7783-20-2 / 硫酸銨的生產方法主要有哪些？

【背景及概述】^[1][2][3]

硫酸銨化學式為(NH₄)₂SO₄，簡稱硫銨。為無色斜方晶體，密度1.769g/cm³(20℃)，熔點為146.9℃，易溶于水，溶解度為70.6g/100ml(0℃)，溶液呈酸性；封閉加熱時熔點為513℃，敞開加熱至100℃時開始分解成酸式硫酸銨。硫酸銨是氮肥工業主要產品，也是焦化廠焦爐煤氣凈化產品之一。用飽和器法回收焦爐煤氣中的氨，制成硫酸銨，是焦化廠的傳統生產方法。產品為粉狀結晶，容易結塊。20世紀60年代以來，焦化廠改用酸洗塔法生產硫酸銨。制成的硫酸銨為大顆粒結晶，不易結塊。農業用硫酸銨一級品含氮量大于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、醫藥、皮革等工業的原料和化學試劑。硫酸銨是中國農村使用最早的化肥，性能穩定，運輸貯藏都較方便，含氮量高，肥效也好。試驗表明，1公斤硫酸銨相當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，當銨被作物吸收后殘留的硫酸根能使土壤增加酸性，而且長期施用會造成土壤板結，影響作物生長。因此，宜與有機肥料配合使用。長期施用硫酸銨應加施適量石灰以中和土壤的酸性。硫酸銨在貯存或施用時，都不宜與堿性肥料（如草木灰、石灰氮等）或堿性物質如石灰等接觸或混用，使用前后要相隔3～5天。硫酸銨在工業上常用作炸藥、紡織物防火劑等。現在全世界硫酸銨年產量1 300萬噸，大部分用作肥料。

【理化性質】^[2]

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

2）硫酸銨水溶液呈酸性。

3）硫酸銨易溶于水，溶解時吸熱，不溶于醇、丙酮和氨。易受熱分解。

【質量標準】^[1]

GB535-83：

【熱分解】^[3]

將硫酸銨在250 ℃、300 ℃、400 ℃下恒溫熱分解0.5h 后的殘余物分別進行紅外光譜分析，結果可見隨著溫度升高，(NH₄)₂SO₄熱分解先產生HSO4-， 繼而產生S₂O2^-7。由此，可假設(NH₄)₂SO₄ 的熱分解機理包括以下三步反應：

總反應為：

【生產】^[4][5]

硫酸銨的生產方法主要有：

1. 中和法：氨和硫酸在飽和結晶器（真空或常壓下)內反應，生成硫酸銨結晶，用離心機分離，濾餅經干燥后即得產品，母液返回飽和結晶器。該反應為強放熱反應，反應熱用來蒸發由硫酸帶入或有意加入的水，以控制溫度。在常壓飽和結晶器里，可向反應物料中鼓入大量空氣，以移去反應熱。用硫酸洗滌焦爐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：天然石膏或副產石膏與碳酸銨溶液進行反應，生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨溶液，經過濾分離出碳酸鈣。硫酸銨溶液蒸發結晶，用離心機過濾，濾餅經干燥即得產品，母液返回蒸發器。在缺少硫資源、但有天然或副產石膏資源的地區，此法可解決硫酸銨生產中硫的資源，副產碳酸鈣能用于生產水泥等。缺點是能耗高。從己內酰胺等生產中副產的硫酸銨母液，如果需要制成固體產品，其方法與此法的后段工序相同。

經過濾、分離、濃縮可得晶體產品。副產品可用于制造水泥。該法缺點是耗能高。

3. 從硫酸生產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，放出的二氧化硫經液化制取液體二氧化硫產品，或返回硫酸廠制酸，剩下的濃硫酸銨溶液經蒸發結晶干燥得產品。

【應用】^[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。對于酸性土壤，應與石灰配合（非混合）施用。硫酸銨還可用作醫藥的鹽析作用，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] 中國冶金百科全書·煉焦化工

[2] 科學技術社會辭典·化學

[3] 劉科偉; 陳天朗. 硫酸銨的熱分解.化學研究與應用, 2002, 14.6: 737-738.

[4] 中國成人教育百科全書·化學·化工

[5] 中國大百科全書（化工卷）