7783-20-2 / 硫酸銨的生產(chǎn)方法主要有哪些？

【背景及概述】^[1][2][3]

硫酸銨化學(xué)式為(NH₄)₂SO₄，簡(jiǎn)稱硫銨。為無(wú)色斜方晶體，密度1.769g/cm³(20℃)，熔點(diǎn)為146.9℃，易溶于水，溶解度為70.6g/100ml(0℃)，溶液呈酸性；封閉加熱時(shí)熔點(diǎn)為513℃，敞開加熱至100℃時(shí)開始分解成酸式硫酸銨。硫酸銨是氮肥工業(yè)主要產(chǎn)品，也是焦化廠焦?fàn)t煤氣凈化產(chǎn)品之一。用飽和器法回收焦?fàn)t煤氣中的氨，制成硫酸銨，是焦化廠的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法。產(chǎn)品為粉狀結(jié)晶，容易結(jié)塊。20世紀(jì)60年代以來，焦化廠改用酸洗塔法生產(chǎn)硫酸銨。制成的硫酸銨為大顆粒結(jié)晶，不易結(jié)塊。農(nóng)業(yè)用硫酸銨一級(jí)品含氮量大于21%，水分小于0.5%，游離酸小于0.08%。硫酸銨除用作肥料外，還用作化工、染織、醫(yī)藥、皮革等工業(yè)的原料和化學(xué)試劑。硫酸銨是中國(guó)農(nóng)村使用最早的化肥，性能穩(wěn)定，運(yùn)輸貯藏都較方便，含氮量高，肥效也好。試驗(yàn)表明，1公斤硫酸銨相當(dāng)3公斤豆餅或30～40公斤人糞尿，每施用硫酸銨1公斤可使水稻增產(chǎn)3.5公斤，小麥2～4公斤，棉花1～2.5 公斤，玉米6～8公斤。但硫酸銨是酸性肥料，當(dāng)銨被作物吸收后殘留的硫酸根能使土壤增加酸性，而且長(zhǎng)期施用會(huì)造成土壤板結(jié)，影響作物生長(zhǎng)。因此，宜與有機(jī)肥料配合使用。長(zhǎng)期施用硫酸銨應(yīng)加施適量石灰以中和土壤的酸性。硫酸銨在貯存或施用時(shí)，都不宜與堿性肥料（如草木灰、石灰氮等）或堿性物質(zhì)如石灰等接觸或混用，使用前后要相隔3～5天。硫酸銨在工業(yè)上常用作炸藥、紡織物防火劑等?，F(xiàn)在全世界硫酸銨年產(chǎn)量1 300萬(wàn)噸，大部分用作肥料。

【理化性質(zhì)】^[2]

1）硫酸銨為無(wú)色或白色略帶淺黃色小粒結(jié)晶，因含雜質(zhì)其顏色呈灰色甚至黃褐色。相對(duì)密度1.77，235℃分解。有吸濕性，吸濕后固結(jié)成塊。

2）硫酸銨水溶液呈酸性。

3）硫酸銨易溶于水，溶解時(shí)吸熱，不溶于醇、丙酮和氨。易受熱分解。

【質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)】^[1]

GB535-83：

【熱分解】^[3]

將硫酸銨在250 ℃、300 ℃、400 ℃下恒溫?zé)岱纸?.5h 后的殘余物分別進(jìn)行紅外光譜分析，結(jié)果可見隨著溫度升高，(NH₄)₂SO₄熱分解先產(chǎn)生HSO4-， 繼而產(chǎn)生S₂O2^-7。由此，可假設(shè)(NH₄)₂SO₄ 的熱分解機(jī)理包括以下三步反應(yīng)：

總反應(yīng)為：

【生產(chǎn)】^[4][5]

硫酸銨的生產(chǎn)方法主要有：

1. 中和法：氨和硫酸在飽和結(jié)晶器（真空或常壓下)內(nèi)反應(yīng)，生成硫酸銨結(jié)晶，用離心機(jī)分離，濾餅經(jīng)干燥后即得產(chǎn)品，母液返回飽和結(jié)晶器。該反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱用來蒸發(fā)由硫酸帶入或有意加入的水，以控制溫度。在常壓飽和結(jié)晶器里，可向反應(yīng)物料中鼓入大量空氣，以移去反應(yīng)熱。用硫酸洗滌焦?fàn)t氣或煤氣中的氨制取硫酸銨的方法，也屬于中和法。

2. 石膏法：天然石膏或副產(chǎn)石膏與碳酸銨溶液進(jìn)行反應(yīng)，生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨溶液，經(jīng)過濾分離出碳酸鈣。硫酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶，用離心機(jī)過濾，濾餅經(jīng)干燥即得產(chǎn)品，母液返回蒸發(fā)器。在缺少硫資源、但有天然或副產(chǎn)石膏資源的地區(qū)，此法可解決硫酸銨生產(chǎn)中硫的資源，副產(chǎn)碳酸鈣能用于生產(chǎn)水泥等。缺點(diǎn)是能耗高。從己內(nèi)酰胺等生產(chǎn)中副產(chǎn)的硫酸銨母液，如果需要制成固體產(chǎn)品，其方法與此法的后段工序相同。

經(jīng)過濾、分離、濃縮可得晶體產(chǎn)品。副產(chǎn)品可用于制造水泥。該法缺點(diǎn)是耗能高。

3. 從硫酸生產(chǎn)的尾氣中回收二氧化硫制硫酸銨：用氨水洗滌含二氧化硫的尾氣，生成亞硫酸銨和亞硫酸氫銨溶液，然后將此溶液用硫酸酸化，放出的二氧化硫經(jīng)液化制取液體二氧化硫產(chǎn)品，或返回硫酸廠制酸，剩下的濃硫酸銨溶液經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶干燥得產(chǎn)品。

【應(yīng)用】^[4][5]

硫酸銨是一種常用的速效氮肥，俗稱肥田粉。適用于一般作物，可作追肥、基肥和種肥。不可與堿性肥料、草木灰等混合使用。對(duì)于酸性土壤，應(yīng)與石灰配合（非混合）施用。硫酸銨還可用作醫(yī)藥的鹽析作用，食品醬色的催化劑，酸性染料的助染劑，皮革的脫灰劑、鞣化劑，也是制備雙氧水的原料。

【主要參考資料】

[1] 中國(guó)冶金百科全書·煉焦化工

[2] 科學(xué)技術(shù)社會(huì)辭典·化學(xué)

[3] 劉科偉; 陳天朗. 硫酸銨的熱分解.化學(xué)研究與應(yīng)用, 2002, 14.6: 737-738.

[4] 中國(guó)成人教育百科全書·化學(xué)·化工

[5] 中國(guó)大百科全書（化工卷）