氢氟酸

氢氟fú酸（英文名称：Hydrofluoric Acid）是氟化氢的水溶液，为弱酸，是一种混合物。氢氟酸为无色发烟的液体，有刺鼻气味，极易挥发，可以与水混溶。^[1][2][4][5]氢氟酸毒性和腐蚀性极强，会腐蚀大多数常见金属，生成易燃易爆气体。与许多化合物会发生剧烈反应，具有着火和爆炸的危险。与碱激烈反应。^[2][6]工业上制备氢氟酸的方法有硫酸法、氟硅酸法、石灰法、布什法和火焰水解法。^[7][8]

氢氟酸可以用于提纯石墨精矿；^[9][10]作为试剂分解地质试样测定硅；^[11]用作清洗剂，可以用来清洗不锈钢和除去金属表面氧化物等；^[12]在化工领域可以用于有机或无机氟化物的制造；^[13]可以浸蚀玻璃，用于玻璃仪表刻度、玻璃器皿和镜子刻花刻字，以及玻璃器皿的抛光，磨砂和一般灯泡的处理；在炼油烷wán基化工艺中作催化剂。^[14]氢氟酸还可以用于半导体（锗、硅）的制造。^[2][13]

氢氟酸对皮肤有强烈的腐蚀作用，能穿透皮肤向深层渗透，形成坏死和溃疡，且不易治愈。眼接触高浓度氢氟酸可引起角膜穿孔。长期接触可发生呼吸道慢性炎症，引起牙周炎、氟骨病。^[2][15]

1768年，德国化学家马格拉夫（Marggraf）在研究萤石的时候发现了氢氟酸。直到1819年仍然无法分离出无水氢氟酸，只是阐明了氢氟酸与玻璃的反应原理。1810年，法国物理学化学家安培，根据对氢氟酸性质的研究指出，其中可能含有一种与氯元素相似的元素，并建议把它命名为“Fluor”。词源来自于拉丁文、法文，原意为“流动”，最后，因为氟元素来自于萤石，于是将其命名为“Fluorine”。^[16]1886年6月，法国化学家莫瓦桑（Moissan）蒸馏氟氢酸钾以制取无水氟化氢，在铂金制的U形管中用铂铱yī合金做电极，用萤石制的螺旋冒盖紧管口，整个容器浸在-23°C的冷冻液中进行电解，制取到单质氟。^[17]美国在1931年开始生产无水氟化氢，中国于1959年开始工业化生产。^[18]

氢氟酸最初只用于玻璃蚀刻和抛光。到20世纪30年代由于炼铝工业的发展，对氟化铝、冰晶石的用量增加而促进了氢氟酸的发展。到20世纪40年代初期，无水氟化氢在氟里昂以及烷基化催化剂、铀yóu加工中应用以后，需要量才大大增加，生产发展很快；到70年代中期，世界氢氟酸总生产能力已达1Mt。70年代后期由于环境保护限制和化学工程的发展，降低了氟化物的消耗，使无水氟化氢和氢氟酸发展缓慢，至今生产能力仍维持在70年代中期水平。^[18]

氢氟酸可以用于有机或无机氟化物的制造。^[13]

在化工领域中，氢氟酸的主要用途是制造无机氟化合物，其中氟化铝和冰晶石用量最大。氢氟酸还可用于制造氟化钠、氟化氢钠、三氟化硼、氟化亚锡、六氟化轴等。在铀加工中，每吨U2O8约需0.43t氢氟酸。^[19][13]

无水氟化氢的还可以用来生产有机氯氟烃，工业上广泛应用氟置换卤代烃中的氯制取氯氟烃，其中最重要的是甲烷和乙烷的卤代物。如一氟三氯甲烷、二氟二氯甲烷、二氟一氯甲烷、三氟三氯乙烷、四氟二氯乙烷、五氟一氯乙烷。这些产品均可用于致冷剂，气雾剂，工业上还用作金属机件清洗剂和聚氨酯zhǐ、聚苯乙烯、聚乙烯等泡沫塑料的发泡剂以及有机氟聚合物聚四氟乙烯等的原料。长链的碳氟化物还可生产表面活性剂，用于制造纺织品和皮革的防污剂。^[19]

氢氟酸可以浸蚀玻璃，用于玻璃仪表刻度、玻璃器皿和镜子刻花刻字，以及玻璃器皿的抛光，磨砂和一般灯泡的处理。^[2][13]以磨砂玻璃为例：磨砂玻璃又称为毛玻璃，是将平板玻璃的表面经机械喷砂、手工研磨或氢氟酸溶蚀等方法处理成均匀的毛面，具有透光而不透明的特点。由于光线通过磨砂玻璃后形成漫反射，光线不刺眼，具有避免炫目的优点。^[20]

氢氟酸可用做不锈钢的清洗剂，用来除去金属表面的氧化物，增加不锈钢的耐腐蚀能力。氢氟酸是一种弱的无机酸，对金属腐蚀性低于硫酸、盐酸。氢氟酸常温除硅垢、铁垢的能力强。可清洗奥氏体不锈钢，不会产生应力腐蚀，清洗时间短，清洗效率高，表面状态好。但氢氟酸对铸铁、钛等金属腐蚀严重，对铝等钝态金属易引起点蚀。用氢氟酸清洗污染较严重，可与盐酸、硝酸混合使用，^[12]

氢氟酸可以用于半导体（锗、硅）的制造。^[13]例如用来制备多孔硅：将硅片浸入氢氟酸和氧化剂（如硝酸、NaNO2或CrO3）的混合溶液中，室温下对硅片进行腐蚀，可以在c-Si（crystal-Si）表面形成薄膜。这种方法可以得到与阳极腐蚀法同样发光的样品。为了加快反应速度，可加以适当的光照。^[21]

氢氟酸可以用于制作氟利昂致冷剂。氟利昂冷气机内盛放氟利昂F12致冷剂，这种致冷剂是由四氯化碳与无水氟化氢组成的，并生成二氯二氟甲烷。^[22]

在炼油生产中采用催化剂，可以提高成品油收率和改善产品质量，如催化裂化、铂重整、烷基化等工艺都属于催化加工。催化剂绝大多数是一些金属或金属氧化物，如铂、镍niè、硅酸铝等。每一种催化工艺都有各自的催化剂，如催化裂化使用硅酸铝，催化重整使用铂，烷基化则以硫酸或氢氟酸作催化剂。^[14]

氢氟酸可浸出与石墨鳞片连生的微小硅酸盐矿物，而石墨留在浸出渣中。操作时，将石墨精矿与水按一定比例混合制浆，然后根据石墨精矿的灰分含量加入氢氟酸，通蒸汽加热，在特制的反应罐中浸出24h，浸出矿浆用氢氧化钠中和，经过滤、洗涤、脱水、烘干，产出固定碳含量大于99%的超纯或高纯石墨精矿。^[9][10]

在一定的体积内，氢氟酸-氟硅酸-水形成沸点为116℃的恒沸三元体系，此时硅定量保留在溶液里，从而建立了用氢氟酸溶样滴定法测定硅的分析方法。在地质试样分解中，氢氟酸一般是与高沸点酸联用。如氢氟酸可以与硝酸、高氯酸、硫酸或磷酸混合使用，用于分解硅酸盐、磷矿石、银矿石、石英、泥矿石、富铝矿石等试样。氢氟酸与高氯酸共同使用还可分解长石、云母、石英、磁铁矿、绿柱石和黄铁矿等矿物。^[11]

鼠致死剂量LD50＝80mg/kg，半数致死浓度LC50＝1276ppm。 ^[19]

豚鼠在40mg/m3浓度下2小时死亡，25mg/m3作用6小时也死亡。兔的耐受性较豚鼠为高在1500mg/m3高浓度下作用5分钟，部分兔死亡。1000mg/m3及较低浓度作用30分钟，浓度低于100mg/m3作用5小时，24.5mg/m3浓度下作用41小时兔均未死亡。^[23]

豚鼠、兔每日吸入8mg/m336小时，历时30天，均出现明显慢性中毒；而2.5mg/m3受试动物未见病变。在3.3~42mg/m3的浓度下（平均20mg/m3）1~5.5个月，见粘膜刺激、体重迅减、食欲丧失、呼吸困难、部分动物死亡。豚鼠、兔、猴吸入15mg/m3，每天6~7个小时，染毒50次，除不同中毒征象外，豚鼠生长稍迟缓，兔及猴红细胞有极微改变。^[23]

氢氟酸对皮肤有强烈的刺激性和腐蚀性、渗透作用强。氢氟酸中的氢离子对人体组织有脱水和腐蚀作用，而氟是最活泼的非金属元素之一。皮肤与氢氟酸接触后，离子不断解离而渗透到深层组织，溶解细胞膜，造成表皮、真皮、皮下组织乃至肌层液化坏死。氟离子还可干扰烯醇化酶的活性，使皮肤细胞摄氧能力受到抑制。^[23][24]

皮肤损害程度与氢氟酸浓度、接触时间、接触部位及处理方法有关。浓度越高，接触时间越长，受害组织越柔软或致密，作用就越迅速而强烈。接触30%以上浓度的氢氟酸，疼痛和皮肤损伤会立即发生。接触低浓度的氢氟酸时，数小时后开始出现疼痛及皮肤灼伤。局部皮肤损伤初期呈红斑，随即转变为有红晕的白色水肿，继而变为淡青灰色坏死，而后又呈棕褐色或黑色厚痴，脱痂后形成溃疡。手指部位的损害常转为大疤，甲板也常同时受累，甲床与甲周红肿。严重时甲下水疤形成，甲床与甲板分离。高浓度灼伤常呈进行性坏死，溃疡愈合缓慢。严重者累及局部骨骼，尤以指骨为多见。表现为指间关节狭窄，关节面粗糙。氢氟酸雾化可引起皮肤瘙痒及皮炎。剂量大时也可造成皮肤、胃肠道和呼吸道黏膜的灼伤。眼接触高浓度氢氟酸后，会出现局部剧痛，并迅速形成白色假膜样混浊，如处理不及时，可引起角膜穿孔。^[23][24]

氢氟酸是氟化氢的水溶液，为无色澄清的液体，有刺鼻气味。极易挥发，露置空气中即冒白烟。^[4][5]

例如含量为70%的氟化氢水溶液，其密度为1.23g/cm3，熔点为-69℃，沸点为66.4℃。^[2]

从HF-H2O系统的熔化图可以看出氢氟酸有三种水合晶体，分别为HF-H2O、2HF-H2O和4HF-H2O。^[25]

氢氟酸为弱酸，但毒性和腐蚀性极强。^[2][6][4]与许多化合物发生剧烈反应，具有着火和爆炸的危险。与碱激烈反应，腐蚀大多数常见金属，生成易燃易爆气体。浸蚀玻璃、某些形式的塑料、橡胶和涂层。^[2][5]

氢氟酸为弱酸，但随着浓度的增加酸性逐渐增强，^[26]pKa=3.19。在稀溶液中氢氟酸微离解成离子，在较浓的溶液中，氢氟酸发生聚合作用而生成HF2分子，它离解为：^[2][27][1]

氢氟酸与活泼金属反应，均能放出氢气，并生成相应的氟化物。^[28]

氢氟酸与碱反应，生成水和相应的氟化物或氟的配合酸盐。^[28]

氢氟酸易于腐蚀含二氧化硅的玻璃。生成的四氟化硅易挥发，且四氟化硅也会与氢氟酸反应。^[28][29][30]

氢氟酸与硅单质反应，生成氢气和四氟化硅。^[28]

用硫酸分解萤石（主要成分为CaF2）得氟化氢气体，然后用水吸收制得氢氟酸。其反应式如下：^[7]

将萤石粉碎，在铁制转窑中加入硫酸，进行加热反应，生成氟化氢。冷却后使混入的硫酸冷凝除去。在吸收塔内用水洗收得到氢氟酸。转窑虽是铁制的，但因生成的石膏复盖了内面，减少了氢氟酸的腐蚀。^[31]

先将四氟化硅气体与循环的氟化铵溶液反应，生成氟硅酸铵：^[8]

再次用氨中和，生成二氧化硅沉淀和氟化铵ǎn:^[8]

过滤除去沉淀的二氧化硅，得到氟化铵溶液。除留足循环用量外，多余部分在140℃~150℃浓缩，然后在170℃~180℃用硫酸分解得无水氟化氢和硫酸氢铵。无水氟化氢经水吸收后得到氢氟酸。^[31][8]

将磷酸副产的20%氟硅酸溶液夜与氢氧化钙于70℃~75℃进行中和反应，生成氟化钙：^[8]

产物经过滤、造粒后送入转窑，通入蒸汽加热至1050℃，发生下述反应生成氟化氢：^[8]

氟化氢经水吸收后得到氢氟酸。^[31][8]

将磷肥厂洗涤废气得到的氟硅酸浓缩并气化为HF-SiF4-H2O混合物，然后用多元醇有机溶剂选择吸收氟化氢，经真空蒸发从溶剂中解吸氟化氢后，液化、再经两级精馏提纯得无水氟化氢。无水氟化氢经水吸收后得到氢氟酸。^[31][8]

四氟化硅用氢或泾火焰在1100℃以上水解可得二氧化硅和氟化氢。气体中约有70%~85%（以元素氟计）转化为氟化氢，用稀的氢氟酸吸收，经浓硫酸脱水可得无水氟化氢。无水氟化氢经水吸收后得到氢氟酸。^[31][8]

工业上也可以用磷石灰和氟磷石灰来制备氢氟酸。在其湿法分解过程中的副产物中存在氟化氢，氟化氢经水吸收后得到氢氟酸。^[32][33]

氢氟酸对皮肤有强烈的腐蚀作用，能穿透皮肤向深层渗透，形成坏死和溃疡，且不易治愈。眼接触高浓度氢氟酸可引起角膜穿孔。接触其蒸气，可发生支气管炎、肺炎等。长期接触可发生呼吸道慢性炎症，引起牙周炎、氟骨病。^[15][2]

接触其蒸气或烟雾时，必须佩戴防毒面具或供气式头盔。紧急事态抢救或逃生时，建议佩戴自给式呼吸器；戴化学安全防护眼镜；穿工作服（防腐材料制作）；戴橡皮手套。工作后，淋浴更衣。单独存放被毒物污染的衣物，洗后再用。^[15]

皮肤接触：脱去污染的衣物，用流动清水冲洗10min或用2%碳酸氢钠溶液冲洗，若有灼伤，就医治疗。^[15][2]

眼睛接触：立即提起眼脸，用流动清水或生理盐水冲洗至少15min，就医。^[15][2]

吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道通畅，呼吸困难时给输氧，给予2%～4%碳酸氢钠溶液雾化吸入，就医。^[15][2]

食入：误服者给饮牛奶或蛋清，立即就医。^[15][2]

氢氟酸发生泄漏时，操作人员须戴好防毒面具、护目镜与手套，用碳酸氢钠或苏打灰与熟石灰混合物（1:1）覆盖溢漏物，必要时可加水搅成浆状再收集起来，并用苏打溶液冲洗污染区域；亦可将地面洒上苏打、石灰，再用水冲洗，经稀释的洗水排入废水系统。^[34]

贮运氢氟酸时，要用铜、铁，混凝土或木制的槽罐内衬橡胶、铅、聚氟乙烯、聚乙烯等。贮放在阴凉地方，严禁烟火。因氟化氢反应性强，运输时要注意检查，小心移动，避免日光照射。^[35]