六氟化硫

六氟化硫（sulfur hexafluoride）是一種無色、無臭、無毒、不燃的穩定氣體，化學式SF₆它的分子量為146.07，在20℃和0.1 MPa時密度為6.1kg/m³，約為空氣密度的5倍。六氟化硫在常溫常壓下為氣態，其臨界溫度為45.6℃，三相點溫度為-50.8℃，常壓下升華點溫度為-63.8℃。六氟化硫分子結構呈八面體排布，鍵合距離小、鍵合能高，因此其穩定性很高，在溫度不超過180℃時，它與電氣結構材料的相容性和氮氣相似。

基本介紹

• 中文名：六氟化硫
• 英文名：sulfur hexafluoride
• 化學式：SF6
• 分子量：146.05
• CAS登錄號：2551-62-4
• EINECS登錄號：219-854-2
• 熔點：-62℃
• 沸點：-51℃
• 水溶性：微溶
• 密度：6.0886kg/立方米
• 外觀：無色氣體
• 摩爾質量：146.05

簡介

SF₆氣體已有百年歷史，它是法國兩位化學家Moissan和Lebeau於1900年合成的人造惰性氣體，1940年前後，美國軍方將其用於曼哈頓計畫（核軍事）。

SF₆是強電負性氣體，它的分子極易吸附自由電子而形成質量大的負離子，削弱氣體中碰撞電離過程，因此其電氣絕緣強度很高，在均勻電場中約為空氣絕緣強度的2.5倍。SF₆氣體在t≈2000K時出現熱分解高峰，因此在交流電弧電流過零時，SF₆對弧道的冷卻作用比空氣強得多，其滅弧能力約為空氣的100倍。由於SF₆氣體具有優良的滅弧性能和絕緣性能以及良好的化學穩定性，它從20世紀50年代末開始被用作高壓斷路器的滅弧介質。在超高壓和特高壓斷路器中，SF₆作為滅弧介質，已取代油，並已大量取代了壓縮空氣。

從60年代中期起，SF₆被廣泛用作高壓電氣設備的絕緣介質。SF₆氣體絕緣的全封閉開關設備比常規的敞開式高壓配電裝置占地面積小得多，且其運行不受外界氣象和環境條件的影響，因此不僅廣泛用於超高壓和特高壓電力系統，而且已開始用於配電網路(SF₆氣體絕緣的開關櫃和環網供電單元)。SF₆氣體絕緣的管道輸電線的優點是介質損耗小、傳輸容量大，且可用於高落差場合，因此常用於水電站出線，取代常規的充油電纜。SF₆氣體絕緣的變壓器具有防火防爆的優點，這種配電變壓器特別適用於人口稠密的地區和高層建築的供電。SF₆氣體絕緣的超高壓變壓器已研製成功，全氣體絕緣變電所將是變電技術發展的一個方向。

化學性質

化學性質穩定。微溶於水、醇及醚，可溶於氫氧化鉀。不與氫氧化鈉、液氨及鹽酸起化學的反應。300℃以下乾燥環境中與銅、銀、鐵、鋁不反應。500℃以下對石英不起作用。250℃時與金屬鈉反應，-64℃時在液氨中反應。與硫化氫混合加熱則分解。200℃時，在特定的金屬如鋼及矽鋼存在下，能促使其緩慢分解。

物性數據

1、性狀：無色無味氣體。

錫紙漂浮在六氟化硫氣體上

2、熔點（℃）：-51

3、沸點（℃）：-64（升華）

4、相對密度（水=1）：1.67（-100℃）

5、相對蒸氣密度（空氣=1）：6.602

6、飽和蒸氣壓（kPa）：2450（25℃）

7、臨界溫度（℃）：45.6

8、臨界壓力（MPa）：3.76

9、辛醇/水分配係數：1.68

10、溶解性：微溶於水，溶於乙醇、乙醚

11、汽化熱（Kg/mol）：23.59（升華熱）

12、熔化熱（Kg/mol）：5.82

13、黏度（mPa·s，氣體）：0.01576

14、黏度（mPa·s，液體）：0.277

15、折射率（氣體）：1.000783

編號系統

CAS號：2551-62-4

MDL號：MFCD00011447

EINECS號：219-854-2

RTECS號：WS4900000

毒理學數據

1、急性毒性：兔子靜脈注射LD50：5790mg/kg。

2、六氟化硫是一種窒息劑，在高濃度下會呼吸困難、喘息、皮膚和黏膜變藍、全身痙攣。 吸入80%六氟化硫+20%的氧氣的混合氣體幾分鐘後，人體會出現四肢麻木，甚至窒息死亡 。我國規定，操作間空氣中六氟化硫氣體的允許濃度不大於6g/m³或空氣中氧含量應大於18%；短期接觸，空氣中六氟化硫氣體的允許濃度不大於7.5g/m³。六氟化硫在藥理上是惰性氣體，低毒但對人體有窒息作用。在生活或使用過程中會分解一些痕量的有毒硫的低氟化合物和氟氧化合物。

3、急性毒性LD50：5790mg/kg（兔靜脈）。

製備

1、直接合成法 經淨化後的氟（含HF≤0．5%）和硫反應生成六氟化硫及少量的S₂F₁₀、SF₄、SF₂和S₂F₂。經水洗、鹼洗除去絕大部分雜質氣體，再經熱解爐分解S₂F₁₀成SF₆和SF₄（300～350℃），然後經鹼洗進一步除去雜質，淨化後的SF₆氣體經矽膠及分子篩乾燥器乾燥後，製得六氟化硫產品。

將硫、二氯化硫、一氯化硫、二硫化碳或硫化氫等加入到無水氟化氫中，以鎳為陽極進行電解即可製得六氟化硫。或氟和硫直接反應製備六氟化硫。還可以金屬氧化物為催化劑於300℃下用空氣氧化四氟化硫，或者在500～2000℃使氟化硫熱解。

2、以長約300mm直徑25mm的鎳管為反應器，將盛有硫粉的鎳舟置於其中，反應管與一石英阱連線，石英阱以液態氧冷卻。裝置的末端與一裝有新脫水的KF的鐵制乾燥管相連，以隔離空氣中的濕氣。硫在氟氣流中燃燒，生成的產物凝聚在冷阱中。隨後進行純化，使產物氣化並通過10%的KOH熱溶液（不用NaOH）洗滌除去其中的雜質（HF，SF₂，SF₄，SOF₂，S₂F₁₀）。然後用P₄O₁₀乾燥產物氣體，並在室溫下通過活性炭除去S₂F₁₀。

3、使SO₂在過量的F₂中燃燒可生成SF₆。反應溫度約650℃，產物在冷阱中凝聚，其中除SF₆外主要雜質是SO₂F₂。純化時將其通過裝有水和熱的10%KOH溶液的洗滌瓶，最後用P₄O₁₀乾燥。

4.元素氟和硫直接反應法。

直接電解法　將硫、二氯化硫、一氯化硫、二硫化碳或硫化氫等加入到無水氟化氫中，以鎳為陽極進行電解即可製得六氟化硫。用硫化氫與無水氫氟酸電解時，以鎳作極，鐵作陰極，溫度為－10～20℃，電壓為7～20V。電解產物應除去雜質;催化氧化法　金屬氧化物為催化劑，於300℃下，用空氣氧化四氟化硫，該法缺點是收率過低。

熱解法，在500～2000℃使SF₄熱解，但該法的轉換率及收率皆低，採用微波放電分解SF₄亦可。氟化鈷法　將硫磺或其他硫化物在三氟化鈷和二氯化鈷存在下與過量氟作用以製備六氟化硫。二氧化硫與氟燃燒法。聯產法　氯氟代甲烷和六氟化硫聯產，氟化碳（COF₂）與六氟化硫聯產。

作用用途

1、新一代超高壓絕緣介質材料。作為良好的氣體絕緣體，被廣泛用於電子、電氣設備的氣體絕緣。電子級高純六氟化硫是一種理想的電子蝕刻劑，廣泛套用於微電子技術領域，用作電腦晶片、液晶屏等大型積體電路製造中的等離子刻蝕及清洗劑。在光纖製備中用作生產摻氟玻璃的氟源，在製造低損耗優質單模光纖中用作隔離層的摻雜劑。還可用作氮準分子雷射器的摻加氣體。在氣象、環境檢測及其他部門用作示蹤劑、標準氣或配製標準混合氣。在高壓開關中用作滅弧和大容量變壓器絕緣材料。也可用於粒子加速器及避雷器中。利用其化學穩定性好和對設備不腐蝕等特點，在冷凍工業上可用作冷凍劑（操作溫度－45~0℃之間）。由於對α粒子有高度的停止能力，還用於放射化學。此外還作為一種反吸附劑從礦井煤塵中置換氧。

2、可用於有色金屬的冶煉和鑄造工藝，也可用於鋁及其合金熔融物的脫氣和純化。在微電子業中，可用六氟化硫蝕刻矽表面並去除半導體材料上的有機或無機膜狀物，並可在光導纖維的製造過程中，作為單膜光纖隔離層摻雜劑。加有六氟化硫的電流遮斷器額定電壓高，且不易燃燒，另外，六氟化硫還用於各種加速器、超高壓蓄電器、同軸電纜和微波傳輸的絕緣介質。目前六氟化硫是套用較為廣泛的測定大氣污染的示蹤劑，示蹤距離可達100km。六氟化硫化學穩定性好，對設備不腐蝕，在冷凍工業中可作為冷凍劑(操作溫度在-45～0℃之間)，作製冷劑替代氟利昂，對臭氧層完全沒有破壞作用，符合環保和使用性能的要求，是一種很有發展潛力的製冷劑。用作電氣絕緣介質和滅弧劑，測定大氣污染程度的示蹤劑。

3、主要用於高壓開關中滅弧，在大容量變壓器和高壓電纜中作為絕緣材料使用。可在核粒子加速器及避雷器X射線設備中作為氣體的絕緣材料，利用SF₆化學穩定性好，對設備不腐蝕，在冷凍工業中可作為冷凍劑（操作溫度在－45～0℃之間），SF₆對α-粒子有高度的停止能力，故在放射化學中也有套用；也可作為一種反吸附劑從礦井煤塵中置換氧。

4、用作電子設備和雷達波導的氣體絕緣體。

急救措施

吸入：迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫。

消防措施

危險特性：若遇高熱，容器內壓增大，有開裂和爆炸的危險。

有害燃燒產物：氧化硫、氟化氫。

滅火方法：該品不燃。切斷氣源。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠處。

泄漏應急處理

應急處理：迅速撤離泄漏污染區人員至上風處，並進行隔離，嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿一般作業工作服。儘可能切斷泄漏源。合理通風，加速擴散。如有可能，即時使用。漏氣容器要妥善處理，修復、檢驗後再用。

處置與儲存

操作注意事項：密閉操作，局部排風。操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴過濾式防毒面具（半面罩）。遠離易燃、可燃物。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑接觸。搬運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附屬檔案破損。配備泄漏應急處理設備。

儲存注意事項：儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。應與易（可）燃物、氧化劑分開存放，切忌混儲。儲區應備有泄漏應急處理設備。

運輸信息

包裝方法：鋼質氣瓶

運輸注意事項：鐵路運輸時需經生物試驗證明合格，根據合格證託運。採用剛瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放，並應將瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超過車輛的防護欄板，並用三角木墊卡牢，防止滾動。嚴禁與易燃物或可燃物、氧化劑等混裝混運。夏季應早晚運輸，防止日光曝曬。鐵路運輸時要禁止溜放。

環境影響

雖然六氟化硫本身對人體無毒、無害，但它卻是一種溫室效應氣體，其單分子的溫室效應是二氧化碳的2.2萬倍，是《京都議定書》中被禁止排放的6種溫室氣體之一。

根據IPCC提出的諸多溫室氣體的GWP（全球變暖潛能）指標，六氟化硫的GWP值最大，500年的GWP值為32400，且由於六氟化硫高度的化學穩定性，其在大氣中存留時間可長達3200年。

當今世界六氟化硫的排放量極少，對溫室效應的貢獻相比於二氧化碳而言完全可以忽略；但出於長久的環保和安全考慮，如何合理、正確的回收淨化六氟化硫氣體，是必須解決的問題。

安全信息

危險品標誌：XiIrritant（刺激性物品）

R37 刺激呼吸系統。

S38 通風不良時，須佩戴適當的呼吸器。

危險類別：2.2

危害：Irritant（刺激性物品）

氣體監測

純淨的SF₆氣體雖然無毒，但在工作場所要防止SF₆氣體的濃度上升到缺氧的水平。SF₆氣體的密度大約是空氣的五倍、SF₆氣體如有泄漏必將沉積於低洼處，如電纜溝中。濃度過大會出現使人窒息的危險，設計戶內通風裝置時要考慮到這一情況。
在電弧作用下SF₆的分解物如SF₄，S₂F₂，SF₂，SOF₂，SO₂F₂，SOF₄和HF等，它們都有強烈的腐蝕性和毒性。因此在電力系統GIS等套用SF₆的工作場所，要加裝SF₆氣體泄漏監測設備，SF₆氣體監測的主要方法有一下四種：

1）電化學技術（TGS830、TGS832）費加羅感測器或鹵素氣體感測器。

電化學技術的原理是被檢測氣體接觸到200°C左右高溫的催化劑表面，並與之發生相應的化學反應，從而產生電信號的改變，以此來發現被檢測氣體。電化學技術其成本低、壽命長、結構簡單，可以連續工作的特點。

2）高壓擊穿技術。

電擊穿技術是從SF₆在電力上的典型套用——作為絕緣氣體套用在GIS開關櫃中演變而來的。其工作原理是根據SF₆氣體絕緣的特性，從置於被檢測空氣中的高壓電極間電壓的變化來判斷空氣中是否含有SF₆氣體。因其結構相對簡單，成本低，檢測精度相對高的特點。

3）紅外光譜技術（IAC510）

紅外光譜吸收技術(又稱雷射技術）的原理是SF₆作為溫室氣體，對特定波段的紅外光有很強烈的吸收特性。紅外光譜技術的特點是成本高，結構複雜，靈敏度高，不受環境的影響和干擾，對環境的溫度和濕度的變化所帶來的檢測誤差很小，由於其是採用主動抽取測試點氣體的原理，帶來的效果是發現泄漏早，反應迅速。同時系統結構對工程實施中的布線也帶來了很大的方便。

4）電子捕獲ECD原理

電子捕獲檢測器（electron capture detector)，簡稱ECD。 電子捕獲檢測器也是一種離子化檢測器，它是一個有選擇性的高靈敏度的檢測器，它只對具有電負性的物質，如含鹵素、硫、磷、氮的物質有信號，物質的電負性越強，也就是電子吸收係數越大，檢測器的靈敏度越高，而對電中性（無電負性）的物質，如烷烴等則無信號。

法規信息

《化學危險物品安全管理條例 》（1987年2月17日國務院發布），《化學危險物品安全管理條例實施細則 》（化勞發[1992] 677號），《工作場所安全使用化學品規定》 （[1996]勞部發423號）等法規，針對化學危險品的安全使用、生產、儲存、運輸、裝卸等方面均作了相應規定；

《常用危險化學品的分類及標誌 》（GB 13690-92）將該物質劃為第2.2 類不燃氣體；《車間空氣中六氟化硫衛生標準》（GB 8777-88），規定了車間空氣中該物質的最高容許濃度及檢測方法。