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氮氣在化學(xue)工業行業中的應用

氮(dan)(dan)氣(qi)是氣(qi)體工業中(zhong)主要的(de)產品之一(yi)，分(fen)為(wei)高純(chun)氮(dan)(dan)氣(qi)，純(chun)氮(dan)(dan)氣(qi)，液氮(dan)(dan)，工業氮(dan)(dan)氣(qi)。制(zhi)氧(yang)裝置(zhi)的(de)氮(dan)(dan)氣(qi)一(yi)般作為(wei)副產品，而且氮(dan)(dan)氣(qi)量比氧(yang)氣(qi)量還大。隨(sui)著經濟的(de)發展(zhan)，氮(dan)(dan)氣(qi)的(de)市(shi)場不斷(duan)擴(kuo)大，銷售(shou)量逐(zhu)年遞增(zeng)。在空(kong)(kong)氣(qi)為(wei)原料(liao)的(de)分(fen)離裝置(zhi)中(zhong)，由于氮(dan)(dan)氣(qi)在空(kong)(kong)氣(qi)中(zhong)含量高，分(fen)離后有大量的(de)氮(dan)(dan)氣(qi)。氮(dan)(dan)氣(qi)在化學工業行業主要作為(wei)原料(liao)氣(qi)和保護氣(qi)使用。

1、氮氣(qi)(qi)在化學(xue)工業(ye)行業(ye)中(zhong)作為原料氣(qi)(qi)

（1）用做生產石灰(hui)(hui)(hui)氮(dan)的(de)(de)原料石灰(hui)(hui)(hui)（calcium cyanamide），又名(ming)氰氨（基）化鈣(gai)，碳氮(dan)化鈣(gai)，是重要的(de)(de)氮(dan)肥(fei)。純凈物(wu)(wu)為(wei)白色粉(fen)末(mo)(mo)或(huo)顆粒(li)。含(han)氮(dan)量約34%。含(han)有(you)雜質(zhi)的(de)(de)產品一般(ban)為(wei)灰(hui)(hui)(hui)黑(hei)色粉(fen)末(mo)(mo)或(huo)小球粒(li)，含(han)氮(dan)量20%~22%。與(yu)水作(zuo)用生成(cheng)氨和(he)碳酸鈣(gai)。石灰(hui)(hui)(hui)氮(dan)是重要的(de)(de)氮(dan)肥(fei)，但(dan)不(bu)能(neng)直接被(bei)植(zhi)物(wu)(wu)利(li)用，必須經過(guo)水與(yu)三氧化碳的(de)(de)的(de)(de)轉化作(zuo)用才(cai)能(neng)被(bei)植(zhi)物(wu)(wu)吸收。一般(ban)做基肥(fei)。適用于酸性(xing)土(tu)壤。石灰(hui)(hui)(hui)氮(dan)對植(zhi)物(wu)(wu)亦有(you)毒，能(neng)殺死種(zhong)子(zi)，施在(zai)成(cheng)長植(zhi)物(wu)(wu)的(de)(de)葉上，能(neng)使葉脫落，可用做脫液劑或(huo)除草劑。由氣體氮(dan)和(he)碳化鈣(gai)在(zai)電(dian)爐中加(jia)熱到1000℃左右，結成(cheng)塊狀物(wu)(wu)，冷卻后(hou)粉(fen)碎和(he)研細(xi)，再用少量水處理使殘留的(de)(de)電(dian)石分(fen)解而制得(de)。

（2）用做合成氨的原料

合成氨是重(zhong)要的(de)(de)基本化工產(chan)品(pin)，是氮(dan)肥的(de)(de)源頭(tou)產(chan)品(pin)。氮(dan)是主要原料之一(yi)。在(zai)合成氨的(de)(de)工藝過程中，除少數(shu)情況外(wai)，大都(dou)不是使用純氮(dan)的(de)(de)，多(duo)數(shu)是在(zai)制造氫(qing)過程中引入空氣時帶(dai)入的(de)(de)。

（3）做合成(cheng)(cheng)金屬氮(dan)化(hua)物的(de)(de)原料氮(dan)氣(qi)雖然在通(tong)常條件下很穩(wen)定(ding)，但在一定(ding)溫度(du)和(he)壓力下，卻能(neng)和(he)大多數元素結(jie)合形成(cheng)(cheng)相應的(de)(de)氮(dan)化(hua)物。其(qi)中Li3N工業界注目，它是(shi)(shi)當前(qian)所能(neng)提供好(hao)成(cheng)(cheng)績的(de)(de)固(gu)體(ti)(ti)鋰(li)電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)(zhi)之一。其(qi)突出優(you)點是(shi)(shi)制(zhi)法簡單(dan)，在潮(chao)濕的(de)(de)氣(qi)氛中穩(wen)定(ding)，而(er)且只(zhi)要溫度(du)低(di)于Li3N的(de)(de)熔點，它就(jiu)能(neng)和(he)固(gu)體(ti)(ti)或液體(ti)(ti)金屬鋰(li)共存，這就(jiu)有(you)可(ke)能(neng)在鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)中以(yi)金屬鋰(li)為陽極，直接(jie)Li3N電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)(zhi)接(jie)觸。此外，在常溫下，Li3N的(de)(de)離子電(dian)(dian)導率(lv)高，而(er)電(dian)(dian)子電(dian)(dian)導率(lv)極低(di)，甚(shen)至可(ke)忽(hu)略不計，這些都(dou)表明氮(dan)化(hua)鋰(li)是(shi)(shi)一種性能(neng)優(you)良的(de)(de)固(gu)體(ti)(ti)電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)(zhi)材(cai)料。當前(qian)，以(yi)Li3N做固(gu)體(ti)(ti)電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)(zhi)的(de)(de)鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)有(you)Li/Li3/PbI2電(dian)(dian)池(chi)(chi)和(he)Li/Li3N/TiS2電(dian)(dian)池(chi)(chi)等。Li3還(huan)是(shi)(shi)六方BN轉變為立(li)方BN的(de)(de)有(you)效催化(hua)劑。

（4）做(zuo)合成(cheng)金(jin)屬氰化物(wu)的原料(liao)

氰(qing)化鈉(na)是(shi)重(zhong)要的(de)金屬氰(qing)化物(wu)。19世紀20年代中朝，布哈法先后(hou)在美國(guo)，荷(he)蘭等國(guo)工業生產。該法以(yi)氮氣、木炭、碳酸鈉(na)的(de)原料，鐵(tie)為催化劑。反應溫度為800~1000℃，反應產物(wu)用液(ye)氨浸取，再過濾、濃縮、結晶得(de)產品(pin)氰(qing)化鈉(na)。該法原料易(yi)得(de)，消耗不(bu)太高，但(dan)操作非常困難，生產規模較小。1947年以(yi)后(hou)已(yi)停止用該法生產。

（5）做合成氮化硅的原料

氮化硅是一種(zhong)極其(qi)重要的類金剛石型(xing)氮化物。它具有高強(qiang)度(du)、高硬度(du)、耐氧化、耐腐蝕和抗熱(re)沖擊等優(you)良性能。

制(zhi)法：粒度小于10μm和純硅粉(fen)(fen)在(zai)NH3、N2-H2或N2氣氛中加熱(re)1200~1450℃合(he)成。反應得(de)到的團塊經破碎、研細即可。AIN粉(fen)(fen)末可由(you)金屬鋁粉(fen)(fen)和氮氣在(zai)200℃下(xia)合(he)成。

（6）用做包裹(guo)TiN涂層的載氣

工業上廣泛采用CVD法(fa)在鋼(gang)鐵(tie)、硬(ying)質合金或燒結碳化部(bu)件(jian)表面(mian)包(bao)裹TiN涂(tu)層。TiN涂(tu)層呈(cheng)金黃(huang)色，具有(you)金屬光澤。涂(tu)層的生成就(jiu)是(shi)氫氣(qi)還原TiCl4中和Ti，Ti與N2反應生成TiN。如在軟鋼(gang)上的化學沉積條(tiao)件(jian)是(shi)，反應所用TiCl4-N2-H2混合氣(qi)中載氣(qi)N2=2：1，流速為0.3dm3/min；溫度為1000~1200℃。所用氣(qi)體(ti)要求(qiu)較(jiao)高的純度，氣(qi)體(ti)中含(han)有(you)微量的氧或水都會使涂(tu)層破壞。