氢原子百科 
硫酸铵（英文：Ammonium Sulfate），又称硫铵，分子式为(NH4)2SO4，一种无机化合物，是最早生产和使用的一种氮肥。通常把它当做标准氮肥，其含氮量在20~ 21 %之间，含硫23.4 %。[5][2][6]纯品硫酸铵为无色结晶或白色颗粒，含有杂质的颜色为微黄或灰色，其吸湿性小，不易结块，易保存，易溶于水。硫酸铵为生理酸性速效氮肥，一般比较适用于小麦、玉米、水稻、棉花、甘薯、麻类、果树、蔬菜等作物。对于土壤而言，硫酸铵最适于中性土壤和碱性土壤，而不适于酸性土壤。[2][6]此外，硫酸铵可用于发酵工艺，作为发酵用营养物质。[7]
生产历史
十八世纪末，首次生成硫酸铵主要是在将煤气洗涤液加工氨的煤气工厂里。之后开始通过用焦炭生产所捕集的氨来制取硫酸铵。 1889年，俄国建成了第一批带有回收副产品装置的炼焦炉。随着冶炼业的广泛发展，使带产品回收的炼焦炉数量为之激增，并且在1913年解决了由元素合成氨的问题的基础上， 以合成氨制硫酸铵的生产得到了广泛的发展。[8]硫酸铵是中国最早使用的一种氮肥，肥效稳定。由于生产这种肥料要耗费大量的硫，因此巳日渐波尿素所代替。市售的硫酸铵多是副产品。[9]
中国使用硫酸铵作为化肥的主要过程为：1901年，首先由日本输入化肥，品种是硫酸铵也称肥田粉，当时是免费分给台湾省的蔗农使用。1933年日本在大连开办了满洲化学工业株式会社（后改为大连化学厂）和鞍山、抚顺的两个炼焦副产硫酸铵车间，生产硫酸铵。[10]其作为肥料使用量为1700万吨，其中大约有300万吨的硫酸铵被直接在农业中使用，其余则用于复合肥料的生产，如硝酸硫酸铵等。[11]1934年中国建立永利宁化学公司硫酸铵厂，后改为南京化学工业公司氮肥厂。1949年前，全国累计生产氮肥仅60万吨（以纯氮计），主要被用在沿海各省。1949年以后，在扩建大连化学厂和永利宁等老厂的同时，开始由前苏联美国、荷兰、日本、法国引入成套设备，建成几十个大、中型氮肥厂和一千多个小型氮肥厂，形成遍布全国的大、中、小型企业相结和的工业形式。[10]
物理性质
无色结晶，斜方晶系或白色颗粒，无气味，在水中的溶解度为70.6g/100 g，100 ℃时为103.8 g/100 g。[1][12]不溶于乙醇和丙酮，0.1 mol/L水溶液的pH为5.5，相对密度1.77g/cm3，折光率1.521。[3]硫酸铵在乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、吡啶等水溶液中的溶解会形成两相，一种是水溶液，另一种是有机溶剂。[13]外观很像砂糖，在生产中由于有杂质混入，有时颜色呈灰、黄或淡红色。纯硫酸铵含氮21.21 ％，工业硫酸铵含氮20.5—21 ％。[14]
化学性质
纯硫酸铵水溶液呈酸性。[2]加热到513 ℃以上时会完全分解成氨气、氮气、二氧化硫及水，反应式为[6]：
尽管硫酸铵在常温条件下性质稳定，但与碱性物质相混时会分解释放出氨，引起氮素挥发损失。[2]
硫酸铵与碱反应的方程式为：
由气态氨与硫酸制成固体硫酸铵的生成热等于65.3卡，由元素制成时生成热为231.9卡。从硫酸铵溶液中析出固态铵时放出的结晶热为2.6卡/克分子。[15]
用氨气中和稀疏酸生产硫酸铵
生产基本原理：将氨气通入稀硫酸中进行中和反应即生成硫酸铵。
化学反应式为：
该反应是一个放热反应，在瞬间即可完成。利用反应放出的热量将生成的硫酸铵溶液加热至100—110 ℃，在此温度下，部分水分可以从溶液中被蒸发出去，而硫酸铵则可从溶液中结晶出来。硫酸铵晶体从溶液中分离出来经干燥形成。[16]
此外也可通过直接法，间接法和半直接法来生产硫酸铵。[17]其中直接法的原理是用硫酸直接吸收煤气中的氨，在一定的温度下在饱和器中制得的硫酸铵结晶和母液的处理方法；[17]间接法是用氨水与硫酸直接进行中和反应，生成硫酸铵溶液，再将溶液进行蒸浓、冷却、结晶出硫酸铵；[17]半直接法原理是先把焦炉气冷却冷凝析出焦油和水，分离出焦油，剩下的水中含有一部分氨，称为粗氨水，通过直接蒸汽将粗氨水加热到100℃， 溶解的氨就变成气态氨逸出。由于在蒸馏塔中还要加一部分石灰乳，所以粗氨水中的铵盐也要发生分解反应而放出气态氨，将逸出的所有气态氨合并到被冷却已除去焦油和水分的焦炉气中，以便一块进入到饱和器中与硫酸反应生成硫酸铵。[17]其反应式为：
用石膏生产硫酸铵
石膏的化学名称叫硫酸钙，分子式为CaSO4，通过利用石膏中的硫酸根代替硫酸来生产硫酸铵，节省硫酸的消耗。用石膏生产硫酸铵的方法主要包括气体法和液体法：[18]
气体法：原理是将石膏粉末与水混合在一起，装入带有搅拌的反应器内，再向其中通入气氨和气体二氧化碳，化学反应式为：
生成的硫酸铵溶解在溶液中，生成的碳酸钙为固体沉淀物，经真空过滤后，分离出碳酸钙，滤液即为硫酸铵溶液。将此溶液经蒸发浓缩后，再冷却就析出硫酸铵结晶，在离心机上分离出晶体，再经干燥即为成品，最后滤液返回反应器中与石膏混合循环使用。[18][19]
液体法：其主要过程为将石膏粉的一半量同温度为50—55 ℃，浓度为25—33 ％的碳酸铵溶液加入到混合器中相混合，然后将混合物料送入反应器中。料浆再从反应器经贮槽回到混合器，并往混合器中加入另一半及过量的石膏粉，然后再把混合物送入反应器中，发生的化学反应为[19]：
石膏粉采用两次加入方法的目的是为了生成大颗粒的碳酸钙结晶，以便容易过滤和洗涤。[19]
肥料
硫酸铵是一种优良的氮肥（俗称肥田粉），几乎所有生产的硫酸铵都用作肥料，适用于一般土壤和作物，能使枝叶生长旺盛，提高果实品质和产量，增强作物对灾害的抵抗能力，可作基肥、追肥和种肥，但是长期使用可能导致土壤板结。[6]
工业
能与食盐进行复分解反应制造氯化铵，与硫酸铝作用生成铵明矾，与硼酸等一起制造耐火材料。加入电镀液中能增加导电性。[6]在工业中可用于生产过硫酸盐、阻燃剂和灭火粉末和鞣制。[13]在水处理中，在水中加氯前加入一定的硫酸铵，可用于消毒。[20]
食品
化学实验室
在实验室中，硫酸铵沉淀法常用于分离蛋白，[22]天然橡胶胶乳中挥发性脂肪酸值的测定。[23]此外，硫酸铵还用于化学试剂和蓄电池的生产。[6]在分析试剂中用作沉淀剂和掩蔽剂。在电化学分析中用作分析中的支持电解质以及用于微生物培养基及铵盐制备，[24]
其他
硫酸铵还可用于在照相、纺织和玻璃等行业。[13]
鉴别
利用硫酸铵溶于水后与氯化钡溶液反应生成白色沉淀（BaSO4)来进行鉴别。
利用硫酸铵溶于水后，在加热条件下与氢氧化钠溶液反应释放出有氨气来进行鉴别。[25]
硫酸铵的测定
硫酸铵中氮含量的检测
硫酸铵中氮含量的测定有两种方法，即蒸馏后滴定法和甲醛法。
蒸馏后滴定法
甲醛法
GHS 危险说明
H302 (41.51 %)：吞咽有害 [1]
H315 (95.18 %)：引起皮肤刺激 [1]
H319 (95.18 %)：造成严重眼刺激 [1]
H335 (100 %)：可能引起呼吸道刺激 [1]
H411 (10.09 %)：对水生生物有毒并具有长期持续影响[1]
禁止用于炸药
硫酸铵在 169 °C 熔化并在熔化后立即开始分解，会分解成氨和硝酸，并且酸性添加剂会破坏硫酸铵的稳定性，具有爆炸性，研究报道硫酸铵涉及很多大型事故和恐怖爆炸事件。[20]在 20 世纪 70 年代初的运动高峰期，英国政府颁布了禁止在北爱尔兰销售纯硫酸铵的禁令。[28]
毒性
人体接触和毒性：在人体中，硫酸铵会对肺部，产生轻微的影响，主要症状为呼气流量降低、肺流动阻力和动态肺顺应性降低。硫酸铵具有相对较低的急性毒性（大鼠口服LD50：2000 - 4250 mg/kg bw；LD50 皮肤：大鼠/小鼠 > 2000 mg/kg bw；吸入8 小时 LC50：大鼠 > 1000 mg /cm3）。[1]口服暴露后，接近或超过 LD50 值的剂量给药后立即出现蹒跚、虚脱、冷漠、呼吸困难和不规则。[1]
健康危害
如果大量摄入可能会导致利尿（排尿增加），接触硫酸铵可能对皮肤和眼睛造成轻微的刺激。[1]
个人预防措施：使用个人防护设备，避免粉尘形成。避免吸入蒸气、烟雾或气体。确保充分通风以及避免吸入灰尘。[1]
消防
硫酸铵本身不燃烧，硫酸铵在水溶液中呈酸性，当向熔融的亚硝酸钾中加入少量硫酸铵时，会发生剧烈的反应并伴有火焰。硫酸铵与硝酸钾、亚硝酸钾、氯酸钾等氧化剂混合可能爆炸。[1]可根据当地情况和周围环境采取不同的灭火措施，必要时佩戴自给式呼吸器救火。[1]
储存
参考资料 29
- Ammonium Sulfate — pubchem
- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- 参考 12
- Ammonium Compounds — Wiley Online Library
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18
- 参考 19
- 参考 20
- 参考 21
- 参考 22
- 参考 23
- 参考 24
- 参考 25
- 参考 26
- 参考 27
- 参考 28
- 参考 29