریم رسید.

المصادر:

[1] Suárez-Orduña, R., Rivas-Vazquez, L. P., Rendón-Angeles, J. C., & Yanagisawa, K. Kinetic study of the conversion of mineral barite to barium carbonate under alkaline hydrothermal conditions. Mineral Processing and Extractive Metallurgy, (2009); 118(1): 18-22.‏

[2] Sabet, M., Salavati-Niasari, M., & Fard, Z. A. Synthesis and characterization of barium carbonate nanostructures via simple hydrothermal method. Synthesis and Reactivity in Inorganic, Metal-Organic, and Nano-Metal Chemistry, (2016);  46(3): 317-322.‏

[3] Tai, C. Y., & Liu, H. S. Synthesis of submicron barium carbonate using a high-gravity technique. Chemical engineering science, (2006); 61(22): 7479-7486.‏          

]4[سالم، ا.، توکلی اسکوئی، ی. بررسی تأثیر خواص سینتیکی کاتالیزور Na2CO3 در فرآوری سنگ معدن باریت. کنفرانس مهندسی معدنی ایران دانشگاه تربیت مدرس، 1383؛ 1 ـ 10.

[5] Patnaik, P. Handbook of inorganic chemicals. New York: McGraw-Hill; (2003), Vol. 529.    

[6] Guzmán, D., Fernández, J., Ordoñez, S., Aguilar, C., Rojas, P. A., & Serafini, D. Effect of mechanical activation on the barite carbothermic reduction. International Journal of Mineral Processing, (2012); 102: 124-129.‏

[7] Malysh, L. A., Gaisin, L. G., Volkova, M. F., Prokhorov, A. G., & Tkachev, K. V. Reduction of recycled barium sulfate. Russian journal of applied chemistry, (2002);  75(1): 14-17.‏

[8] Karagiozov, C., & Momchilova, D. Synthesis of nano-sized particles from metal carbonates by the method of reversed mycelles. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, (2005); 44(1): 115-119.‏

[9] Dinamani, M., Kamath, P. V., & Seshadri, R. Electrodeposition of BaCO3 coatings on stainless steel substrates. Crystal growth & design, . (2003);  3(3): 417-423.‏         

 [10] Zelati, A., Amirabadizadeh, A., & Kompany, A. Preparation and characterization of barium carbonate nanoparticles. International Journal of Chemical Engineering and Applications, (2011); 2(4): 299.‏     

[11] Guru, S., Bajpai, A. K., & Amritphale, S. S. Influence of nature of surfactant and precursor salt anion on the microwave assisted synthesis of barium carbonate nanoparticles. Materials Chemistry and Physics, (2020); 241: 122377.‏              

[12] Thongtem, T., Tipcompor, N., Phuruangrat, A., & Thongtem, S. Characterization of SrCO3 and BaCO3 nanoparticles synthesized by sonochemical method. Materials Letters, (2010); 64(4): 510-512.‏

[13] Behmanesh, N., Heshmati-Manesh, S., & Ataie, A. Role of mechanical activation of precursors in solid state processing of nano-structured mullite phase. Journal of Alloys and Compounds, (2008); 450(1-2): 421-425.‏

]14[ ستوده، ن. تاثیر آسیا کاری پر انرژی روی دمای تشکیل فازهای محصول در سیستم آلومینیم-آلومینا-زیرکن. نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی،1392؛ (2) 32: 77-89.  

]15[ستوده، ن.، عسکری زمانی، م. ع.، محصل،ع. تاثیر فرآیند آسیاکاری مکانیکی بر احیا کربوترمیک زیرکن. فصلنامه علمی-پژوهشی مواد نوین،1392؛  (11) 4: 89-100.        

]16[ احرام­باف، ل.، ستوده، ن.، علی عسکری زمانی، م. ع. و حیاتی، ر. سنتز استرانسیم تیتانات از کنسانتره سلستیت. فصلنامه علمی-پژوهشی مواد نوین، 1398؛ (37) 10: 105-118.   

[17] Miclea, C., Tanasoiu, C., Spanulescu, I., Miclea, C. F., Gheorghiu, A., Amarande, L., & Miclea, C. T. Microstructure and properties of barium titanate ceramics prepared by mechanochemical synthesis. Rom. J. Inform. Sci. Technol, (2007); 10(4): 335-345.‏             

[18] Ohara, S., Kondo, A., Shimoda, H., Sato, K., Abe, H., & Naito, M. Rapid mechanochemical synthesis of fine barium titanate nanoparticles. Materials Letters, (2008);  62(17-18): 2957-2959.        

[19] Zhang, Q., & Saito, F. Non-thermal production of barium carbonate from barite by means of mechanochemical treatment. Journal of chemical engineering of Japan, (1997); 30(4): 724-727.‏

[20] Alimohammadi, E., Sheibani, S., & Ataie, APreparation of nano-structured strontium carbonate from Dasht-e kavir celestite ore via mechanochemical method. Journal of Ultrafine Grained and Nanostructured Materials, (2018);  51(2): 147-152.            
‏

[21] Dayani, N., AmirArjmand, A., Nouri‐Khezrabad, M., & Hasani, S. High‐efficiency mechanochemical synthesis of Strontium carbonate nanopowder from Celestite. International Journal of Applied Ceramic Technology, (2021); 18(1): 24-31.‏   

[22] Setoudeh, N., Welham, N. J., & Azami, S. M. Dry mechanochemical conversion of SrSO4 to SrCO3. Journal of Alloys and Compounds, (2010);  492(1-2): 389-391.‏   

[23] Bageri, B. S., Mahmoud, M. A., Shawabkeh, R. A., & Abdulraheem, A. Evaluation of Barium Sulfate (Barite) Solubility Using Different Chelating Agents at a High Temperature. Journal of Petroleum Science and Technology, (2017); 7(1): 42-56.     

[24] Ali, A. M., & Messaoud, H. Barium sulphate deposits. Energy Procedia, (2019); 157: 879-891.‏

[25]C. Suryanarayana, Mechanical Alloying and Milling. Progress in Materials Science, (2001); 46, 1-184.       

[26] Gomez-Yañez, C., Benitez, C., & Balmori-Ramirez, H. Mechanical activation of the synthesis reaction of BaTiO3 from a mixture of BaCO3 and TiO2 powders. Ceramics International, (2000); 26(3): 271-277.‏              

[27] Singh, K. C., & Nath, A. K. Barium titanate nanoparticles produced by planetary ball milling and piezoelectric properties of corresponding ceramics. Materials Letters, (2011); 65(6): 970-973.‏       

[28] Zumdahl, S. S. Chemical Principles. Sixth Edition. Boston New York. Charles Hartford; 2009.

[29] HSC Chemistry for Windows, version 6.12, Outotec Research. Oy, (1974-2007).
 

[30] Calos, N. J., Forrester, J. S., & Schaffer, G. B. The mechanisms of combustion and continuous reactions during mechanical alloying. Journal of Solid State Chemistry, (2001);  158(2): 268-278.‏          

]31[ بخشنده، س. ستوده، ن.، عسکری زمانی، م.ع. و محصل ع. احیا کربوترمیک اکسید نیکل. فصلنامه علمی ـ پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد ، 1398؛  (2) 13: 63-75.         

[32] Setoudeh, N., & Welham, N. J. Metallothermic reduction of zinc sulfide induced by ball milling. Journal of Materials Science, (2017); 52(11): 6388-6400.‏               
 

[33] Dong, J., Li, J., Zhu, F., Li, Z., & FaRawi, R. Melting curve minimum of barium carbonate BaCO3 near 5 GPa. American Mineralogist: Journal of Earth and Planetary Materials, (2019); 104(5): 671-678.‏   

[34] Li, Z., Li, J., Lange, R., Liu, J., & Militzer, B. Determination of calcium carbonate and sodium carbonate melting curves up to Earth's transition zone pressures with implications for the deep carbon cycle. Earth and Planetary Science Letters, (2017); 457: 395-402.
‏

[35] Dadkhah, M., Salavati-Niasari, M., & Davar, F. A new inorganic framework in the synthesis of barium carbonate nanoparticles via convenient solid state decomposition route. Advanced Powder Technology, (2013); 24(1): 14-20.