浓
硝酸(Concentrated Nitric Acid)通常是指质量分数为65%-69%的硝酸
水溶液。浓硝酸外观为淡黄色、红褐色透明液体,易溶于水。
公元8世纪,阿拉伯炼金术士
(Habir ibn Hayyan)在干馏
时发现并制得
,这是人类关于硝酸最早的记录。1905年,
出现电弧法生产硝酸的工厂,是历史上最早的硝酸工业化尝试。11913年,合成氨问世,氨氧化发生产硝酸开始进入工业化阶段,该方法是世界上生产硝酸的主要方法。1965年,美国Hercules Powder公司首先开发了工业规模的
硝酸镁浓缩工艺技术,中国于1964年开发了相近工艺。1980年起,中国国内
硝酸产业的发展开始加速,总产量每年以10%~15%的速度增长。2000年后,中国的硝酸工业进入高速发展期,年总产量以高于18%的速度快速增长。
浓硝酸是国防工业和
化学工业的重要原料,广泛用于硝酸磷肥、矿山炸药、化学纤维及
均聚物的生产。浓硝酸的蒸汽对眼睛、呼吸道等的黏膜和皮肤有强烈刺激性,对牙齿具有腐蚀性,腐蚀可达到皮肤相当深部,如进入咽部,对口腔以下的消化道可产生强烈的腐蚀性烧伤,严重时发生休克致死。
历史沿革
公元8世纪,阿拉伯炼金术士
贾比尔·哈扬(Habir ibn Hayyan)在干馏
硝石的时候发现并制得了
硝酸,这是人类关于硝酸最早的记录。1905年,
挪威出现了电弧法生产硝酸的工厂,这是历史上最早的硝酸工业化尝试。1908年,
德国建成了以铂网为催化剂的
日产汽车公司能力3t的硝酸厂。1913年,合成氨问世,氨氧化发生产硝酸开始进入工业化阶段,该方法是世界上生产硝酸的主要方法。
中国于1935年在中国化学家
侯德榜的领导下,建成了第一座兼产合成氨、硝酸、硫酸和
硫酸铵的联合企业——永利宁厂(现南京化学工业公司),并于1937年第一次生产出优质的硝酸。1949年,中国的
硝酸生产企业只有两家,年产量仅4200t。1952至1958年间,
中原地区先后在
吉林省、
兰州市、
太原市等地建成了综合法硝酸装置。直接合成浓硝酸的工艺流程有早期的霍科(Hoko法),20世纪60年代末出现了考尼亚(Conia)、萨拜(Sabar)、
住友(Sumitomo)等法。1965年,美国Hercules Powder公司首先开发了工业规模的
硝酸镁浓缩工艺技术,中国于1964年开发了相近工艺。
1980年起,中国国内
硝酸产业的发展开始加速,总产量每年以10%~15%的速度增长。特别是20世纪90年代后期,中国的硝酸工业进入蓬勃发展时期,总产量年增速达到15%~20%。1999年,西安陕鼓动力股份有限公司成功研制出中国第一套“四合一”机组,并应用于云南云峰化学工业公司,从此加快了中国硝酸双加压工艺国产装备向国际先进水平进军的步伐。
2000年后,中国的硝酸工业进入高速发展期,年总产量以高于18%的速度快速增长。“十五”计划期间,中国
硝酸的生产发展较快。2002年,中国浓硝酸产量(规模以上企业,折100%含量计算)突破100万t,达到102.06万t,2005年增长到156.97万t,比2000年增长90.3%,“十五”计划期间年均增长率高达13.7%,比“九五”计划期间平均年均增长率提高5.4个百分点。2007年11月,中国第一套在满负荷生产条件下实现副产蒸汽自足,还能富余外供蒸汽的国产化双加压法硝酸装置在
新乡市永昌化工有限责任公司诞生,标志着中国自己研制的国产硝酸装置完全能够替代进口,中国国内的硝酸工业摆脱了对进口装备的依赖。2010年,中国
硝酸产能9600kt,产量7923kt(实物量),浓硝酸产量2356kt。
理化性质
物理性质
浓硝酸是外观为淡黄色、红褐色透明液体,易溶于水。含有HNO386%以上的浓硝酸被称为
发烟硝酸(fuming nitric acid),是溶有适量
二氧化氮(6~15%)的
红棕色溶液。65%~69%HNO3为浓硝酸,
沸点为121℃。一般工业浓硝酸的相对密度为1.52。
化学性质
有强腐蚀性、强氧化性。遇水能
混溶,遇
空气能冒烟,遇
松节水能燃烧,遇强
还原剂能爆炸,遇
氰化物能产生剧毒气体。
酸的通性
浓
硝酸通常是指质量分数为69%的硝酸
水溶液,而硝酸作为常见
无机酸之一,具有酸的通性,即酸的水溶液具有酸味、酸可使蓝色石蕊试纸变红、和碱反应生成盐和水(中和反应)。
不稳定性
浓硝酸在常温下见光容易分解,受热时分解更快,其
化学方程式如下:
硝酸越浓越容易分解,因此为了防止浓硝酸分解,应将其盛在褐色瓶里,存放在阴凉处。
强氧化性
浓硝酸具有强氧化性,几乎能跟所有的金属(除Pt、Au等外)或非金属发生
氧化还原反应,其化学方程式如下:
此外,铝、铁等在冷浓
硝酸中会发生钝化,因为金属表面被氧化生成一层致密的
氧化物薄膜,组织了铁、铝跟硝酸进一步反应。所以可用铁、铝制的容器装盛浓硝酸。浓硝酸和浓盐酸的
混合物(体积之比为1:3)叫做
王水。它的氧化能力更强,能溶解金、铂等金属。
应用领域
浓硝酸是国防工业和
化学工业的重要原料,广泛用于硝酸磷肥、矿山炸药、化学纤维及
均聚物的生产。浓硝酸可供制王水
硝酸盐,以及
硝化甘油、
硝化纤维素、
1-溴-2-硝基苯等还可用于生产
染料中间体及合成革等。
制备方式
浓硝酸制备通常有间接法和直接法。间接法是在
硝酸中加入脱水剂并经浓缩制成浓硝酸。直接法则是将氮氧化物、氧和水直接合成。另外,尚有采用氨氧化、超共沸生产和精馏的浓硝酸生产方法。
直接合成浓硝酸的工艺流程有早期的霍科(Hoko法),20世纪60年代末出现了考尼亚(Conia)、萨拜(Sabar)、
住友(Sumitomo)等法。直接法的工艺过程包括氨的接触氧化、氮氧化物气体的冷却和过量水的排出、
一氧化氮的氧化、冷凝生成液态N2O4、N2O4合成硝酸,其主要反应方程式如下:
2N2O4(1)+O2(g)+2N2O(1)=4HNO3,ΔH=-78.9kJ/
摩尔由
硝酸间接生产浓硝酸是借助于脱水剂,通过精馏取得,工业上采用的有
硫酸法和
硝酸镁法。其中浓硫酸法是将稀硝酸与浓硫酸混合,经
蒸馏制取质量分数为97%的HNO3,稀硫酸(72%H2SO4)供加工为
硫酸铵用。而硝酸镁法是将浓硝酸镁溶液加入稀硝酸中,便立即吸收硝酸中的水分,经萃取蒸馏可制取浓硝酸产品。
安全事宜
存储运输
存放浓硝酸的容器应为铝制,输送浓硝酸可采用装有铝罐的槽车。硝酸应存储与阴凉、通风的库房。库温不超过30℃,相对湿度不超过85%。保持密封。应与碱类、胺类、
碱金属、易
可燃物分开存放,切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。
应急处理
皮肤接触:脱去被污染的衣物并用大量清水冲洗15分钟,然后就医。
眼睛接触:立即提起眼睑,用大量清水或
生理盐水冲洗15分钟,然后就医。
吸入:迅速离开现场至空气清新处,保持呼吸道畅通,如果呼吸困难则应给输氧,如果停止呼吸怎应立即进行人工呼吸并就医。
食入:用水漱口,饮食牛奶或蛋清,就医。
健康危害
浓硝酸蒸气对眼睛、呼吸道等的黏膜和皮肤有强烈刺激性。蒸气浓度高时可引起
肺水肿。对牙齿具有腐蚀性。皮肤沾上可引起灼伤,腐蚀而留下疤痕,浓硝酸腐蚀可达到相当深部。如进入咽部,对口腔以下的消化道可产生强烈的腐蚀性烧伤,严重时发生休克致死。人在低于30mg/m3左右时未见明显损害。吸入可引起
肺炎。浓硝酸有爆炸危险,助燃,与
可燃物混合会引起爆炸。