باریت چیست؟ | شناخت بهتر این ماده معدنی

باریت، یک سنگ معدنی پر کاربرد است. این ماده معدنی به صورت خالص یافت نمی‌شود و عموماً همراه با سایر عناصر معدنی موجود است. برای استفاده از باریت حفاری در صنایع دیگر باید آن را خالص‌سازی کرد.

سنگ باریت در عبارت انگلیسی به صورت، Baryte، Barite یا Barytes نوشته می‌شود. بیشترین ترکیب موجود در این سنگ معدنی، سولفات باریم با فرمول شیمیایی BaSO4 است.

ماده معدنی Barite به طور کلی، به رنگ سفید یا بی رنگ است و منبع غنی از عنصر باریم محسوب می‌شود.

این سنگ معدنی را می‌توان متشکل از ترکیباتی همچون باریت، سِلِستین (سولفات استرانسیم)، آنگلِزیت (سولفات سرب) و آنیدریت (سولفات کلسیم) معرفی کرد. باریت و سلستین، یک ترکیب جامد به فرمول (Ba,Sr) SO4 را با هم تشکیل می‌دهند.

باریت چیست؟

Barite یک ماده معدنی است که از سولفات باریم تشکیل شده است. نام این ترکیب از کلمه یونانی “barys” گرفته شده که به معنی “سنگین” است. علت این نامگذاری، وزن مخصوص بالای سنگ معدنی، یعنی ۴.۵ است که برای یک ماده معدنی غیر فلزی، یک مقدار استثنایی محسوب می‌شود.

وزن مخصوص بالای این سنگ معدنی، آن را برای طیف گسترده‌ای از مصارف صنعتی، پزشکی و ساختمانی مناسب ساخته است. این ترکیب همچنین به عنوان سنگ معدن خام حاوی باریم به کار می‌رود.

نگاهی به تاریخچه باریت

سنگ باریت اصطلاح “Barite” برای اولین بار به یافته‌های معدنی اطلاق شد که از معدن استخراج شد و به عنوان یک محصول، قابل فروش بود.

این ترکیب از روش‌های شستشو، جداسازی در محیط‌های مختلف، شناورسازی و …، از معدن به دست آمد. این ترکیب عموماً خلوص کافی را نداشت و نیاز بود که درصد خلوص باریم در آن بهینه شود.

باریت معدنی از دیر باز تا کنون به عنوان سنگدانه در سیمان “سنگین” استفاده می‌شده است. این ترکیب معدنی عموماً به صورت خرد شده و دانه بندی به مصرف می‌رسد. طبق همین تعریف، می‌توان آن را یک ماده پرکننده دانست.

این ماده معدنی، یک افزودنی مناسب به محصولات صنعتی نیز است. در تولید ترکیبات شیمیایی حاوی باریم از این ترکیب معدنی استفاده می شود. کاربرد به عنوان عامل افزایش وزن در گل حفاری در چاه‌های نفت نیز یکی دیگر از موارد مصرف آن می باشد.

برای این موارد، از گذشته تا امروز، ذرات جامد، به اندازه‌های کوچک، خرد و یکنواخت می‌شوند.

روش‌های تولید باریت

سنگ معدنی سولفات باریم به طور طبیعی، در شکل کریستالی و بلوری در رسوبات معدن و سنگ‌های رسوبی تشکیل می‌شود. در مکان‌هایی که سنگ کربناته تجمع پیدا کرده است، اغلب می‌توان معادن خاصی از این سنگ معدنی را یافت. بسیاری از معادن باریت که ظرفیت تولید تجاری دارند، جزو همین ذخایر باقیمانده محسوب می‌شوند.

سنگ معدنی سولفات باریم همچنین به صورت محلول در بافت ماسه و ماسه سنگ یافت می‌شود. این ترکیب با متبلور شدن این سنگ معدنی در فضای لا به لای دانه‌های شن، رشد می‌کند.

در شرایطی خاص، بلورهای باریت در ماسه به شکل‌های جالبی تبدیل می‌شوند. این ترکیبات عموماً به “رُز باریت” معروف هستند (شکل زیر را مشاهده کنید). طول این ساختارها می‌تواند حتی چندین اینچ باشد و تعداد زیادی دانه شن را در خود جای دهد.

رز باریت rose barite همچنین سنگ معدنی سولفات باریم یک ترکیب معدنی است که در منابع معدنی سنگ سولفید نیز یافت می‌شود. این ترکیبات با معادن غنی از آنتیموان، کبالت، مس، سرب، منگنز و نقره در ارتباط هستند و در آن مکان‌ها یافت می‌شوند.

در برخی مکان‌ها، بسته به موقعیت‌های زمین شناسی، ممکن است این سنگ معدنی در چشمه‌های آب گرم رسوب کند.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی باریت

انواع باریت از نظر رنگ، متفاوت هستند. برخی از گونه‌های آن بی رنگ، برخی سفید رنگ، برخی از سنگ‌های معدنی حاوی باریم به رنگ آبی، برخی دیگر سبز، زرد و قرمز هستند.

به طور کلی، سنگ معدنی حاوی سولفات باریم جلای شیشه‌ای دارد و به صورت بلورهای و کریستال‌های درشت شفاف تا نیمه شفاف یافت می‌شود.

ساختار بلوری این ترکیب معدنی از نوع ارتوترومبیک است. بلورهای واقعی این ترکیب در معدن‌ها حدود یک متر ارتفاع دارند و اگر به صورت مکعبی باشد، طول و عرض آن نیز حداکثر دو متر است.

اگر کریستال‌های این ترکیب در معدن به صورت تیغه‌ای تشکیل شود، معمولاً حالت منشور به خود می‌گیرد. این منشورها از هر زاویه می‌توانند نور را منعکس کنند. کریستال‌های سنگ معدنی سولفات باریم در معدن نمای منحصر به فرد و شگفت آوری دارند.

سختی این سنگ معدنی، ۳ تا ۵/۳ است.

وزن مخصوص این ترکیب ۵/۴ است که معمولاً برای یک ترکیب معدنی، مقداری بسیار قابل توجه است.

در معادن باریت معمولاً سایر سنگ‌های معدنی نظیرکالکوپیریت، کلسیت، آراگونیت، گوگرد، پیریت، کوارتز، وانادینیت، سروسیت و فلوریت یافت می‌شود.

بهترین روش شناسایی انواع سنگ معدنی سولفات باریم، رنگ ظاهری، وزن مخصوص بالا و ویژگی‌های کریستالی آن است.

کاربردهای باریت

۱-کاربرد باریت در حفاری چاه‌های نفت و گاز

حفاری چاه نفت و گازیکی از مهم‌ترین کاربردهای این سنگ معدنی، استخراج نفت است. در سراسر جهان، ۶۹-۷۷٪ باریت حفاری به عنوان عامل وزن برای حفاری مایعات در اکتشاف نفت و گاز و سرکوب فشارهای زیاد استفاده می‌شود.

هنگامی که یک چاه حفر می‌شود، مته حفاری از لایه‌های مختلف عبور می‌کند؛ هر کدام از قسمت‌ها، دارای ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی مختلف هستند.

هرچه سوراخ، عمیق‌تر باشد، به مخلوط گل و لای و Barite با درصد بیشتر نیاز است.

یک مزیت مهم دیگر برای استفاده از باریت حفاری این است که خاصیت غیر مغناطیسی دارد و هیچ تداخلی در اندازه گیری‌ها ایجاد نمی‌کند.

سنگ معدنی سولفات باریم که برای حفر چاه‌های نفت استفاده می‌شود بسته به سنگ معدن می‌تواند سیاه، آبی، قهوه‌ای یا خاکستری باشد.

برای این نوع کاربرد در چاه نفت، ذرات این ترکیب معدنی باید به اندازه‌های ریزتر، خرد شوند تا حداقل ۹۷٪ مواد از نظر وزنی، از یک صفحه با مش ۲۰۰ (۷۵ میکرومتر) عبور کنند.

سنگ معدنی سولفات باریم باید به اندازه کافی متراکم باشد تا وزن مخصوص آن حدود ۲/۴ یا بیشتر باشد؛ این ترکیب باید به اندازه‌ای نرم باشد که به بلبرینگ‌های مته حفاری آسیب نرساند. همچنین باید از نظر شیمیایی بی اثر باشد.

این ترکیب برای حفاری باید حاوی حداکثر ۲۵۰ میلی‌گرم در هر کیلوگرم نمک‌های قلیایی محلول باشد؛ و از این مقدار، بیشتر نباشد.

۲- کاربرد باریت در آنالیز ایزوتوپی اکسیژن و گوگرد

آنالیز ایزوتوپی اکسیژن و گوگرد به این معنا است که با یک ردیاب ایزوتوپی از یک عنصر، بتوان عنصر دیگری را شناسایی کرد. باریت، حاوی عنصر اکسیژن است، به همین دلیل می‌توان از آن برای ردیابی ایزوتوپی استفاده کرد.

تغییرات در ایزوتوپ‌های گوگرد (^۳۴S و ^۳۲S) در مواد معدنی باقی مانده حاوی گوگرد و “سولفات‌های رسوب کرده با کربنات”، برای تعیین غلظت گوگرد آب دریا بررسی می‌شوند.

این کار مطالعاتی می‌تواند به شناسایی دوره‌های رسوبی خاص مانند شرایط بی هوازی یا هوازی در دریا کمک کند. وقتی مولکول نمونه، حاوی هر دو عنصر باشد، بازسازی ایزوتوپ گوگرد اغلب با اکسیژن همراه خواهد شد.

۳- سایر کاربردهای صنعتی باریت

• کاربردهای باریت در صنعت رنگ و پلاستیک به عنوان ترکیب پر کننده (باریت کریستالی دارای چگالی بالا است و خواص منحصر به فردی برای کاربرد در صنعت رنگ سازی دارد. این نوع از باریت دارای مقاومت بالا در برابر حرارت بوده، در آب اندکی محلول است، درخشندگی بالایی دارد و موجب می شود که رنگ، خاصیت نسوز بودن پیدا کند، به همین دلیل از آن در تهیه انواع رنگ های صنعتی استفاده می شود)
• کاربرد در پوشش اتومبیل برای ایجاد سطح صاف و مقاومت در برابر خوردگی
• تولید قطعات مقاوم به اصطکاک برای خودروها و کامیون‌ها (از باریت با خلوص ۶/۳ تا ۸/۳ برای تولید لنت ترمز در خودروها استفاده می شود. این نوع باریت، کوارتز کمتری دارد و بنابراین سایندگی پایین تری را در لنت موجب می شود. پوشش لنت‌ها با این نوع ترکیب، کیفیت محصولات را افزایش می‌دهد.)
• تولید سیمان با پوشش محافظ تابشی
• کاربرد در صنعت سرامیک و شیشه
• کاربرد در صنایع پزشکی
• باریت معدنی در جهان به اشکال مختلفی عرضه می‌شود و قیمت آن به درجه خلوص و مقدار مصرفی در فرآیند بستگی دارد.
• برای کاربرد به عنوان پر کننده که باید در فرآیند پردازش فیزیکی شدید با سنگ زنی و خرد کردن مصرف شود، درصد خلوص بالاتر با قیمت‌های گران‌تر را سفارش می‌دهند.
• این ماده همچنین برای تولید سایر مواد شیمیایی حاوی باریم، به ویژه کربنات باریم که برای تولید شیشه LED برای تلویزیون، صفحه نمایش کامپیوتر و برای دی الکتریک‌ها استفاده می‌شود، کاربرد دارد.
• با نگاهی به پیشینه تاریخی برخی صنایع، از Barite برای تولید هیدروکسید باریم در تصفیه قند و به عنوان یک رنگدانه سفید برای منسوجات، کاغذ و رنگ استفاده می‌شده است.
• اگرچه سنگ معدنی سولفات باریم، حاوی فلز سنگین باریم است، اما سمی نیست؛ زیرا سولفات باریم در آب، کاملاً نامحلول است.
• همچنین از این سنگ معدنی کریستالی به عنوان سنگ قیمتی استفاده می‌شود.

باریت حفاری و اهمیت استفاده از آن

باریت حفاری (Drilling Barite)، ترکیبی ضروری برای آماده کردن گل حفاری در چاه های نفتی است. از این ماده در مناطقی استفاده می شود که فشار عملیاتی، فوق العاده زیاد باشد. باریت در گل حفاری می تواند یک غلظت معین را ایجاد کند و فشار را در حد متعادل نگه دارد. وجود باریت در سیالات حفاری، از ساییدگی مته‌ها و ابزارهای متحرک دیگر جلوگیری می‌کند.

باریت حفاری باید دارای یک سری استانداردهایی باشد که توسط استاندارد مرجع API تعریف شده است. این نوع باریت باید دارای چگالی حدود ۴.۲ گرم بر سانتی متر مکعب باشد و عاری از فلزات آلاینده سنگین، از جمله سرب، کادمیوم یا جیوه باشد.

افزودن سولفات باریم معدنی، یا همان باریت به گل حفاری موجب می شود مته ها هنگام حفاری به سمت پایین، خنک‌تر باشند، پس به نوعی گرمای محیط را جذب می‌کند. این عامل از ساییدگی سر مته جلوگیری خواهد کرد. این موضوع درباره دریل‌های حفاری نیز صدق می‌کند. باریت می‌تواند فشار چاه و دیواره ها را نیز کنترل کند.

افزودن سولفات باریم به سیالات حفاری موجب روان‌تر شدن حرکت مته‌ها یا دریل‌ها می‌شود. این ابزارها به شکل دوار، حرکت چرخشی دارند پس باریت می‌تواند خصوصیات رئولوژی سیال را بهبود بدهد؛ پس مته‌ها بدون هیچ مقاومت می‌توانند عملیات حفاری را انجام بدهند.

در کار کردن با باریت حفاری دقت کنید چون غبارات و ذرات معلق جامد می‌تواند سیستم تنفسی شما را به شدت تحریک کند. در موارد حاد، در درازمدت، این اثرات می تواند منجر به سرطان ریه نیز شود.

ایمنی باریت

• طبق قوانین فعلی محیط زیست و ایمنی مواد شیمیایی، سنگ معدنی Barite به عنوان یک خطر بهداشتی یا زیست محیطی معرفی نشده است.
• این محصول حاوی مقدار کمی کوارتز است. به این ترتیب، غبارات آن می‌تواند برای سیستم تنفسی، محرک باشد.
• سیلیس بلوری به شکل “کوارتز” یا “کریستوبالیت” در صنایع و کارخانه‌ها می‌تواند باعث سرطان در انسان شود.
• این ترکیب معدنی در شرایط و دمای طبیعی، پایدار است.
• باید Barite را از شرایط مرطوب و تماس با آب، دور نگه دارید.
• این ترکیب با هیچ گروه از مواد، ناسازگار نیست.
• هیچ محصول خطرناکی در اثر تجزیه آن، دیده نشده است.

شرایط نگهداری باریت

همانند سایر ترکیبات شیمیایی، برای باریت معدنی هم باید احتیاط‌های لازم را هنگام استفاده و کار کردن با آن رعایت کرد.

از جابجایی غیر استاندرد بسته بندی‌های حاوی این ماده که منجر به تشکیل گرد و غبار می‌شود، خودداری کنید. تهویه مناسب را برای انبار محل نگهداری این ترکیب، فراهم کنید.

کارگرانی که با این ترکیب سروکار دارند نباید لنز تماسی به چشم‌های خود داشته باشند.

بسته‌های حاوی این ترکیب باید در دمای محیط، در محل خشک و خنک و با تهویه مناسب نگهداری شود. ظروف یا کیسه‌ها را باید کاملاً درب بسته نگه دارید. پس از هر بار مصرف، درب مخازن یا بسته‌بندی‌ها را محکم ببندید.

بسته‌بندی باریت

Barite معدنی، ترکیبی جامد است که به صورت کلوخه یا پودری و در دانه بندی معین به فروش می‌رسد. قیمت باریت با توجه به درصد خلوص و دانسیته آن تعیین می‌شود.

بسته بندی‌های این ترکیب به صورت کیسه‌های مقاوم پلیمری، جامبو بگ با وزن ۱۵۰۰ کیلوگرم است. حمل و نقل به صورت فله‌ای نیز امکان پذیر است.

بسته بندی باریتبرای باریت حفاری، دو استاندارد جهانی تعریف شده است؛ استاندارد API و استاندارد OCMA. استاندارد گل حفاری با کد API A13 درباره مواد تشکیل دهنده گل حفاری صحبت کرده است. ویژگی های فیزیکی گل حفاری، روش های حمل و نقل، بسته بندی و موارد کالیبراسیون باریت و بنتونیت حفاری نیز در این استاندارد معرفی شده است. بهترین شیوه های ذخیره و نگهداری این ترکیب معدنی برای استفاده در چاه های نفت در این مرجع، معرفی شده است.

وضعیت بازار و خرید و فروش باریت

باریت پودری خرید و فروش باریت حفاری به عنوان یک ماده معدنی، در بازار مواد اولیه صنعت، شناخته شده است. حجم زیادی از این ماده برای صادرات در نظر گرفته می‌شود. قیمت سنگ معدنی سولفات باریم با قیمت پودر باریت حفاری، متفاوت است.

صنعت نفت و گاز، مصرف کننده اصلی باریت در سراسر جهان است. در آنجا از این ماده به عنوان عامل وزن در حفاری گل استفاده می‌شود، این یک صنعت به شدت در حال رشد است.

تقاضای جهانی صنعت نفت و گاز طبیعی در دراز مدت، افزایش می‌یابد. علاوه بر این، روند حفاری در طولانی مدت، نیاز به این ترکیب را توجیه می‌سازد.

این عوامل، همگی باعث افزایش قیمت باریت شده‌اند. سطح قیمت‌های این ماده معدنی در سال ۲۰۱۲ در بسیاری از بازارهای مهم جهانی، بین ۱۰ تا ۲۰ درصد بیشتر از سال ۲۰۱۱ بود.

جایگزین‌های سنگ معدنی سولفات باریم در گل حفاری شامل سلستیت (celestite )، ایلمنیت (ilmenite )، سنگ آهن (iron ore) و هماتیت مصنوعی (synthetic hematite) است. هیچ یک از این مواد جایگزین برای سنگ معدن باریت در هر منطقه، مؤثر نبوده است. آن‌ها بسیار گران هستند یا هیچ عملکرد رقابتی ندارند.

چین و هندوستان، برترین تولید کنندگان باریت در جهان هستند و همچنین بیشترین ذخایر را در اختیار دارند. ایالات متحده برای تأمین نیازهای داخلی خود باریت کافی تولید نمی‌کند. در سال ۲۰۱۱، ایالات متحده حدود ۷۰۰۰۰۰ تن باریت تولید کرد و حدود ۲،۳۰۰،۰۰۰ تن را وارد کشور کرد.

کشورهای زیر به ترتیب از نظر تولید باریت در سال ۲۰۱۹ رتبه بندی شده‌اند:

چین – هندوستان – قزاقستان – ایران – لائوس – مکزیک – مراکش – آمریکا – ترکیه – پاکستان

سایت شیمیکو، مرجع خرید و فروش مواد اولیه صنعتی، مواد شیمیایی و مواد معدنی مورد نیاز صنایع است.

تأمین کنندگان باریت

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Baryte

https://geology.com/minerals/barite.shtml#:~:text=Barite%20is%20a%20mineral%20composed,exceptional%20for%20a%20nonmetallic%20mineral

http://eiadoc.onep.go.th/eialibrary/1mine/52/STB%20Integrated/Appendix%20document/9%202%205/MSDS%20data%20sheet/Barite.pdf

http://www.galleries.com/barite

https://www.statista.com/statistics/273330/baryte-production-output-worldwide/