Gunnar Nordberg
Vorkommen und Verwendungen
Barium (Ba) ist in der Natur reichlich vorhanden und macht etwa 0.04 % der Erdkruste aus. Hauptquellen sind die Minerale Schwerspat (Bariumsulfat, BaSO4) und Witherit (Bariumcarbonat, BaCO3). Bariummetall wird nur in begrenzten Mengen durch Aluminiumreduktion von Bariumoxid in einer Retorte hergestellt.
Barium wird in großem Umfang bei der Herstellung von Legierungen für Nickel-Barium-Teile verwendet, die in Zündanlagen für Automobile und bei der Herstellung von Glas, Keramik und Fernsehbildröhren zu finden sind. Baryt (BaSO4), oder Bariumsulfat, wird hauptsächlich zur Herstellung von Lithopone verwendet, einem weißen Pulver, das 20 % Bariumsulfat, 30 % Zinksulfid und weniger als 8 % Zinkoxid enthält. Lithopone wird weithin als Pigment in weißen Farben verwendet. Chemisch gefälltes Bariumsulfat—blanc fix—wird in hochwertigen Lacken, in der Röntgendiagnostik sowie in der Glas- und Papierindustrie eingesetzt. Es wird auch bei der Herstellung von Fotopapieren, künstlichem Elfenbein und Cellophan verwendet. Rohbaryt wird als thixotroper Schlamm beim Bohren von Ölquellen verwendet.
Bariumhydroxid (Ba(OH)2) findet sich in Schmiermitteln, Pestiziden, der Zuckerindustrie, Korrosionsschutzmitteln, Bohrflüssigkeiten und Wasserenthärtern. Es wird auch bei der Glasherstellung, der Vulkanisation von synthetischem Kautschuk, der Raffination von tierischen und pflanzlichen Ölen und der Freskenmalerei verwendet. Bariumcarbonat (BaCO3) wird als Barytniederschlag gewonnen und in der Ziegel-, Keramik-, Farben-, Gummi-, Ölbohr- und Papierindustrie verwendet. Es findet auch Anwendung in Emaille, Marmorersatz, optischem Glas und Elektroden.
Bariumoxid (BaO) ist ein weißes alkalisches Pulver, das zum Trocknen von Gasen und Lösungsmitteln verwendet wird. Bei 450°C verbindet es sich mit Sauerstoff zur Produktion Bariumperoxid (BaO2), ein Oxidationsmittel in der organischen Synthese und ein Bleichmittel für tierische Stoffe und Pflanzenfasern. Bariumperoxid wird in der Textilindustrie zum Färben und Bedrucken, in Pulveraluminium zum Schweißen und in der Pyrotechnik verwendet.
Bariumchlorid (BaCl2) wird durch Rösten von Schwerspat mit Kohle und Calciumchlorid gewonnen und zur Herstellung von Pigmenten, Farblacken und Glas sowie als Beizmittel für Säurefarben verwendet. Es ist auch nützlich zum Beschweren und Färben von Textilgeweben und bei der Aluminiumveredelung. Bariumchlorid ist ein Pestizid, eine Verbindung, die Kesseln zum Enthärten von Wasser zugesetzt wird, und ein Gerb- und Veredelungsmittel für Leder. Bariumnitrat (Ba(NR3)2) wird in der Pyrotechnik und der Elektronikindustrie verwendet.
Gefahren
Bariummetall ist nur begrenzt verwendbar und stellt eine Explosionsgefahr dar. Die löslichen Bariumverbindungen (Chlorid, Nitrat, Hydroxid) sind hochgiftig; Das Einatmen der unlöslichen Verbindungen (Sulfate) kann zu Pneumokoniose führen. Viele der Verbindungen, einschließlich Sulfid, Oxid und Karbonat, können örtliche Reizungen an Augen, Nase, Rachen und Haut verursachen. Bestimmte Verbindungen, insbesondere Peroxid, Nitrat und Chlorat, stellen bei Gebrauch und Lagerung Brandgefahren dar.
Toxizität
Wenn die löslichen Verbindungen oral aufgenommen werden, sind sie hochgiftig, wobei eine tödliche Dosis des Chlorids auf 0.8 bis 0.9 g geschätzt wird. Obwohl es gelegentlich zu Vergiftungen aufgrund der Einnahme dieser Verbindungen kommt, wurden nur sehr wenige Fälle von industriellen Vergiftungen gemeldet. Vergiftungen können auftreten, wenn Arbeiter atmosphärischen Konzentrationen des Staubs löslicher Verbindungen ausgesetzt sind, wie sie beim Schleifen auftreten können. Diese Verbindungen üben eine starke und anhaltende stimulierende Wirkung auf alle Muskelformen aus und erhöhen die Kontraktilität deutlich. Im Herzen können auf unregelmäßige Kontraktionen Flimmern folgen, und es gibt Hinweise auf eine Koronarkonstriktorwirkung. Weitere Wirkungen sind Darmperistaltik, Gefäßverengung, Blasenkontraktion und eine Erhöhung der willkürlichen Muskelspannung. Bariumverbindungen wirken außerdem reizend auf Schleimhäute und das Auge.
Bariumcarbonat, eine unlösliche Verbindung, scheint beim Einatmen keine pathologischen Wirkungen zu haben; es kann jedoch bei oraler Aufnahme zu schweren Vergiftungen führen und bei Ratten die Funktion der männlichen und weiblichen Keimdrüsen beeinträchtigen; Der Fötus ist in der ersten Hälfte der Schwangerschaft empfindlich gegenüber Bariumcarbonat.
Pneumokoniose
Bariumsulfat zeichnet sich durch seine extreme Unlöslichkeit aus, eine Eigenschaft, die es für den Menschen ungiftig macht. Aus diesem Grund und aufgrund seiner hohen Röntgenopazität wird Bariumsulfat als lichtundurchlässiges Medium bei der Röntgenuntersuchung des Gastrointestinal-, Atmungs- und Harnsystems verwendet. Es verhält sich auch in der menschlichen Lunge inert, was sich durch das Fehlen unerwünschter Wirkungen nach absichtlichem Einbringen in den Bronchialtrakt als Kontrastmittel in der Bronchographie und durch industrielle Exposition gegenüber hohen Feinstaubkonzentrationen gezeigt hat.
Das Einatmen kann jedoch zu einer Ablagerung in der Lunge in ausreichenden Mengen führen, um Baritosis zu erzeugen (eine gutartige Pneumokoniose, die hauptsächlich beim Abbau, Mahlen und Absacken von Baryt auftritt, aber auch bei der Herstellung von Lithopone berichtet wurde). Der erste gemeldete Fall von Baritosis war von Symptomen und Behinderungen begleitet, die jedoch später mit anderen Lungenerkrankungen in Verbindung gebracht wurden. Nachfolgende Studien haben die unscheinbare Natur des klinischen Bildes und das völlige Fehlen von Symptomen und abnormen körperlichen Zeichen den gut ausgeprägten Röntgenveränderungen gegenübergestellt, die disseminierte knotige Trübungen in beiden Lungen zeigen. Die Opazitäten sind diskret, aber manchmal so zahlreich, dass sie sich überlappen und zusammenfließend erscheinen. Es wurden keine massiven Schatten gemeldet. Herausragendes Merkmal der Röntgenbilder ist die ausgeprägte Röntgenopazität der Knötchen, was angesichts der Verwendung der Substanz als röntgenopakes Medium verständlich ist. Die Größe der einzelnen Elemente kann zwischen 1 und 5 mm im Durchmesser variieren, obwohl der Durchschnitt etwa 3 mm oder weniger beträgt, und die Form wurde verschiedentlich als „abgerundet“ und „dendritisch“ beschrieben. In einigen Fällen wurde festgestellt, dass eine Reihe sehr dichter Punkte in einer Matrix geringerer Dichte liegen.
In einer Fallserie Staubkonzentrationen von bis zu 11,000 Partikeln/cm3 wurden am Arbeitsplatz gemessen, und die chemische Analyse ergab, dass der Gesamtkieselsäuregehalt zwischen 0.07 und 1.96 % lag, wobei Quarz durch Röntgenbeugung nicht nachweisbar war. Männer, die bis zu 20 Jahre exponiert waren und Röntgenveränderungen aufwiesen, waren symptomlos, hatten eine ausgezeichnete Lungenfunktion und waren in der Lage, anstrengende Arbeiten zu verrichten. Jahre nach Beendigung der Exposition zeigen Nachuntersuchungen eine deutliche Beseitigung der Röntgenanomalien.
Berichte über Obduktionsbefunde bei reiner Baritosis sind praktisch nicht vorhanden. Baritosis kann jedoch im Bergbau aufgrund der Verunreinigung von Baryterz durch Kieselgestein und beim Mahlen, wenn kieselhaltige Mühlsteine verwendet werden, mit Silikose in Verbindung gebracht werden.
Sicherheits- und Gesundheitsmaßnahmen
Für Arbeiter, die toxischen löslichen Bariumverbindungen ausgesetzt sind, sollten angemessene Wasch- und andere sanitäre Einrichtungen bereitgestellt werden, und strenge persönliche Hygienemaßnahmen sollten gefördert werden. Das Rauchen und der Verzehr von Speisen und Getränken in Werkstätten sind zu untersagen. Fußböden in Werkstätten sollten aus undurchlässigen Materialien bestehen und häufig abgewaschen werden. Beschäftigte, die beispielsweise an der Schwerspatlaugung mit Schwefelsäure arbeiten, sollten mit säurebeständiger Kleidung und geeignetem Hand- und Gesichtsschutz ausgestattet sein. Obwohl Baritosis gutartig ist, sollten dennoch Anstrengungen unternommen werden, um die atmosphärischen Konzentrationen von Barytstaub auf ein Minimum zu reduzieren. Außerdem sollte besonders auf das Vorhandensein von freier Kieselsäure im Flugstaub geachtet werden.