硫酸铵的生产方法主要有哪些？

【背景及概述】^[1][2][3]

硫酸铵化学式为(NH₄)₂SO₄，简称硫铵。为无色斜方晶体，密度1.769g/cm³(20℃)，熔点为146.9℃，易溶于水，溶解度为70.6g/100ml(0℃)，溶液呈酸性；封闭加热时熔点为513℃，敞开加热至100℃时开始分解成酸式硫酸铵。硫酸铵是氮肥工业主要产品，也是焦化厂焦炉煤气净化产品之一。用饱和器法回收焦炉煤气中的氨，制成硫酸铵，是焦化厂的传统生产方法。产品为粉状结晶，容易结块。20世纪60年代以来，焦化厂改用酸洗塔法生产硫酸铵。制成的硫酸铵为大颗粒结晶，不易结块。农业用硫酸铵一级品含氮量大于21%，水分小于0.5%，游离酸小于0.08%。硫酸铵除用作肥料外，还用作化工、染织、医药、皮革等工业的原料和化学试剂。硫酸铵是中国农村使用最早的化肥，性能稳定，运输贮藏都较方便，含氮量高，肥效也好。试验表明，1公斤硫酸铵相当3公斤豆饼或30～40公斤人粪尿，每施用硫酸铵1公斤可使水稻增产3.5公斤，小麦2～4公斤，棉花1～2.5 公斤，玉米6～8公斤。但硫酸铵是酸性肥料，当铵被作物吸收后残留的硫酸根能使土壤增加酸性，而且长期施用会造成土壤板结，影响作物生长。因此，宜与有机肥料配合使用。长期施用硫酸铵应加施适量石灰以中和土壤的酸性。硫酸铵在贮存或施用时，都不宜与碱性肥料（如草木灰、石灰氮等）或碱性物质如石灰等接触或混用，使用前后要相隔3～5天。硫酸铵在工业上常用作炸药、纺织物防火剂等。现在全世界硫酸铵年产量1 300万吨，大部分用作肥料。

【理化性质】^[2]

1）硫酸铵为无色或白色略带浅黄色小粒结晶，因含杂质其颜色呈灰色甚至黄褐色。相对密度1.77，235℃分解。有吸湿性，吸湿后固结成块。

2）硫酸铵水溶液呈酸性。

3）硫酸铵易溶于水，溶解时吸热，不溶于醇、丙酮和氨。易受热分解。

【质量标准】^[1]

GB535-83：

【热分解】^[3]

将硫酸铵在250 ℃、300 ℃、400 ℃下恒温热分解0.5h 后的残余物分别进行红外光谱分析，结果可见随着温度升高，(NH₄)₂SO₄热分解先产生HSO4-， 继而产生S₂O2^-7。由此，可假设(NH₄)₂SO₄ 的热分解机理包括以下三步反应：

总反应为：

【生产】^[4][5]

硫酸铵的生产方法主要有：

1. 中和法：氨和硫酸在饱和结晶器（真空或常压下)内反应，生成硫酸铵结晶，用离心机分离，滤饼经干燥后即得产品，母液返回饱和结晶器。该反应为强放热反应，反应热用来蒸发由硫酸带入或有意加入的水，以控制温度。在常压饱和结晶器里，可向反应物料中鼓入大量空气，以移去反应热。用硫酸洗涤焦炉气或煤气中的氨制取硫酸铵的方法，也属于中和法。

2. 石膏法：天然石膏或副产石膏与碳酸铵溶液进行反应，生成碳酸钙沉淀和硫酸铵溶液，经过滤分离出碳酸钙。硫酸铵溶液蒸发结晶，用离心机过滤，滤饼经干燥即得产品，母液返回蒸发器。在缺少硫资源、但有天然或副产石膏资源的地区，此法可解决硫酸铵生产中硫的资源，副产碳酸钙能用于生产水泥等。缺点是能耗高。从己内酰胺等生产中副产的硫酸铵母液，如果需要制成固体产品，其方法与此法的后段工序相同。

经过滤、分离、浓缩可得晶体产品。副产品可用于制造水泥。该法缺点是耗能高。

3. 从硫酸生产的尾气中回收二氧化硫制硫酸铵：用氨水洗涤含二氧化硫的尾气，生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵溶液，然后将此溶液用硫酸酸化，放出的二氧化硫经液化制取液体二氧化硫产品，或返回硫酸厂制酸，剩下的浓硫酸铵溶液经蒸发结晶干燥得产品。

【应用】^[4][5]

硫酸铵是一种常用的速效氮肥，俗称肥田粉。适用于一般作物，可作追肥、基肥和种肥。不可与碱性肥料、草木灰等混合使用。对于酸性土壤，应与石灰配合（非混合）施用。硫酸铵还可用作医药的盐析作用，食品酱色的催化剂，酸性染料的助染剂，皮革的脱灰剂、鞣化剂，也是制备双氧水的原料。

【主要参考资料】

[1] 中国冶金百科全书·炼焦化工

[2] 科学技术社会辞典·化学

[3] 刘科伟; 陈天朗. 硫酸铵的热分解. 化学研究与应用, 2002, 14.6: 737-738.

[4] 中国成人教育百科全书·化学·化工

[5] 中国大百科全书（化工卷）