氟

概述

氟气（F2），元素氟的气体单质，是一种具有刺激性气味的强氧化性浅黄色有毒气体。其化学性质异常活泼，具有强氧化性，能在室温或低于室温下与大多数无机物或有机物反应，释放大量的热量，常导致燃烧和爆炸，所以贮存和运输过程中，常采用惰性气体稀释或降低反应温度的方法，提高氟气贮存和反应的安全性。另外，因其特殊的性质，氟气可作为氟化试剂用于无机含氟材料、有机含氟材料、半导体材料，被广泛应用于电子、激光技术、医药、塑料、石油化工、航空航天等领域，是化工领域的重要原料。目前，氟气主要制备方法有电解法，化学药剂法和等离子体裂解法。

基本信息

中文名称：氟气 英文名：Fluorine
外观：淡黄色气体，刺激性气味 分子量:37.9968
CAS No.:7782-41-4 沸点:-188.1
化学式:F2 熔点:-219.62
相对密度:1.554kg/cm3 水溶性：易溶于水

图1：储存氟气钢瓶

制备方法

电解法：电解法是工业上常用方法，也是目前发展最为成熟的技术之一。电解法制备氟气的技术是由法国科学家Henri Moissan发明，电解氟氢化钾与氟化氢的混合物，以压实的石墨做阳极，钢制电解槽槽身做阴极，在373K左右电解。其反应式为：阴极：2HF2-+2e rarr H2+4F-，阳极：2F--2e rarr F2。在电解过程中，阳极产生氟气，阴极产生氢气，为防止阴极和阳极产生的H2和 F2混合，电解槽中须加入隔膜用来隔离 H2和 F2。

图2：制氟的工艺流程
化学药剂法：化学药剂法比电解法制氟安全性高，主要是利用某些常温下稳定的高价过渡金属氟化物在高温下分解释放氟气进而制备氟气，由于分解效率和过渡金属稳定性等因素的影响，目前化学药剂法仅限于实验室制备氟气。实验室中最常采用的高价过渡金属氟化物为 K2MnF6和 SbF5。
等离子体裂解法：等离子体裂解法制氟气利用电场等外加能量将含氟气体激发，从而生成高效的氟活性基团，进而制得氟气。目前应用最多的是利用等离子体技术裂解NF3，采 用 NF3和惰性气（如氮气、氖气）的混合气为原料通过热的高电子密度等离子体而分解， 随后将混合物快速冷却，进而快速生成氟气。

主要应用

1. 半导体行业：单质氟气及其与惰性气体组成的混合气用途广泛，可作为蚀刻和清洗气体直接用于半导体行业由于氟气特殊的性质，氟气在半导体行业中作为一种蚀刻气体或清洁气体用于制造光电池和液晶显示器的TFT( 薄膜晶体管)，这样，不仅能高效的清洁显示器内腔，并且还相对于其他清洁剂更具有环保功能。
2. 聚合物应用: 氟气因其化学活性，可与聚合物发生反应，形成具有高键能的 CmdashF 键，进而制得含氟聚合物。另外，氟气也广泛的用于解决含氟聚合物端基问题，避免含氟聚合物在加工过程中，受热分解产生挥发性物质，使成品含有气泡或空隙，从而限制含氟聚合物产品在高技术领域的应用。其次，聚乙烯、聚丙烯容器的不耐渗透性、易溶胀变形和易腐蚀破坏缺点，对聚烯烃容器表面进行氟化改性可以提高其渗透性能。
3. 氟气下游产品制备：在化学工业中，特别是在有机化工中，经常用氟化剂以制取具有优良性能的各种含氟材料。由于氟气化学活性高，为易于控制反应进程，可以使用多种方法降低其活性。利用氟可制成多种具有强氧化性的氟化剂，由于它们较易贮存，可代替氟进行氟化反应。重要的氟化物有六氟化铀、六氟化硫、氟化卤、氟化物容器、ldquo氟利昂rdquo类型化合物、碳氟羧酸类化合物及碳氟烯烃类化合物等，它们在化合物制备及应用上都有重要意义。

毒性

本品剧毒。经呼吸道吸人后有咽喉痛、咳嗽、刺激感、呼吸急促、呼吸困难等反应，能使眼结膜充血、疼痛、视力模糊，使皮肤红肿，也可能烧伤。应严格卫生防护，操作时一定要合理通风，否则必须戴防护面具、隔热手套，重点保护好眼睛。中毒后应迅即离开现场，半卧位休息，吸入新鲜空气，立即送医院。用大量水冲洗眼睛，淋洗全身，不能先脱去被沾染衣服，以免扩大伤面。有泄漏时要速撤离危险区，穿全副防护装备，强力通风驱散毒气云。最高容许浓度为0.15～0.2 mg/m3。

参考文献

1.姜华等 氟气及其应用[A]，化工生产与技术，2015.22(2),5-9
2.何双材等 氟气在直接氟化反应中的应用[J]，浙江化工，2014.45（4）1-5
3.姜文军等 氟气制备及其下游产品与应用[J], 化工生产与技术,2004.11(5）8-11

化学性质

黄绿色气体。有刺激恶臭。

用途

用于氟氧吹管和制造各种氟化物、含氟塑料和含氟橡胶等

用途

用于制取各种金属和非金属元素的氟化物，以及含氟塑料、含氟橡胶等高分子化合物。在氟氧吹管及火箭燃料中用作氧化剂等。

生产方法

电解法电解是在750 A(电流密度为0.05 A/cm2)的氟电解槽中进行，电解质是氟化氢钾(KF·HF)，由钢瓶连续补充氟化氢，采用中温法电解。用夹套加热维持电解操作温度在90～100℃，槽内氟化氢浓度为38.5％～39.5％，液面高度为540～560 mm，阳极材料为661148碳板，阴极选用铁板。电解后的氟气由阳极室逸出，经导出管进入净化塔，除去氟化氢，随后进入缓冲罐，再由膜式氟气泵输送去包装，制得氟气体产品。其
HF→F-+H+↑
阳极2F--2e→F2↑
阴极2H++2e→H2↑

类别

有害气体

毒性分级

剧毒

急性毒性

吸入- 大鼠 LC50: 185 PPM/ 1 小时 吸入- 小鼠 LC50: 150 PPM/ 1 小时

刺激数据

眼睛- 人 25 PPM/ 5 分 轻度

爆炸物危险特性

受热、日晒钢瓶可爆 泄漏放出剧毒烟雾

可燃性危险特性

遇水产生有毒氟化氢气体 遇易燃物可燃 燃烧产生有毒氟化物烟雾

储运特性

库房通风低温干燥 轻装轻卸

灭火剂

二氧化碳、干粉、砂土

职业标准

TWA 1.6 毫克/ 立方米 STEL 3.1 毫克/ 立方米