Bariumsulfat

Bariumsulfat (BaSO₄) ist das Barium-Salz der Schwefelsäure.

Natürliches Bariumsulfat dient als Rohstoff zur technischen Herstellung anderer Barium-Verbindungen inklusive Barium-Metall. Als Füllstoff wird Bariumsulfat in Kunststoffen, plastischen Massen, Lacken und Farben, sowie bei der Papierherstellung verwendet. Daneben wird es aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften bei der Rohstoffgewinnung und in Schwerbeton sowie aufgrund der Absorption von Gamma- und Röntgenstrahlung in Strahlenschutzbeton und in der Radiologie eingesetzt.

In der Erdöl- und Erdgas-Industrie

Die – bezogen auf die Menge – wichtigste Anwendung von Bariumsulfat ist die Verwendung in Bohrspülschlämmen. Durch die hohe Dichte des Bariumsulfats erhält man Suspensionen, deren Dichte so hoch ist, dass Gesteinsbrocken im Bohrschlamm aufschwimmen und dadurch das Bohrloch frei gespült werden kann.

Als Füllstoff

Schwerspat wird bei der Produktion von Kunststoffen für Spachtelmassen im Autoreparaturbereich, als Füllstoff in Kupplungs- und Bremsbelägen, in Teppichbodenbeschichtungen und in Abwasserrohren eingesetzt. Durch seine hohe Dichte erhöht es die Dichte des Kunststoffes, wirkt schalldämmend und verbessert durch seine geringe Ölzahl die Verarbeitbarkeit und den Verlauf. Daneben erhöht es die Oberflächenhärte und Kratzfestigkeit von Kunststoffen. Durch seine Temperaturstabilität kann es auch dort eingesetzt werden, wo andere Füllstoffe, wie Calciumcarbonat, nicht mehr verwendet werden können. Bei der Herstellung von Papier wird Bariumsulfat als Füllstoff eingesetzt, um dessen Streichfähigkeit zu verbessern (siehe Barytpapier für Fotopapiere).

Als Weißpigment

Als Barytweiß, Blanc fixe, Malerweiß, Puppenweiß ist gefälltes Bariumsulfat der weiße Füllstoff in vielen Malerfarben und Lacken. Es kann auch in Deckweiß enthalten sein. Im Colour Index wird Bariumsulfat, als synthetisches BaSO₄ unter der Bezeichnung C.I. Pigment White 21 und als „natürliches“ Baryt unter C.I. Pigment White 22 geführt. Es ist hervorragend lichtecht und chemisch stabil. Deshalb erhielt es auch die Bezeichnung Permanentweiß. Die Wirkung als Weißpigment entsteht durch Streuung an der Grenzfläche zwischen Füllstoff und umgebendem Bindemittel. Daher erscheint Bariumsulfat in Bindemitteln, die selbst einen Brechungsindex nahe dem von Bariumsulfat (1,64) besitzen, nahezu transparent. Diese geringe Differenz der Brechungsindices ist vorteilhaft für die Verwendung als Verschnittmittel. In Systemen, die oberhalb der kritischen Pigment-Volumen-Konzentration formuliert sind, etwa in Dispersionsfarben, kommen zusätzliche Grenzflächen zwischen Bariumsulfat und Luft hinzu. An diesen ist die Differenz der Brechungsindices größer, so dass das Deckvermögen deutlich erhöht wird (Dry-Hiding-Effekt). Beim Einsatz farbstarker organischer Pigmente in geringen Mengen ist es üblich, so genannte Verkollerungen mit Bariumsulfat als Trägersubstanz herzustellen. Dabei werden Pigment und Bariumsulfat gemeinsam vermahlen. Der Farbort verändert sich dabei nicht, aber die Farbstärke wird deutlich herabgesetzt. So wird die Dosierung geringer Pigmentmengen vereinfacht. Diese Methode wird für die Herstellung von Lasuren benötigt. Auch bei einer Nuancierung von reinen Weißtönen ist es vorteilhaft größere Mengen mit herabgesetzter Farbstärke abzuwägen. Als Blanc fixe wurde es erstmals 1830 von Kuhlmann in Lille in den Handel gebracht. Natürlicher gemahlener Baryt dürfte schon früher verwendet worden sein. Das durch Fällung hergestellte Bariumsulfat ist allerdings feiner und brillanter und daher als Füllstoff besser geeignet. Durch chemische Reaktion von BaS und ZnSO₄ in wässrigem Milieu erhält man das Weisspigment Lithopone, als ein Gemisch von Bariumsulfat und Zinksulfid.

F. Grum und W. Luckey (Kodak) führten 1968 das Bariumsulfat als Weiß zur Beschichtung von Ulbricht-Kugeln ein. Aufgrund seiner äußerst geringen Lichtabsorption im Bereich zwischen 250 nm und 2500 nm dient Bariumsulfat auch heute noch, mit einer Reflektivität von mehr als 90 %, als De-facto-Standard für diffuse Weißreflektoren. Einen Ersatz bilden Teflon-Standards, die abriebfester sind. Titandioxid ist wegen seiner merklichen Absorption im Ultravioletten nur eingeschränkt geeignet.

Röntgenkontrastmittel

In der Medizin wird Bariumsulfat als Röntgenkontrastmittel Patienten in Form einer milchigen Suspension zum Trinken gegeben, um den Verlauf des Verdauungstraktes bei einer Röntgenuntersuchung zu kontrastieren (positives Röntgenkontrastmittel mit hoher Röntgenstrahlabsorption). In niedrigerer Konzentration, meist 1–1,5 %, wird es in der Computertomographie ebenfalls zur Markierung des Gastrointestinaltraktes verwendet.

Analytik

Sulfate werden qualitativ nachgewiesen indem eine Probenlösung mit Salzsäure angesäuert und mit Bariumchlorid versetzt wird. Das Bariumsulfat fällt als schwerlöslicher, weißer Niederschlag aus. Die Bariumsulfat-Fällung eignet sich sowohl zur gravimetrischen Bestimmung von Sulfat als auch zur Bestimmung von löslich vorhandenem Barium mit zugesetztem Sulfat.