황산 바륨

황산 바륨(BaSO₄)은 냄새가 없고 물에 불용성인 결정성 고체의 무기 화합물이다. 자연 상태에서의 중정석(barite)이 바륨 및 이로부터 얻을 수 있는 재료의 주요 원천이다. 황산 바륨은 희고 불투명한 색을 띠며 고밀도 화합물로서 조영제를 비롯한 상업적 용도로 쓰인다.

바륨 조영제에 의한 내장 투시도()

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황산 바륨은 탄소에 의해 황화 바륨으로 환원되는데, 이 화합물은 황산 염과는 달리 수용성이다. 수 세기 전에 우연히 발견되었으며, 이는 최초의 합성 인광체(phosphor)의 발견으로 이어졌다. 20세기 초반, 일본 식민지 시절 대만 시 근처의 온천 지역에서 채굴한 쳔연 상태의 호쿠토석(hokutolite) 대부분은 황산 납(PbSO₄)과 황산 바륨으로 이루어진 방사성 미네랄인데 미량의 우라늄, 토륨, 라듐도 포함하고 있다. 이들 원소를 산업적 용도로 쓰고 그 지역에 치료 목적의 온천 욕탕을 수십 개 개발하기도 하였다.

중정석에 불순물이 매우 많이 섞여 있다. 중정석을 열화학적 황산염 환원(thermo-chemical sulfate reduction, TSR)으로 처리하는데, 이는 탄소 열환원 과정으로써 일단 황산 바륨을 코크스와 함께 가열하여 황화 바륨을 얻는다.

황산 바륨과는 달리 황화 바륨은 수용성이라, 산화물, 탄산염, 할로젠화물로 쉽게 변환된다. 황화물이나 염화물을 황산이나 황산 염으로 처리하면 매우 순수한 황산 바륨을 얻을 수 있다.

이러한 방법으로 생산한 황산 바륨은 프랑스어로 영원한 백색을 뜻하는 'blanc fixe' 라고 하며 페인트와 같은 소비 제품으로 종종 만나게 된다.

실험실에서 황산 바륨은 바륨 이온과 황산 염을 조합한 수용액에서 만들 수 있다. 황산 바륨이 물의 불용성이어서 독성이 낮기에, 바륨 염을 포함하는 폐기물은 먼저 황산 소듐으로 처리하여 황산 바륨을 침전으로 가라앉혀 처리한다. 황산 바륨의 물에 대한 용해도가 거의 없다는 사실로부터 황산 이온이나 바륨 이온을 검출하는 무기 분석에서 유용하다.

전 세계 황산 바륨 생산량의 약 80 %는 유체의 밀도를 높여 유정에서의 정역학적 압력이 증가함으로써 폭발할 가능성을 줄이는 데 사용한다.

황산 바륨 현탁액은 X-선 이미지용 조영제로 의료 전단에 흔히 쓰인다. 우윳빛의 미세 입자에 의한 진한 현탁액을 경구 또는 관장으로 투약하면 소화계의 이미지를 보는 것이 가능하다. 바륨이 중금속이라 수용성 화합물은 매우 유독하지만, 황산 바륨의 용해도가 낮아서 환자에게 흡수되지 않는다. 또한 황산 바륨은 바륨의 원자 번호(Z = 56)가 상대적으로 커서 가벼운 핵의 화합물보다 X-선을 더 강하게 흡수할 뿐만 아니라 체내에서 쉽게 배출된다.

합성 황산 바륨 대부분은 페인트용 백색 안료 조성으로 사용된다. 유성 페인트에서 황산 바륨은 거의 투명하여 채움제로 적합하다. 화가가 쓰는 유성 물감으로서 타이타늄 안료(TiO₂)와 황산 바륨 혼합물을 포함하는 '영구 백색'으로 판매한다. 황산 바륨과 황화 아연(ZnS)의 조합은 리쏘폰(lithopone)이라고 하는 무기 안료로 쓰인다.

바리타(baryta)라고 하는 황산 바륨 박막을 사진용 종이 표면에 코팅하면 이미지의 반사도가 증가한다. 이는 1884년 독일에서 처음 개발되었는데, 바리타 층 위에 빛에 민감한 할로젠화은 에멀전을 입히는 것이다. 바리타 코팅을 하게 되면 종이 섬유로 에멀전이 더는 침투하는 것을 막아 고르게 입혀져 검은색을 더 균일하게 만든다. 최근에는 바리타가 잉크젯 프린트용 종이를 밝게 하는 데 사용되고 있다.

감쇠(damping)용으로 고분자 밀도를 증가시키는 데 투입하는 플라스틱 채움제로서 황산 바륨을 흔히 사용한다. 폴리프로필렌과 폴리스타이렌 플라스틱에 70 %의 비율까지 채울 수 있는데, 이렇게 황산 바륨이 함유된 플라스틱은 산성 및 알칼리성에 저항하는 능력과 불투명성이 높다. 이러한 조성은 방사선 비투과성을 높여 X-선 차폐 재료로도 쓰인다.

황산 바륨은 토양 검사에도 쓰인다. 토양의 pH와 지시약을 사용하는 검사에서 흙의 점토와 같은 작은 입자가 검사 혼합물을 혼탁하게 하여 지시약의 색을 구별하지 못하게 하는 경우가 많은데, 황산 바륨이 혼합물 내의 입자에 결합하여 무거워져 밑바닥에 가라앉음으로써 더 깨끗한 용액을 만든다.

비색법(colorimetry)에서 황산 바륨은 광원을 측정할 때 거의 완벽한 산광기(diffuser)로 작용한다.

한편, 금속 주조 시 주형(mould)을 황산 바륨으로 코팅하면 용융 금속이 주형과 결합하는 것을 방지할 수 있다.

또한 브레이크 라이닝이나 분말 코팅, 치아 뿌리관 채움제로도 쓰이고 있다.

바륨의 수용성 염은 인체에 유독하지만 황산 바륨은 물에 녹지 않아 독성이 없다. 바륨 독성의 가장 흔한 예는 BaSO₄이라고 잘못 표기한 수용성 바륨 염 때문에 일어났는데, 2003년 브라질에서 이 조영제로 9명의 환자가 죽은 예가 있다. 작업 과정에서 허용 가능한 노출 최대 수치는 관리 당국에 따라 10-15 mg/m³ 정도인데 호흡기를 통한 노출의 경우에는 5 mg/m³로서 더 엄격하게 제한하고 있다.

, Retrieved on 2021-08-13.