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六氟化硫(SF6)氣體是目前發(fā)現(xiàn)的六種溫室氣體之一。在高壓電器制造行業(yè)使用著大量的SF6氣體,由于使用、管理不當(dāng)或沒有按正確的方法對其進行回收、再生處理,導(dǎo)致SF6氣體及在高溫電弧作用下產(chǎn)生的有毒分解物排放到大氣中,給人類賴以生存的環(huán)境帶來污染和破壞,同時給電器設(shè)備的正常運行和人們身體健康帶來不利影響。
純凈的SF6氣體是一種無色、無嗅、基本無毒、不可燃的鹵素化合物。其相對密度在氣態(tài)時為6.16g/cm3(20℃,0.1MPa時),在液態(tài)時為1400g/cm3(20℃時);在相同狀態(tài)下約是空氣相對密度的5倍。為便于運輸和貯存,SF6氣體通常以液態(tài)形式存在于鋼瓶中。
2.2 、SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)
SF6氣體的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定,在空氣中不燃燒,不助燃,與水、強堿、氨、鹽酸、硫酸等不反應(yīng);在低于150℃時,SF6氣體呈化學(xué)惰性,極少熔于水,微熔于醇。對電器設(shè)備中常用的金屬及其它有機材料不發(fā)生化學(xué)作用。然而,在大功率電弧、火花放電和電暈放電作用下,SF6氣體能分解和游離出多種產(chǎn)物,主要是SF4和SF2,以及少量的S2、F2、S、F等。
3、SF6氣體的毒性來源
研究結(jié)果可知,SF6氣體的毒性主要來自5個方面。
(1)SF6產(chǎn)品不純,出廠時含高毒性的低氟化硫、氟化氫等有毒氣體。大家知道,目前化工行業(yè)制造SF6氣體的方法主要是采用單質(zhì)硫磺與過量氣態(tài)氟直接化合反應(yīng)而成;即S+3F2→SF6+Q(放出熱量)。在合成的粗品中含有多種雜質(zhì),其雜質(zhì)的組成和含量因原材料的純度、生產(chǎn)設(shè)備的材質(zhì)、工藝條件等因素的影響而有很大差異,雜質(zhì)總含量可達5%。其組成有硫氟化合物,如:S2F2、SF2、SF4、S2F1O等;硫氟氧化合物如SOF2、SO2F2、SOF4、S2F10O等以及原料中帶入的雜質(zhì)如HF、OF2、CF4、N2、O2等。為了凈化粗品中的雜質(zhì),合成后的SF6氣體還需要經(jīng)過水洗、堿洗、熱解(去除劇毒的十氟化物)、干燥、吸附、冷凍、蒸餾提純等一系列凈化處理過程才能得到純度在99.8%以上的產(chǎn)品。然后再用壓縮機加壓,充入降溫至-80℃左右的鋼瓶中,以液態(tài)形式存在。在使用時減壓放出,呈氣態(tài)沖入電氣設(shè)備中。
除在上面的合成過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)外,另外,在氣體的充裝過程中還可能混入少量的空氣、水分、和礦物油等雜質(zhì),這些雜質(zhì)均帶有或會產(chǎn)生一定的毒性物質(zhì)。因此,為保證SF6產(chǎn)品的純度和質(zhì)量,對出廠的SF6產(chǎn)品國際電工委員會(IEC)及許多國家均制定了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),并要求生產(chǎn)廠家在供貨時提供生物試驗無毒證明書。
(2)電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體在高溫電弧發(fā)生作用時而產(chǎn)生的某些有毒產(chǎn)物。
SF6氣體在電弧中的分解和與氧的反應(yīng):
2SF6+O2→2SOF2+8F(氟化亞硫酰)
2SF6+O2→2SOF4+4F(四氟化硫酰)
SF6→SF4+2F(四氟化硫酰)
SF6→S+6F(硫)
2SOF4+O2→2SO2F2+4F(氟化硫酰)
(3)電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體分解物與其內(nèi)的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物。
例如:SF6氣體分解物與水的繼發(fā)性反應(yīng):
SF4+H2O→SOF2+2HF(氫氟酸)
SOF4+H2O→SO2F2+2HF(氫氟酸)
SOF2+H2O→SO2+2HF(二氧化硫)
SO2F2+2H2O→H2SO4+2HF(硫酸)
(4)電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體及分解物與電極(Cu-W合金)及金屬材料(AL、Cu)反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物。
例如:SF6氣體及分解物與電極或其它材料反應(yīng):
3SF6+W→ WF6(氣態(tài))+3SF4
3F+AL→ALF3(固態(tài)粉末)
3SOF2+AL2O3→2ALF3(固態(tài)粉末)+3SO2
SF6+Cu→CuF2(固態(tài)粉末)+SF6
4SF6+W+Cu→2S2F2(氣態(tài))+3WF6(氣態(tài))+CuF2(固態(tài)粉末)
(5)電器設(shè)備內(nèi)的SF6氣體及分解物與絕緣材料反應(yīng)而生成某些有毒產(chǎn)物。如與含有硅成分的環(huán)氧酚醛玻璃絲布板(棒、管)等絕緣件;或以石英砂、玻璃作填料的環(huán)氧樹脂澆注件、模壓件以及瓷瓶、硅橡膠、硅脂等起化學(xué)作用,生成SiF4、Si(CH3)2F2等產(chǎn)物。