饱和硫化氢水溶液的安全制备装置和方法与流程

本发明涉及煤化工领域，更具体地说，涉及饱和硫化氢水溶液的安全制备装置和方法。

背景技术：

硫酸铵标准(GB535-1995)中硫酸铵的重金属(以Pb计)含量测定时需用到饱和H₂S水溶液，但无具体的制备过程。教科书中H₂S气体制备经典方法是使用启普发生器或制气体的简易装置：把FeS放入启普发生器的球形体内，漏斗里注入稀HCl。需用H₂S时，打开导气管活塞，FeS与稀HCl接触产生H₂S，停止用气时，只需关闭活塞反应即可停止。启普发生器主要解决H₂S气体制备的问题，但是H₂S气体如何收集(溶解或吸收)，如何判定饱和，H₂S气体外溢影响安全等问题并不能解决。

中国专利CN200910102546公开了用粗硫化钙生产轻质碳酸钙联产硫化氢的方法，将粗硫化钙经粉磨后常温下用饱和硫化氢溶液溶出，得到硫氢化钙溶液。清液通入CO₂气体，生成轻质碳酸钙沉淀，并不断产生硫化氢气体，产生的硫化氢气体一部分用来通入滤液制取饱和硫化氢溶液，返回上工序溶出粗硫化钙循环使用，其余送气柜储存。该发明产生的饱和硫化氢含有较多的Ca²⁺、CO₃^2-等杂质，且对是否饱和难以判定。

硫化氢(H₂S)的水溶液叫氢硫酸，是一种弱酸。在20℃时1体积水能溶解2.6体积的H₂S，浓度约为0.1mol/L。H₂S是一种急性剧毒，吸入少量高浓度H₂S可于短时间内致命。H₂S是具有刺激性和窒息性的无色气体。低浓度接触仅有呼吸道及眼的局部刺激作用，高浓度时全身作用较明显，表现为中枢神经系统症状和窒息症状。作业工人中毒并不罕见。

如图1所示现有的一种饱和H₂S水溶液制备装置，该装置的饱和H₂S水溶液制备流程为：

装置按图连接好之后，开启水阀，抽气泵4开始抽气，向反应瓶1中加入一定量的Na₂S试剂，从加入口2滴加H₂SO₄溶液与Na₂S反应产生 H₂S气体，H₂S气体被抽至装有蒸馏水的吸收瓶3中，溶解于其中，直到溶液变浑浊即可停止滴加H₂SO₄，饱和H₂S水溶液制备完毕。

在使用中发现，上述装置存在以下几点不足：

2.1从H₂SO₄溶液加入口和球形抽气泵出口处有大量H₂S气体溢出，虽然是在通风橱中进行反应，但同样存在安全隐患；

2.2吸收瓶中的蒸馏水在反应开始后很快就变浑浊了，随着时间的延长越来越浑浊，但无法判断吸收瓶中的蒸馏水何时能够溶解足够多的H₂S气体并达到饱和程度，因此需要消耗较多的H₂SO₄溶液和Na₂S试剂。

查询相关资料，未见其他饱和H₂S水溶液制备的装置和方法。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供饱和硫化氢水溶液的安全制备装置和方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种饱和硫化氢水溶液的安全制备装置，包括分液漏斗、加酸活塞、抽滤瓶、洗气瓶、醋酸铅指示装置、尾气处理装置、球形抽气泵、水阀。分液漏斗上设有加酸活塞，分液漏斗的底部伸入抽滤瓶中，且使加酸活塞保持在抽滤瓶的外部，抽滤瓶依次连接洗气瓶、醋酸铅指示装置、尾气处理装置，球型抽气阀包括三个出入口，其中一个出入口连接尾气处理装置，另外两个出入口分别为进水口和出水口，进水口上设有水阀。

根据本发明的一实施例，分液漏斗为球形分液漏斗。

根据本发明的一实施例，球形分液漏斗内盛装H₂SO₄溶液，抽滤瓶中盛装Na₂S试剂。

根据本发明的一实施例，H₂SO₄溶液浓度为40％～70％(V/V)。

为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：

一种饱和硫化氢水溶液的安全制备方法，包括：依次连接分液漏斗、抽滤瓶、洗气瓶、醋酸铅指示装置、尾气处理装置、球形抽气泵；其中，分液漏斗上设有加酸活塞，分液漏斗的底部伸入抽滤瓶中，且使加酸活塞保持在抽滤瓶的外部；球型抽气阀包括三个出入口，其中一个出入口连接 尾气处理装置，另外两个出入口分别为进水口和出水口，进水口上设有水阀；打开水阀，球形抽气泵开始抽气，缓慢打开加酸活塞，球形分液漏斗中的H₂SO₄溶液加入到盛装Na₂S试剂的抽滤瓶中。产生的H₂S气体被抽至洗气瓶中，被其中的蒸馏水溶解吸收；不能被吸收的H₂S气体经醋酸铅棉指示装置，当醋酸铅棉花完全变黑产生PbS黑色沉淀，表示反应可以停止。尾气进入尾气处理装置，其中的少量未溶解和与醋酸铅[Pb(CH₃COO)₂]反应的H₂S气体被溶有NaOH的溶液化学吸收。饱和H₂S水溶液制备完成。此装置放于通风橱内使用，用H₂S气体报警仪对装置是否有H₂S气体外溢进行检查。

根据本发明的一实施例，分液漏斗为球形分液漏斗。

根据本发明的一实施例，球形分液漏斗内盛装H₂SO₄溶液，抽滤瓶中盛装Na₂S试剂。

根据本发明的一实施例，H₂SO₄溶液浓度为40％～70％(V/V)。

在上述技术方案中，本发明的饱和硫化氢水溶液的安全制备装置和方法旨在解决硫酸铵(GB535-1995)的重金属(以Pb计)含量测定时需用到饱和H₂S水溶液试剂的制作，并有饱和H₂S水溶液制备完成与否的终点指示，提高H₂S水溶液的制作的安全性，消除H₂S对分析人员的危害。

附图说明

图1是现有的硫化氢水溶液的制备装置的结构示意图；

图2是本发明饱和硫化氢水溶液的安全制备装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明公开一种饱和硫化氢水溶液的安全制备装置及其制备方法，根据H₂S的性质，利用常见的玻璃仪器组装成一种反应-吸收-指示-尾气处理的装置，如图2所示：依次由球形分液漏斗5、加酸活塞6、抽滤瓶7、洗气瓶8、醋酸铅指示装置9、尾气处理装置10、球形抽气泵11、水阀12等连接而成，并配有硫化氢报警仪。

如图2所示，分液漏斗5上设有加酸活塞6，分液漏斗5的底部伸入抽滤瓶7中，且使加酸活塞6保持在抽滤瓶7的外部，抽滤瓶7依次连接洗气瓶8、醋酸铅指示装置9、尾气处理装置10。球型抽气阀11包括三个出入口，其中一个出入口连接尾气处理装置10，另外两个出入口分别为进水口和出水口，进水口上设有水阀12。

此外，本发明的饱和硫化氢水溶液的安全制备方法为：

打开水阀12，球形抽气泵11开始抽气，缓慢打开加酸活塞6，球形分液漏斗5中的H₂SO₄溶液加入到盛装Na₂S试剂的抽滤瓶7中。

本发明选用H₂SO₄主要是挥发性小，H₂SO₄浓度为40％～70％(V/V)，优选的是50％(V/V)。H₂SO₄浓度如太高，易发生氧化-还原反应，浓度太低会溶解H₂S。

抽滤瓶7中的Na₂S试剂也可用化学纯FeS等试剂代替，产生的H₂S气体被抽至洗气瓶8中，被其中的蒸馏水溶解吸收，不能被吸收的H₂S气体经醋酸铅棉指示装置9，当醋酸铅棉花完全变黑产生PbS黑色沉淀，表示反应可以停止。

尾气进入尾气处理装置10，其中的少量未溶解和与醋酸铅[Pb(CH₃COO)₂]反应的H₂S气体被溶有NaOH的溶液化学吸收。尾气处理装置内的NaOH溶液可用多次，直至用PH试纸测试PH值低于10再更换。

此时，饱和H₂S水溶液制备完成。本发明的装置应放于通风橱内使用，用H₂S气体报警仪对装置是否有H₂S气体外溢进行检查。

本发明方法的反应原理为：

H₂S气体生成反应：H₂SO₄+Na₂S→Na₂SO₄+H₂S↑

副反应：如H₂SO₄过量时，3H₂SO₄+H₂S→4SO₂↑+4H₂O

H₂S过量时：3H₂S+H₂SO₄→4H₂O+3S↓

H₂S和浓H₂SO₄浓度差不多时：H₂S+H₂SO₄＝S↓+SO₂↑+2H₂O

H₂S气体检验反应：Pb(CH₃COO)₂+H₂S→PbS↓+2CH₃COOH

H₂S气体化学吸收反应：H₂S+2NaOH→Na₂S+2H₂O

NaOH不足时：H₂S+Na₂S→2NaHS

由于分液漏斗既有持续加液的功能，同时又有起到水封的作用，解决 了原装置中加H₂SO₄溶液处H₂S气体外溢的安全隐患；盛装碱液的尾气处理装置能够完全吸收不溶解于蒸馏水中的H₂S气体，解决了抽气泵出口处H₂S气体外溢的安全隐患；醋酸铅[Pb(CH₃COO)₂]同H₂S反应生成黑色的PbS，可以作为饱和H₂S水溶液制备完成与否的终点指示装置，这解决了无法判断反应结束时机的问题。

下面通过几个实施例来进一步说明本发明的装置及方法。

一种饱和硫化氢水溶液的安全制备装置:将球形分液漏斗5、加酸活塞6、抽滤瓶7、洗气瓶8、醋酸铅指示装置9、尾气处理装置10、球形抽气泵11、水阀12等依次连接，并配一个硫化氢报警仪。

实施例1

100mL球形分液漏斗内装40％(V/V)H₂SO₄溶液；抽滤瓶内装有化学纯Na₂S试剂；洗气瓶内装有蒸馏水，用以H₂S气体吸收；醋酸铅指示装置内填有醋酸铅棉，醋酸铅棉由棉花在10％醋酸铅溶液中浸泡后在通风橱内晾干制成；尾气处理装置内装有10％NaOH溶液。

饱和硫化氢水溶液制备方法：按图2连接好各装置，打开水阀12，球形抽气泵11开始抽气，缓慢打开加酸活塞6，球形分液漏斗5中的浓H₂SO₄加入到盛装Na₂S的抽滤瓶7中，产生的H₂S气体被抽至洗气瓶8中，不能被吸收的H₂S气体经醋酸铅指示装置9后进入尾气处理装置10，当醋酸铅棉完全变黑，表示反应可以停止，饱和H₂S水溶液制备完成。此装置放于通风橱内使用，装置旁可放置一台H₂S气体报警仪判断是否有H₂S气体外溢。醋酸铅棉每次使用后须更换，尾气处理装置内的10％NaOH溶液用后倒于废液桶。

实施例2

250mL球形分液漏斗内装70％(V/V)H₂SO₄溶液；抽滤瓶内装有化学纯FeS试剂；洗气瓶内装有蒸馏水，用以H₂S气体吸收；醋酸铅指示装置内填有醋酸铅棉，醋酸铅棉由棉花在20％醋酸铅溶液中浸泡后在通风橱内晾干制成；尾气处理装置内装有20％的NaOH溶液。

饱和硫化氢水溶液制备方法：按图2连接好各装置，打开水阀12，球形抽气泵11开始抽气，缓慢打开加酸活塞6，球形分液漏斗5中的浓H₂SO₄ 加入到盛装FeS的抽滤瓶7中，产生的H₂S气体被抽至洗气瓶8中，不能被吸收的H₂S气体经醋酸铅指示装置9后进入尾气处理装置10，当醋酸铅棉完全变黑，表示反应可以停止，饱和H₂S水溶液制备完成。此装置放于通风橱内使用，装置旁可放置一台H₂S气体报警仪判断是否有H₂S气体外溢。醋酸铅棉每次使用后须更换，尾气处理装置内的20％的NaOH溶液用后测试PH值为14，可在下次继续使用。

经过试验，本发明的装置和方法从未发生H₂S外溢、或气体报警仪报警的情况发生。由于有了终点指示，H₂S饱和水溶液的制备时间也基本稳定在5min左右。该装置结构合理，操作安全方便，终点指示明确，制备出来的H₂S饱和水溶液能够满足重金属(以Pb计)含量测定的要求，并且消除了制备过程中H₂S气体外溢的安全隐患。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。