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| 六氟化硫 | |
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六氟化硫，SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军方将其用于曼哈顿计划(核军事)。1947年提供商用。当前SF6气体主要用于电力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设备作为绝缘和/或灭弧;SF6断路器及GIS(在这里指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为"气体绝缘开关设备"(Gas Insulated Switchgear))、SF6负荷开关设备，SF6绝缘输电管线，SF6变压器及SF6绝缘变电站。80%用于高中压电力设备。[1]
理化性质
外观与性状:无色无臭气体
相对密度(水=1):1.67(-100℃)
相对蒸气密度(空气=1):5.11
分子式:SF6
溶解性:微溶于水、乙醇、乙醚。
化学性质稳定。微溶于水、醇及醚，可溶于氢氧化钾。不与氢氧化钠、液氨、盐酸及水起化学的反应。300℃以下干燥环境中与铜、银、铁、铝不反应。500℃以下对石英不起作用。250℃时与金属钠反应，-64℃时在液氨中反应。与硫化氢混合加热则分解。200℃时，在特定的金属如钢及硅钢存在下，能促使其缓慢分解。
制备
由单质氟与硫直接化合而得。反应也会生成硫的其他氟化物如十氟化二硫，可通过加热使其歧化后，再用氢氧化钠处理除去剩余的四氟化硫而纯化。
作用用途
六氟化硫具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能。其耐电强度为同一压力下氮气的2.5倍，击穿电压是空气的2.5倍，灭弧能力是空气的100倍，是一种优于空气和油之间的新一代超高压绝缘介质材料。六氟化硫以其良好的绝缘性能和灭弧性能，如:断路器、高压变压器、气封闭组合电容器、高压传输线、互感器等。电子级高纯六氟化硫是一种理想的电子蚀刻剂，被大量应用于微电子技术领域。冷冻工业作为制冷剂，制冷范围可在-45℃~0℃之间。电气工业利用其很高介电强度和良好的灭电弧性能，用作高压开关、大容量变压器、高压电缆和气体的绝缘材料。
采矿工业用作反吸附剂，用于矿井煤尘中置换氧。高纯SF6还因其化学惰性、无毒、不燃及无腐蚀性，还被广泛应用于金属冶炼(如镁合金熔化炉保护气体)、航空航天、医疗(X光机、激光机)、气象(示踪分析)、化工(高级汽车轮胎、新型灭火器)等。随着当今科技的发展，SF6涉及的领域不断扩展，被越来越多的基础领域和科技领域广泛应用。
危险性
从医学的角度来讲,各种分解物气体及生成物对人体的影响程度不光取决于其毒性的大小,还与吸入到人体内量的大小和每个人的身体素质有关。作为客观地判断依据,日本将每一种动物物质的允许浓度设定为五级。即: A-- 最低致命浓度; B-- 半致命浓度( 50% 为死亡浓度); C-- 短时间停留极限,通常为 15min ; D-- 出现毒性反应的最低浓度; E-- 为每天 8h ,一周 40h 的正常劳动时间,大多数人在此浓度下工作,均不会对健康有不良影响。[2]
早在 1979 年,上海第一医学院和上海市化工局职业病防治研究所就对长期从事或接触 六氟化硫(SF6) 气体的人群进行了调查及动物试验。
在对生产和使用 六氟化硫(SF6) 气体的两家企业的工人进行职业流行病学调查中,对年龄、性别、劳动强度、专业工龄、是否吸烟等相近的工人,进行分组对照、比较,对工人们的健康情况未发现有明显的损害。但从统计的症状发生率来看,表现出乏力、记忆力差、咽痛、胸闷的人数较多。
在对动物(雌性大、小鼠)进行分组急性静式染毒试验、亚急性静式染毒试验中,分别将白鼠放在不同浓度的 六氟化硫(SF6) 新气体或(与电弧接触过的)开断气的气体分组箱里。其结果是急性静式染毒试验未发现异常,而亚急性静式染毒试验则发现一只大鼠的肺毛细血管在电子显微镜下有轻度亚微结构改变。是否就是由 六氟化硫(SF6) 气体引起的,因试验的动物数量有限,还难以定论。
温室效应是指大气中的二氧化碳等气体能透过太阳短波辐射,使地球表面升温。同时阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射,从而使大气增温。由于二氧化碳等气体的这一作用与 " 温室 " 的作用类似,故称之为 " 温室效应 " ,二氧化碳等气体被称为 " 温室气体 " 。发现人类活动排放的温室气体有六种,它们是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳合物、全氟化碳、六氟化硫,这当中氟化物就有三种。其中 CO2 对温室效应影响最大,占 60% ,而 六氟化硫(SF6) 气体的影响仅占 0.1% ,但 六氟化硫(SF6) 气体分子对温室效应具有潜在的危害,这是因为 六氟化硫(SF6) 气体一个分子对温室效应的影响为 CO2 分子的 25000 倍,同时,排放在大气中的 六氟化硫(SF6) 气体寿命特长,约 3400 年。现今,每年排放到大气中的 CO2 气体约 210 亿,而每年排放到大气中的 六氟化硫(SF6) 气体相当于 1.25 亿 t CO2 气体。
全球每年生产的大约 8500t 六氟化硫(SF6) 气体中,约有一半以上用于电力工业。而在电力工业中,高压开关设备约占用气量的 80% 以上。其中中压开关的用气量约占1/10 ;主要是用在 126 ~ 252kV 的高压、 330 ~ 800kV 的超高压领域,特别是 126kV ~ 252kV ~ 550kV 的断路器( GCB )、 六氟化硫(SF6) 封闭组合电器( GIS )、充气柜( C-GIS )、 六氟化硫(SF6) 气体绝缘管道母线( GIL )中。因此,合理、正确的使用管理 六氟化硫(SF6) 气体,减少排放量已到了非整治不可的地步.
健康危害:纯品无毒。但生产的产品中可能混杂有毒的低氟化硫、氟化氢，十氟化二硫。
燃爆危险:该品不燃。
急救措施
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
消防措施
危险特性:若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。
有害燃烧产物:氧化硫、氟化氢。
灭火方法:该品不燃。切断气源。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。
泄漏应急处理
应急处理:迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。如有可能，即时使用。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。
处置与储存
操作注意事项:密闭操作，局部排风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴过滤式防毒面具(半面罩)。远离易燃、可燃物。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂接触。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。配备泄漏应急处理设备。
储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与易(可)燃物、氧化剂分开存放，切忌混储。储区应备有泄漏应急处理设备。
防护
就人体而言，防护的重点是眼部和呼吸道;其次是人体的皮肤，至此，我们就可以针对性地选择相应的防护用品及装备。 呼吸系统是生命存活的三大要素之首，必须首先考虑。由于泄漏污染区可能有多种有毒气体的存在。若采用过滤式防毒面具，因其是负压式，防护安全系数较低，人吸气时带入毒气的可能性较大，对于有多种毒气存在，毒性较大且其浓度不确定的场所，选用过滤式面具是不合适的。采用正压式空气呼吸器可以完全隔绝毒气，不考虑毒气种类的多少、浓度的高低，所以正压式空气呼吸器是首选的防护产品。但在选择正压式空气呼吸器品种时，应考虑毒气是否直接致人死亡这一因素，以便正确选用。 当出现有毒气体泄漏后，现场人员应就近采用防护器具--如逃生器，并迅速撤离泄漏污染源，中毒人员脱离现场至空气新鲜处，必要时采用氧气复苏仪或人工呼吸就地抢救;应急处理人员必须佩带空气呼吸器、穿戴相应的防护服和手套后进入事故区，对现场通风对流，稀释扩散。进入高浓度区域作业，必须有人监护。
运输信息
包装方法:钢质气瓶
运输注意事项:铁路运输时需经生物试验证明合格，根据合格证托运。采用刚瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放，并应将瓶口朝同一方向，不可交叉;高度不得超过车辆的防护栏板，并用三角木垫卡牢，防止滚动。严禁与易燃物或可燃物、氧化剂等混装混运。夏季应早晚运输，防止日光曝晒。铁路运输时要禁止溜放。
法规信息
化学危险物品安全管理条例 (1987年2月17日国务院发布)，化学危险物品安全管理条例实施细则 (化劳发[1992] 677号)，工作场所安全使用化学品规定 ([1996]劳部发423号)等法规，针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等方面均作了相应规定;常用危险化学品的分类及标志 (GB 13690-92)将该物质划为第2.2 类不燃气体;车间空气中六氟化硫卫生标准(GB 8777-88)，规定了车间空气中该物质的最高容许浓度及检测方法。
环境影响
虽然六氟化硫本身对人体无毒、无害，但它却是一种温室效应气体，其单分子的温室效应是二氧化碳的2.2万倍，是《京都议定书》中被禁止排放的6种温室气体之一。
根据IPCC提出的诸多温室气体的GWP(全球变暖潜能)指标，六氟化硫的GWP值最大，500年的GWP值为32400，且由于六氟化硫高度的化学稳定性，其在大气中存留时间可长达3200年。
当今世界六氟化硫的排放量极少，对温室效应的贡献相比于二氧化碳而言完全可以忽略;但出于长久的环保和安全考虑，如何合理、正确的回收净化六氟化硫气体，是必须解决的问题。
安全信息
危险品标志:XiIrritant刺激性物品
R37刺激呼吸系统。
S38通风不良时，须佩戴适当的呼吸器。
危险类别:2.2
危害:Irritant
注意事项
六氟化硫气体具有优良的绝缘与灭弧性能，广泛地应用在电子、电气设备中，其典型的应用是在供电部门的输变电所、电厂等的高压开关柜内用作气体绝缘。随着六氟化硫电气设备的迅速发展，越来越多的人接触着六氟化硫气体和电弧作用后的六氟化硫分解物。
气体毒性来源
六氟化硫气体的毒性主要来自5个方面。
1、电器设备内的六氟化硫气体在高温电弧发生作用时而产生的某些有毒产物。
2、六氟化硫产品不纯，出厂时含高毒性的低氟化硫、氟化氢等有毒气体。
3、电器设备内的六氟化硫气体及分解物与电极(Cu-W合金)及金属材料(AL、Cu)反应而生成某些有毒产物。
4、电器设备内的六氟化硫气体分解物与其内的水分发生化学反应而生成某些有毒产物。
5、电器设备内的六氟化硫气体及分解物与绝缘材料反应而生成某些有毒产物。如与含有硅成分的环氧酚醛玻璃丝布板(棒、管)等绝缘件;或以石英砂、玻璃作填料的环氧树脂浇注件、模压件以及瓷瓶、硅橡胶、硅脂等起化学作用，生成SiF4、Si(CH3)2F2等产物。
毒性气体
1、氟化亚硫酰( SOF2 )
无色剧毒气体，能侵袭肺部，引起肺组织急性水肿，影响气体交换，使肺部缺氧充血而导致窒息性死亡，它有强烈的恶心臭味，可作为警告信号之用。白鼠和兔子的致死浓度为 10 × 10 -6 和 50 × 10 -6 ( V/V )。
2、氟化硫酰( SO2F2 )
挛性化合物，无色无臭，在较高浓度下对肺组织有刺激作用，引起肺泡出血。白鼠和兔子的致死浓度为 200 × 10 -6 和 400 × 10 -6( V/V )。
3、四氟化硫( SF4 )
无色气体，有类似 SO2的刺激性臭味，毒性与光气相当，对肺有侵害作用。
4、二氟化硫( SF2 )
沸点 35 ℃，极不稳定，受热后更加活泼，易水解生成 S 、 O2 、 HF 等，其毒性于 HF 相当
5、氟化硫( S2F2 )
常温下为无色气体，具有很强的毒性，遇水后生成 HF ，对呼吸系统有类似光气的破坏性作用。
6、氟化氢( HF )
无色气体或液体，具有强烈的刺激性臭味，极易溶解于水，形成氢氟酸，对一般材料具有较强的腐蚀性。 HF 对皮肤、粘膜有强烈的刺激作用，并能引起肺水肿、肺炎等。
7、十氟化二硫( S2F10 )
常温常压下为无色易挥发液体，系剧毒物质，毒性约为 SOF2 的 300 倍。S2F10主要侵袭肺住址，引起肺出血和肺水肿。白鼠的致死浓度为 1 × 10 ( V/V )。
8、三氟化铝( AIF3 )
白色粉末状，通常吸附了大量的有毒气态分解产物，故应被视为具有强烈腐蚀性和毒性的物质。 ALF3 粉尘可刺激皮肤引起皮疹，对呼吸系统及肺部均有侵袭作用。
9、十氟化二硫一氧( S2F10O )
剧毒物质，对肺组织强烈侵袭作用。白鼠的致死浓度为 20 × 10 ( V/V )。
个体防护措施
(1)工作现场应强力通风，检修人员应在上风位置;
(2)配戴好防毒面具和防护手套;
(3)将排出的气体进行回收、或用导管将气体排入下水沟内，不宜直接向大气排放;
(4)工间休息前或工作结束后，脸、颈、臂和手要用肥皂和大量的水彻底洗净;
(5)如不慎接触到剂量较大的气体时，应立即洗净，更换衣服，及时去医院观察治疗。
监测
纯净的SF6气体虽然无毒，但在工作场所要防止SF6气体的浓度上升到缺氧的水平。SF6气体的密度大约是空气的五倍、SF6气体如有泄漏必将沉积于低洼处，如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险，设计户内通风装置时要考虑到这一情况。
在电弧作用下SF6的分解物如SF4，S2F2，SF2，SOF2，SO2F2，SOF4和HF等，它们都有强烈的腐蚀性和毒性。因此在电力系统GIS等应用SF6的工作场所，要加装SF6气体泄漏监测设备，SF6气体监测的主要方法有一下四种:
1)电化学技术(TGS830、TGS832)费加罗传感器或卤素气体传感器。
电化学技术的原理是被检测气体接触到200°C左右高温的催化剂表面，并与之发生相应的化学反应，从而产生电信号的改变，以此来发现被检测气体。电化学技术其成本低、寿命长、结构简单，可以连续工作的特点。
2)高压击穿技术。
电击穿技术是从SF6在电力上的典型应用--作为绝缘气体应用在GIS开关柜中演变而来的。其工作原理是根据SF6气体绝缘的特性，从置于被检测空气中的高压电极间电压的变化来判断空气中是否含有SF6气体。因其结构相对简单，成本低，检测精度相对高的特点。
3)红外光谱技术(IAC510)
红外光谱吸收技术(又称激光技术)的原理是SF6作为温室气体，对特定波段的红外光有很强烈的吸收特性。红外光谱技术的特点是成本高，结构复杂，灵敏度高，不受环境的影响和干扰，对环境的温度和湿度的变化所带来的检测误差很小，由于其是采用主动抽取测试点气体的原理，带来的效果是发现泄漏早，反应迅速。同时系统结构对工程实施中的布线也带来了很大的方便。
4)电子捕获ECD原理
电子捕获检测器(electron capture detector)，简称ECD。 电子捕获检测器也是一种离子化检测器，它是一个有选择性的高灵敏度的检测器，它只对具有电负性的物质，如含卤素、硫、磷、氮的物质有信号，物质的电负性越强，也就是电子吸收系数越大，检测器的灵敏度越高，而对电中性(无电负性)的物质，如烷烃等则无信号。
声音影响
当吸入六氟化硫时，六氟化硫会充满声带的周围。当我们发声，声带震动的时候，被带动震动的不是平常我们说话时的空气而是六氟化硫。因为六氟化硫的分子量比空气的平均分子量大，震动的频率较空气低，所以就会出现比平时低沉浑厚的声音。
可能看到这你会问:是不是别的比空气分子量大的气体都可以实现这种效果呢?答案是是的，而且不同密度的气体会产生不同的变声效果!但是，前提是六氟化硫是无毒的，而许多神奇的大分子量气体都是有毒的。小朋友们可千万不要尝试使用其它的气体来给自己变声!
相对而言，当吸入比空气分子量小的气体时，声音则会变得清脆尖锐。如:吸入氦气。
六氟化硫气体对人类环境的影响
近百年来,地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。这种全球性的气候变暖是由自然的气候波动和人类活动所增强的温室效应共同引起的。减少温室气体排放、减缓气候变化是《联合国气候变化公约》和《京都议定书》的主要目标,而我国在减少温室气体排放方面所面临的国际压力越来越大。
电性能
关于六氟化硫气体的电性能，我们将分别讨论它在常温下的电气绝缘性能和高温下的灭弧性能。
在均匀电场中，工频电压的作用下，六氟化硫气体、油和氮气相比，六氟化硫气体的介质强度大约是氮气的五倍，而且当压力大于8个大气压时，其介质强度就能够超过变压器油。
下面我们讨论影响六氟化硫气体击穿电压的因素:
六氟化硫气体的击穿电压除了与压力有关以外，还与电极表面的光洁度和洁净度有关;电极表面越洁净、越光洁，其击穿电压就越高。
在同一压力下，六氟化硫气体的击穿电压随着触头开距的增大而增大，但不是一个线性的关系，而是有一点饱和的意思，而且压力越大饱和越严重;所以我们在实践中不能单靠增大触头开距来加强绝缘。
此外，六氟化硫气体的击穿电压还与电极的几何形状和触头面积有关;如果电极形状使得电场越均匀，其击穿电压就越高，这在这里要注意，和真空开关不同，电极材料对六氟化硫气体的击穿电压没有比较明显的影响。
六氟化硫气体之所以有比较好的绝缘性能，是因为六氟化硫气体具有负电性，就是说六氟化硫分子能够吸附气体中的自由电子，而变成负离子，这种负离子的质量远远大于自由电子的质量，因此运动速度大大降低，此外，间隙中自由电子的数量减少了，就难以形成击穿通道。所以其绝缘性能比较好。另外，这种负电性在高温下，也就是在灭弧时也是十分有利的。
六氟化硫气体的熄弧性能也是非常好的，这有以下几个方面的原因:
六氟化硫气体在电弧的作用下会发生分解和游离，有多原子结构分子分解为单原子或带电粒子的气体，在2000℃左右开始分解为低氟化物，4000℃左右开始游离，6000℃左右时游离的最迅速，当温度高于10000℃时，六氟化硫气体就全部游离了;这种内部的变化将影响气体的导热、导电性能，使它的导热、导电性能大大增强。
气体导热性能增强，电弧的散热就加快了，这样就有利于电弧熄灭后间隙中的绝缘介质迅速降温，有利于低氟化物复合成六氟化硫，同时有利于恢复绝缘，大大降低了电弧的复燃，有利于熄弧。
对于气体导电性能增强有利于熄弧的原因，可能有点不太好理解，导电性能增强了只会有利于燃弧，怎么会有利于熄弧呢?原因是这样的:导电性能增强了确实有利于燃弧，通过几种气体电弧的伏安特性曲线可以发现，六氟化硫气体的伏安特性曲线最低，也就是说，在电流相同的情况下，六氟化硫气体的电弧电压最低，而电弧能量就是Uh*I，也最低，电弧在电流很小的情况下也能维持，不会发生断裂，这样就不会发生截流现象，这也是六氟化硫气体比较优越的地方;我们知道现在的六氟化硫断路器都是在电弧电流过零时熄灭的，电弧在燃弧时电弧能量小，电弧的温度和分解的气体就相对也较少，这对于电流过零后间隙的绝缘强度的恢复非常有利，使得熄弧后很难发生重燃或复燃，所以六氟化硫气体既有利于燃弧，又有利于熄弧。
此外，六氟化硫气体的负电性(吸附自由电子的特性)和二次复合特性(在电弧中分解的低价氟化物在熄弧后迅速还原成六氟化硫分子)，这些特性也使得六氟化硫气体无论是在起始介质强度、介质恢复速度还是最终的介质强度都是比较高的。