稀有氣體的分離和應用

1、稀有氣體的分離和應用 稀有氣體在分離塔中的分布： 氖、氦、氪、氙和氧、氮的沸點不同，它在液體空氣中的數(shù) 量也不同，因此在精餾塔中它們匯集在不同的部位中。氖、 氦氣的沸點較氮低得多（氖 -245.9 C,氦-268.9 C）,當 液體空氣進入下塔在精餾過程中，大部分氖、氦和氮混合進 入冷凝蒸發(fā)器管內(nèi)，氮氣冷凝后沿著管壁流下，但氖、氦氣 不能冷凝， 因而匯集在冷凝器的頂部， 從液體空氣中提取氖、 氦氣從這里引出。氪、氙的沸點高（氪-151.7 C,氙-1 09.1 C），當液體空氣進入下塔以后，氪、氙均冷凝在底 部的液空中，經(jīng)節(jié)流后送入上塔，匯集在液氧中和氧氣中， 從空分塔取氪、 氙混合物， 一般

2、從氧氣中取得。氬在液體空氣中含量為 0.932%，由于氬的沸點介于氧、 氮之 間，在上塔中，氬氣對于氧是易蒸發(fā)的組分，對于氮是不易 蒸發(fā)的組分，因此在上塔中部地區(qū)的氬富集區(qū)，可抽氣（含 氬89%進行提純。氬的物理性質(zhì)及用途： 氬氣也是目前工業(yè)上一種重要的工業(yè)氣體，它在工業(yè)、科學 研究和國防工業(yè)上得到廣泛的應用。氬是稀有氣體，無色，不活潑，不能燃燒，也不支持燃燒。由于氬氣具有惰性、光通量大、導熱性小等性質(zhì)，所以廣泛 地在燈泡照明及電子工業(yè)中得到應用。 氬氣在飛機制造、造船、原子能工業(yè)和機械制造工業(yè)方面應 用也很普遍，特別是用作鋁、鎂、鉻、鎳等合金焊接的保護 氣。現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對氬氣的需要量大大

3、增長，氬氣最大消耗 是用在金屬冶煉上，用氬氣作為單晶硅、鈦、鎢等稀有金屬 及特種鋼材的冶煉保護氣體。最近發(fā)展可以用氬來煉鋼。氬氣的主要來源有空氣、天然氣和合成氨尾氣。氬在空氣中 的含量為 0.932%，從空氣液化分離的副產(chǎn)品中提取氬， 是當 前生產(chǎn)氬的主要方法之一。為了大量而又經(jīng)濟地提取氬氣， 現(xiàn)在也有從氬含量 78%的合成氨尾氣中來提取氬。氦的物理性質(zhì)： 氦是一種重要工業(yè)氣體，它在工業(yè)、科學研究和國防工業(yè)上 有著重要的用途。由于氦的沸點很低（-268.9 C）,是低溫工程中最理想的致 冷劑，在負壓液氦的溫度下，絕熱退磁可達接近絕對零度的 低溫，隨著科學技術的發(fā)展， 氦除在色譜分析中作為載氣外

4、， 還用于等離子工業(yè)、氣體激光器、超導雷達探測及攝影等尖 端技術方面。利用氦具有很強的擴散性，氦可用為壓力容器和真空系統(tǒng)的 檢漏指示劑。另外，將氦氣和氧氣配成混合氣，可供深海潛第 2 頁水人員的呼吸，避免昏眩及智力喪失，以保證潛水人員在深 海中的正常工作。另外，利用氦的惰性和良好的導熱性，氦可作為高級合金的焊接、切割和冶煉鈦、銠、硅等時的保護氣體，同時在氣冷或原子能反應堆中可用氦作為載熱體，在火箭和導彈中作為 燃料的壓送劑。氦元素是在 1868 年日全蝕時在太陽的日珥上偶然發(fā)現(xiàn)的， 因此以前把氦稱為“太陽物質(zhì)”。氦在希臘文里就是“太 陽”的意思。過了 27 年（ 1895 年）才在地球上從釔鈾

5、礦里 找到了氦。 直到 1908 年才第一次成功地將氦液化。一般說氦的來源有：空氣、天然氣、含放射性元素礦石及某些礦泉水中。目前工業(yè)規(guī)模的提氦來源有兩個：一是從空氣 中；二是從含氦的天然氣中。但是由于液體空氣中含氦很少（5ppm左右），只能作為空氣液化分離的副產(chǎn)品，要大量提取氦，目前幾乎全部是用含有氦的天然氣進行分離的。 1 m3 氦氣僅占有 1 ppm普通氦氣在常壓下的密度是 0.1785 kg/m3 （0 C），其液體是一種容易流動的無色液體。氖的物理性質(zhì)：氖是低沸點的稀有氣體，在液體空氣中的含量只占 0.0018%（體積），同體積液體蒸發(fā)時，從液氖獲得的冷量比從液氫所獲得的冷量多 2.3

6、 倍，用將液氖上部抽空的方法，很易使第 3 頁液氖變成固態(tài)，因為三相點溫度比標準沸點只低2.7 C,利 用熔化潛熱可使氖有效產(chǎn)冷量增 20%。 氖的最大優(yōu)點是具有惰性，因而氖的液化和在冷卻系統(tǒng)中應 用都十分安全。通常用氖作為低溫試驗室的安全冷卻劑(-245.89 C)。氖的另一方面用途是作指示燈的光源，純氖 在真空下通電能發(fā)紅光，這是與別的稀有氣體所不同的。而 紅光透視力較強， 因此用作港口、 機場和水陸交通線的燈標， 把氖和氬混合充進霓虹燈管能產(chǎn)生美麗的藍光。氖還用于充 填螢光燈、水銀燈、鈉蒸氣燈及電壓保護裝置的燈泡等。近年來，氖還被用于研究基本粒子軌跡的火花室中作充填介 質(zhì)。氪的物理性質(zhì)：氪氣和氙氣是空氣中最稀有而貴重的氣體， 它們在空氣中的含量分別為： 0.0001139%和 0.0000086%，含 量極稀，提取困難，售價昂貴，曾被稱為“黃金氣體”。氪 氙混合氣充填電子管和燈泡，比相同功率的氬氣燈泡省電2025%壽命可延長23倍，發(fā)光率可以提高，而體積可 大大縮小。氪氣可充填高級電子管，實驗室用的連續(xù)紫外光燈。測量宇 宙輻射時用氪來充填游離室，還可以用于制成不需要電能的 原子燈。氪燈的透射率特別高，因而可用于夜戰(zhàn)中越野戰(zhàn)車 上的燈光。氙的物理性質(zhì)：氙氣是空氣中五種稀有氣體里含量最少的