背景及概述[1]
近年來(lái)，隨著燈泡工業(yè)的迅速發(fā)展，原有的燈用消氣劑紅磷、鋯鋁等已不能滿足現(xiàn)有燈泡生產(chǎn)需要，從而開(kāi)發(fā)了新的消氣劑，疊氮化鋇就是其中之一。特別是改革開(kāi)放以來(lái)，由國(guó)外引進(jìn)的汽車燈生產(chǎn)線和110V啟輝器生產(chǎn)線等燈泡生產(chǎn)線都要使用疊氮化鋇消氣劑，因此有必要研究了解該消氣劑的特點(diǎn)和使用方法，推廣應(yīng)用范圍。
疊氮化鋇亦稱“氮化鋇”?；瘜W(xué)式Ba3N2。亮黃色晶體。真空下沸點(diǎn)1000℃，相對(duì)密度4.783。在水中分解成氫氧化鋇和氨氣。疊氮化鋇作為一種新型的，性能優(yōu)越的燈用消氣劑被越來(lái)越多的光源生產(chǎn)廠家采用而替代傳統(tǒng)的消氣劑。更為突出的是，近年來(lái)，由臺(tái)灣、韓國(guó)引進(jìn)的汽車泡生產(chǎn)線，110V起輝器生產(chǎn)線，以及部份節(jié)日泡、裝飾泡生產(chǎn)線等都要使用疊氮化鋇作為消氣劑，且用量與日俱增。國(guó)內(nèi)使用的疊氮化鋇全部依賴進(jìn)口，而且由于它屬危險(xiǎn)品，并不是由國(guó)家外貿(mào)機(jī)構(gòu)統(tǒng)一進(jìn)口的，故而給使用單位造成很大困難。
特點(diǎn)及消氣原理[2]
晶體結(jié)構(gòu)為菱型單斜晶系，通常市售的疊氮化鋇帶分子結(jié)晶水，它的一水化合物(Ba(N3)2·H2O)外觀為白色結(jié)晶體，比重2.94，易溶于水，在水中溶解度為162g/L((55±5)℃)。若加溫不經(jīng)熔融就會(huì)脫水而轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)水物。無(wú)水物也是白色晶體，常溫下，在真空中也不分解，如在金屬板上急熱，只著火而不爆炸，對(duì)沖擊、摩擦比較遲純。加熱到102℃開(kāi)始分解產(chǎn)生氮?dú)?，反?yīng)式為：
繼續(xù)加熱則Ba3N2進(jìn)一步分解，反應(yīng)式為：
在空氣中，游離出來(lái)的金屬鋇則迅速生成氧化鋇或氫氧化鋇、碳酸鋇等。在燈中N2可作保護(hù)氣體，Ba參與以下反應(yīng)得到不同的反應(yīng)產(chǎn)物，即起到消氣作用：
H2O和CO為還原性氣體，易使燈的某些金屬表面的氧化物還原，以鉬為例：
新產(chǎn)生的H2O和CO2又可被游離鋇還原，所以用鋇消氣劑的燈，通電后其鉬絲要比不用該消氣劑清潔得多，從而獲得更長(zhǎng)的使用壽命。與以往使用的消氣劑紅磷相比，疊氮化鋇有許多優(yōu)點(diǎn)，首先是使用方便，球磨后即可使用，其次就是其吸氣是在燈燃過(guò)程中，易隨時(shí)吸收泡內(nèi)釋放的反應(yīng)性氣體，如O2、CO2、H2O等，而紅磷吸氣作用時(shí)間短，僅在最初蒸發(fā)時(shí)間內(nèi)起去除氧氣和水氣的作用。
再就是制成的燈炮玻殼清潔透明，光通維持率高，而紅磷會(huì)使玻殼帶有微黃色，玻殼欠透明。另外，在雨季空氣潮濕的情況下，紅磷會(huì)轉(zhuǎn)變成H3PO4，粘在燈泡上制成燈后，當(dāng)燈通電時(shí)，磷酸與燈絲起化學(xué)反應(yīng)，形成磷酸鎢或其它磷酸鹽，造成燈絲發(fā)脆。由此可見(jiàn)，使用鋇消氣劑無(wú)論是外觀還是對(duì)燈內(nèi)在質(zhì)量的提高都是有益的。
應(yīng)用[2]
疊氮化鋇屬非蒸散型消氣劑，主要用于各種充氣白熾燈，如普通照明燈、紅外線燈、儀器燈、照相、聚光、攝影燈以及汽車、拖拉機(jī)、摩托車燈等的生產(chǎn)，也可以作為自鎮(zhèn)流高壓汞燈外殼的消氣劑，110V熒光燈起輝器用疊氮化鋇作為電子發(fā)射材料兼有消氣作用。在汽車燈生產(chǎn)中，因反應(yīng)溫度低等原因，使用疊氮化鋇消氣劑比鋯鋁消氣劑更理想，普泡生產(chǎn)中，取代紅磷可避免其濺射而造成的污點(diǎn)。
充氣白熾燈所用疊氮化鋇其純度不小于94%，疊氮化鋇、粘結(jié)劑和蒸餾水用量比約5∶1∶2，一次配料不能太多，這是由于N3-在含水溶液中久存易氧化而減效；球磨時(shí)間依據(jù)疊氮化鋇和粘結(jié)劑粗細(xì)而定。用拇指和食指蘸上漿液相對(duì)摩擦無(wú)顆粒感時(shí)，可停止球磨。110V熒光燈啟輝器所用疊氮化鋇純度要求在99%以上，因不加粘結(jié)劑，調(diào)整用水或用酒精，球磨時(shí)間要適當(dāng)延長(zhǎng)，以獲得更細(xì)粉粒，使得溶液蒸發(fā)后粉料不致剝落。
疊氮化鋇消氣劑主要是在燈點(diǎn)燃后才起消氣作用，所以燈絲上還需要蘸上少量紅磷消氣劑。由于疊氮化鋇在分解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氮?dú)?，真空的白熾燈不宜用疊氮化鋇作消氣劑，以免產(chǎn)生“跳電”，疊氮化鋇的大量分解溫度范圍在210～310℃，可見(jiàn)其激活溫度較低，通常燈泡排氣的烘箱溫度調(diào)整在360～380℃，使涂刷的疊氮化鋇部分分解；可由其白色轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑蚧液稚珌?lái)判斷，如果仍然為白色則說(shuō)明溫度太低，要調(diào)高排氣溫度。
普泡在抽真空到1.3Pa時(shí)，一個(gè)燈泡中殘留的反應(yīng)性氣體的物質(zhì)的量約2×10-8mol，即需消耗疊氮化鋇0.01mg，再考慮燈泡材料放氣，其數(shù)量即使是反應(yīng)性氣體的幾倍也是很微小的，在實(shí)際生產(chǎn)中，白熾燈約消耗2mg疊氮化鋇，大大超過(guò)實(shí)際需要的量，0.1kg便可用來(lái)配產(chǎn)5萬(wàn)支燈泡。金屬疊氮化物是一類不穩(wěn)定的化合物，易分解，分解時(shí)產(chǎn)生氣體，體積急劇膨脹可導(dǎo)致爆炸，其爆炸危險(xiǎn)性以下列順序遞增：疊氮化鈉※疊氮化銨※疊氮化鋇※疊氮化鐵※疊氮化銅※疊氮化鉛。
生產(chǎn)過(guò)程中及配制疊氮化鋇漿液時(shí)嚴(yán)禁使用鐵、銅、鉛等金屬器具，以防生成敏感易爆的疊氮化物，有些雜質(zhì)還會(huì)降低疊氮化鋇的消氣能力。疊氮化鋇系易燃物品，要防止跌落和劇烈沖擊，在配漿液的工作場(chǎng)所中嚴(yán)禁吸煙和動(dòng)用明火。疊氮化鋇有毒，不可入口，操作完畢后應(yīng)及時(shí)清洗干凈，操作工序應(yīng)有排塵防毒規(guī)范。疊氮化鋇因其優(yōu)點(diǎn)正得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用。
制備[3]
一種疊氮化鋇的生產(chǎn)工藝，各成分的重量比，疊氮化鈉∶氫氧化鈉∶硫酸溶液∶氫氧化鋇=1∶0.33∶6∶2.4，其生產(chǎn)工藝分(1)取疊氮化鈉和氫氧化鈉，(2)安裝上滴液漏斗和冷凝器，冷凝器和二口燒瓶連接，(3)滴加40%的硫酸溶液，溫度達(dá)105℃時(shí)，停止加熱蒸餾，(4)繼續(xù)攪拌，(5)過(guò)濾，(6)母液濃縮或進(jìn)行重結(jié)晶，得疊氮化鋇，(7)真空低溫干燥；(8)過(guò)篩，(9)測(cè)定后包裝。具有工藝簡(jiǎn)單優(yōu)越，產(chǎn)品性能可靠等特點(diǎn)。
具體步驟為：取15克疊氮化鋇和5克氫氧化鈉裝入250毫升三口蒸餾燒瓶中用100毫升水溶解，安裝上滴液漏斗和冷凝器，冷凝器的一端用接頭和帶攪拌的500ml二口燒瓶連接，該燒瓶中含36克的氫氧化鋇(8個(gè)結(jié)晶水的)和200毫升水，對(duì)上述的三口燒瓶加熱，使疊氮化鈉、氫氧化鈉的溶液沸騰，接著就滴加40％的硫酸溶液90毫升，繼續(xù)加熱蒸餾到待三口蒸餾燒瓶?jī)?nèi)溶液溫度達(dá)到105℃時(shí)，停止加熱蒸餾，將二口燒瓶中的溶液繼續(xù)攪拌10分鐘后過(guò)濾可得到無(wú)水疊氮化鋇，母液用帶水冷卻的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮，可得到一水合疊氮化鋇，將上述的無(wú)水疊氮化鋇和一水合疊氮化鋇分別進(jìn)行真空低溫干燥；100目過(guò)篩，得到總的疊氮化鋇25.4克。
主要參考資料
[1] 化合物詞典
[2] 疊氮化鋇消氣劑及其應(yīng)用
[3] CN96117183.9疊氮化鋇的生產(chǎn)方法