稀有气体的分离和应用

1、稀有气体的分离和应用 稀有气体在分离塔中的分布： 氖、氦、氪、氙和氧、氮的沸点不同，它在液体空气中的数 量也不同，因此在精馏塔中它们汇集在不同的部位中。氖、 氦气的沸点较氮低得多（氖 -245.9 C,氦-268.9 C）,当 液体空气进入下塔在精馏过程中，大部分氖、氦和氮混合进 入冷凝蒸发器管内，氮气冷凝后沿着管壁流下，但氖、氦气 不能冷凝， 因而汇集在冷凝器的顶部， 从液体空气中提取氖、 氦气从这里引出。氪、氙的沸点高（氪-151.7 C,氙-1 09.1 C），当液体空气进入下塔以后，氪、氙均冷凝在底 部的液空中，经节流后送入上塔，汇集在液氧中和氧气中， 从空分塔取氪、 氙混合物， 一般

2、从氧气中取得。氩在液体空气中含量为 0.932%，由于氩的沸点介于氧、 氮之 间，在上塔中，氩气对于氧是易蒸发的组分，对于氮是不易 蒸发的组分，因此在上塔中部地区的氩富集区，可抽气（含 氩89%进行提纯。氩的物理性质及用途： 氩气也是目前工业上一种重要的工业气体，它在工业、科学 研究和国防工业上得到广泛的应用。氩是稀有气体，无色，不活泼，不能燃烧，也不支持燃烧。由于氩气具有惰性、光通量大、导热性小等性质，所以广泛 地在灯泡照明及电子工业中得到应用。 氩气在飞机制造、造船、原子能工业和机械制造工业方面应 用也很普遍，特别是用作铝、镁、铬、镍等合金焊接的保护 气。现代工业的发展，对氩气的需要量大大

3、增长，氩气最大消耗 是用在金属冶炼上，用氩气作为单晶硅、钛、钨等稀有金属 及特种钢材的冶炼保护气体。最近发展可以用氩来炼钢。氩气的主要来源有空气、天然气和合成氨尾气。氩在空气中 的含量为 0.932%，从空气液化分离的副产品中提取氩， 是当 前生产氩的主要方法之一。为了大量而又经济地提取氩气， 现在也有从氩含量 78%的合成氨尾气中来提取氩。氦的物理性质： 氦是一种重要工业气体，它在工业、科学研究和国防工业上 有着重要的用途。由于氦的沸点很低（-268.9 C）,是低温工程中最理想的致 冷剂，在负压液氦的温度下，绝热退磁可达接近绝对零度的 低温，随着科学技术的发展， 氦除在色谱分析中作为载气外

4、， 还用于等离子工业、气体激光器、超导雷达探测及摄影等尖 端技术方面。利用氦具有很强的扩散性，氦可用为压力容器和真空系统的 检漏指示剂。另外，将氦气和氧气配成混合气，可供深海潜水人员的呼吸，避免昏眩及智力丧失，以保证潜水人员在深 海中的正常工作。另外，利用氦的惰性和良好的导热性，氦可作为高级合金的焊接、切割和冶炼钛、铑、硅等时的保护气体，同时在气冷或原子能反应堆中可用氦作为载热体，在火箭和导弹中作为 燃料的压送剂。氦元素是在 1868 年日全蚀时在太阳的日珥上偶然发现的， 因此以前把氦称为“太阳物质”。氦在希腊文里就是“太 阳”的意思。过了 27年（ 1895 年）才在地球上从钇铀矿里 找到了

5、氦。 直到 1908 年才第一次成功地将氦液化。一般说氦的来源有：空气、天然气、含放射性元素矿石及某些矿泉水中。目前工业规模的提氦来源有两个：一是从空气 中；二是从含氦的天然气中。但是由于液体空气中含氦很少（5ppm左右），只能作为空气液化分离的副产品，要大量提取氦，目前几乎全部是用含有氦的天然气进行分离的。 1 m3 氦气仅占有 1 ppm普通氦气在常压下的密度是 0.1785 kg/m3 （0 C），其液体是一种容易流动的无色液体。氖的物理性质：氖是低沸点的稀有气体，在液体空气中的含量只占 0.0018%（体积），同体积液体蒸发时，从液氖获得的冷量比从液氢所获得的冷量多 2.3 倍，用将液

6、氖上部抽空的方法，很易使第 3 页液氖变成固态，因为三相点温度比标准沸点只低2.7 C,利用熔化潜热可使氖有效产冷量增 20%。 氖的最大优点是具有惰性，因而氖的液化和在冷却系统中应 用都十分安全。通常用氖作为低温试验室的安全冷却剂(-245.89 C)。氖的另一方面用途是作指示灯的光源，纯氖 在真空下通电能发红光，这是与别的稀有气体所不同的。而 红光透视力较强， 因此用作港口、 机场和水陆交通线的灯标， 把氖和氩混合充进霓虹灯管能产生美丽的蓝光。氖还用于充 填萤光灯、水银灯、钠蒸气灯及电压保护装置的灯泡等。近年来，氖还被用于研究基本粒子轨迹的火花室中作充填介 质。氪的物理性质：氪气和氙气是空气中最稀有而贵重的气体， 它们在空气中的含量分别为： 0.0001139%和 0.0000086%，含 量极稀，提取困难，售价昂贵，曾被称为“黄金气体”。氪 氙混合气充填电子管和灯泡，比相同功率的氩气灯泡省电2025%寿命可延长23倍，发光率可以提高，而体积可 大大缩小。氪气可充填高级电子管，实验室用的连续紫外光灯。测量宇 宙辐射时用氪来充填游离室，还可以用于制成不需要电能的 原子灯。氪灯的透射率特别高，因而可用于夜战中越野战车 上的灯光。氙的物理性质：氙气是空气中五种稀有气体里含