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                      氣體知識

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                      氮氣在化學工業行業中的應用

                      2009-12-30 16:35:00

                      0
                             氮氣是氣體工業中最主要的產品之一,分為高純氮氣,純氮氣,液氮,工業氮氣。在空氣為原料的分離裝置中,由于氮氣在空氣中含量高,分離后有大量的氮氣。制氧裝置的氮氣一般作為副產品,而且氮氣量比氧氣量還大。隨著經濟的發展,氮氣的市場不斷擴大,銷售量逐年遞增。氮氣在化學工業行業主要作為原料氣和保護氣氛使用。
                      1、氮氣在化學工業行業中作為原料氣
                      (1)用做合成氨的原料
                      合成氨是重要的基本化工產品,是氮肥的源頭產品。氮是主要原料之一。在合成氨的工藝過程中,除少數情況外,大都不是使用純氮的,多數是在制造氫過程中引入空氣時帶入的。
                      (2)用做生產石灰氮的原料
                      石灰(calcium cyanamide),又名氰氨(基)化鈣,碳氮化鈣,是重要的氮肥。純凈物為白色粉末或顆粒。含氮量約34%。含有雜質的產品一般為灰黑色粉末或小球粒,含氮量20%~22%。
                      與水作用生成氨和碳酸鈣。
                      石灰氮是重要的氮肥,但不能直接被植物利用,必須經過水與三氧化碳的的轉化作用才能被植物吸收。一般做基肥。適用于酸性土壤。
                      石灰氮對植物亦有毒,能殺死種子,施在成長植物的葉上,能使葉脫落,可用做脫液劑或除草劑。
                      由氣體氮和碳化鈣在電爐中加熱到1000℃左右,結成塊狀物,冷卻后粉碎和研細,再用少量水處理使殘留的電石分解而制得。
                      (3)做合成金屬氰化物的原料
                      氰化鈉是重要的金屬氰化物。19世紀20年代中朝,布哈法先后在美國,荷蘭等國工業生產。該法以氮氣、木炭、碳酸鈉的原料,鐵為催化劑。
                      反應溫度為800~1000℃,反應產物用液氨浸取,再過濾、濃縮、結晶得產品氰化鈉。該法原料易得,消耗不太高,但操作非常困難,生產規模較小。1947年以后已停止用該法生產。
                      (4)做合成金屬氮化物的原料
                      氮氣雖然在通常條件下很穩定,但在一定溫度和壓力下,卻能和大多數元素結合形成相應的氮化物。其中Li3N最受工業界注目,它是當前所能提供最好成績的固體鋰電解質之一。其突出優點是制法簡單,在潮濕的氣氛中穩定,而且只要溫度低于Li3N的熔點,它就能和固體或液體金屬鋰共存,這就有可能在鋰電池中以金屬鋰為陽極,直接Li3N電解質接觸。此外,在常溫下,Li3N的離子電導率高,而電子電導率極低,甚至可忽略不計,這些都表明氮化鋰是一種性能優良的固體電解質材料。當前,以Li3N做固體電解質的鋰電池有Li/Li3/PbI2電池和Li/Li3N/TiS2電池等。Li3還是六方BN轉變為立方BN的有效催化劑。
                      (5)做合成氮化硅的原料
                      氮化硅是一種極其重要的類金剛石型氮化物。它具有高強度、高硬度、耐氧化、耐腐蝕和抗熱沖擊等優良性能。
                      制法:粒度小于10μm和純硅粉在NH3、N2-H2或N2氣氛中加熱1200~1450℃合成。反應得到的團塊經破碎、研細即可。
                      AIN粉末可由金屬鋁粉和氮氣在200℃下合成。
                      (6)用做包裹TiN涂層的載氣
                      工業上廣泛采用CVD法在鋼鐵、硬質合金或燒結碳化部件表面包裹TiN涂層。TiN涂層呈金黃色,具有金屬光澤。涂層的生成就是氫氣還原TiCl4中和Ti,Ti與N2反應生成TiN。如在軟鋼上的化學沉積條件是,反應所用TiCl4-N2-H2混合氣中載氣N2=2:1,流速為0.3dm3/min;溫度為1000~1200℃。所用氣體要求較高的純度,氣體中含有微量的氧或水都會使涂層破壞。
                      2、氮氣在化學工業行業中作為保護氣氛
                      由于氮氣有很好的化學穩定性,價格便宜,作為無氧、干燥的惰性介質,廣泛用做保護、吹除、充填等氣體,以使化學性質活潑的物質不受氧化,減少設備的腐蝕。
                      如在許多易燃物質的反應器、貯罐中充入氮氣,不但可以保護物料不受氧化,保持產品質量,還能保證安全,防止燃燒、爆炸事故發生。在聚合反應中充入氮氣能保持催化劑的活性。在鋼材軋制和金屬熱處理時充入氮氣,可以減少金屬在高溫下的氧化,使表面光潔。在等離子電弧爐中充入氮氣,生產氮化高速工具鋼。在浮法玻璃生產過程中充入高純氮氣減少水汽污染,使表面光亮、蔬菜的代謝,使保存期增長。
                      在有色金屬冶煉爐內充入氮氣,可除低含氧量和濕度,減入氧化,提高產品質量。
                      在干燥劑與吸附劑再生時,用氮氣作為吹除氣可以在較高溫度下再生,且省時、效果好。在電子工業中用氮氣吹洗硅片,可保持硅片的干燥和清潔。氮氣還用于吹掃易燃物流過的管道和貯存設備。用氮氣吹除鋼水,使鋼中的氫含量除低,使鋼強度大大提高。在高爐開工時吹入氮氣(86%),可降低焦炭消耗,延長使用壽命。
                      熔床層用氮脫氣,能使能強度提高。
                       
                       
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