Получение и применение аргона

Содержание

Применение аргона

Криогенный способ

Большую часть аргона в современной промышленности получают криогенным способом разделения сжиженного воздуха. При этом происходит разделение его на составляющие газы. Принцип работы криогенной ректификационной колонны основывается на разнице в температурах кипения газов, составляющих атмосферный воздух. Легкокипящие вещества, такие как гелий и неон, скапливаются в виде пара в верхней части колонны. Труднокипящие криптон и ксенон остаются в виде жидкости внизу. Аргон вместе с кислородом и азотом относится к средней фракции, поэтому примерно на уровне одной трети высоты основной колонны располагается патрубок, через который в специальную колонну выводится фракция аргона, содержащая примерно десять – двенадцать процентов этого газа. Здесь производится повторная ректификация. Азот, как более летучее вещество уходит вверх колонны, а более «тяжелый» кислород опускается вниз.

После частичного отделения кислорода и азота, остается смесь, содержание аргона в которой колеблется от 85% до 94%. Такой «сырой» аргон подлежит доочистке. Примеси азота удаляются ректификацией. А три – десять процентов кислорода убираются адсорбцией или химическим способом. В результате чистота полученного аргона достигает 99,99%.

Побочный продукт при производстве аммиака

Еще один источник получения аргона – это аммиачное производство. В данном случае газообразный аргон является отходом – примесью, извлекаемой из азота, который необходим для синтеза аммиака. После взаимодействия азота и водорода с образованием аммиака, аргон просто остается как не прореагировавший остаток.

Применение аргона

Аргон широко используют для создания инертной и защитной атмосферы, прежде всего при термической обработке легко окисляющихся металлов (аргоновая плавка, аргоновая сварка и другие). В атмосфере аргона получают кристаллы полупроводников и многие другие сверхчистые материалы. Аргоном часто заполняют электрические лампочки (для замедления испарения вольфрама (W) со спирали). При пропускании электрического разряда через стеклянную трубку, заполненную аргоном, наблюдается сине-голубое свечение, что широко используется, например, в светящейся рекламе. В геохронологии по определению соотношения изотопов 40Ar/40К устанавливают возраст минералов.

Аргон успешно применяется в пищевой промышленности как упаковочный газ, в качестве вещества для тушения пожаров, в медицине для очистки воздуха и в качестве наркоза и в аргоновых лазерах. Однако наибольшее и наилучшее применение этот газ получил в сварочных работах. Сварка в защитных газах (аргон или многокомпонентные газовые смеси на основе аргона) применяется практически для всех металлов, включая углеродистую сталь, алюминий, медь, нержавейку и титан.

Электровакуумная техника	Подавляющее большинство ламп накаливания заполняют смесью аргона (86%) и азота (14%). Используется аргон и в современных люминесцентных лампах для облегчения зажигания, лучшей передачи тока и предохранения катодов от разрушения.
Пищевая промышленность	Аргон – упаковочный газ. Аргон незаменим при хранении овощей. Аргон при определенных условиях способен замедлять метаболические реакции и значительно сокращать газообмен. Аргон является зарегистрированной пищевой добавкой E938.
Производство стекла, цемента и извести	Заполнение стеклопакетов аргоном обеспечивает превосходную тепловую изоляцию.
Металлургия	В последние десятилетия наибольшая часть получаемого аргона идет в металлургию, металлообработку. В среде аргона ведут процессы, при которых нужно исключить контакт расплавленного металла с кислородом, азотом, углекислотой и влагой воздуха. Аргонная среда используется при горячей обработке титана, тантала, ниобия, бериллия, циркония, гафния, вольфрама, урана, тория, а также щелочных металлов. В атмосфере аргона обрабатывают плутоний, получают некоторые соединения хрома, титана, ванадия и других элементов (сильные восстановители). Аргон используется для предупреждения контакта и последующего взаимодействия между расплавленным металлом и окружающей атмосферой. Использование аргона позволяет оптимизировать такие производственные процессы, как перемешивание расплавленных веществ, продувка поддонов реакторов для предупреждения повторного окисления стали и обработка стали узкого применения в вакуумных дегазаторах, включая вакуумно-кислородное обезуглероживание, окислительно-восстановительных процессы и процессы открытого сжигания. Однако наибольшую популярность аргон приобрел в процессах аргоно-кислородного обезуглероживания нерафинированной высокохромистой стали, позволяя минимизировать окисление хрома.
Лабораторные исследования и анализы	В чистом виде и в соединениях с другими газами аргон используется для проведения промышленных и медицинских анализов и испытаний в рамках контроля качества. В частности, аргон выполняет функцию газовой плазмы в эмиссионной спектрометрии индуктивно-связанной плазмой (ICP), газовой подушки в атомно-абсорбционной спектроскопии в графитной печи (GFAAS) и газа-носителя в газовой хроматографии с использованием различных газоанализаторов. В соединении с метаном аргон используется в счетчиках Гейгера и детекторах рентгеновского флуоресцентного анализа (XRF), где он выполняет функцию гасящего газа. В аргоновых лазерах.
Сварка, резка и нанесение покрытия	Все шире применяется дуговая электросварка в среде аргона. Продуваемый вдоль столба дуги аргон (в смеси с водородом) предохраняет кромки разреза и вольфрамовый электрод от образования окисных, нитридных и иных пленок. Одновременно он сжимает и концентрирует дугу на малой поверхности, отчего температура в зоне резки достигает 4000-6000°С. К тому же эта газовая струя выдувает продукты резки. При сварке в аргонной струе нет надобности во флюсах и электродных покрытиях, а стало быть, и в зачистке шва от шлака и остатков флюса. Аргон используется в качестве защитной среды в процессах дуговой сварки, при поддуве защитного газа и при плазменной резке.
Электроника	Сверхчистый аргон служит в качестве газа-носителя для химически активных молекул, а также в качестве инертного газа для защиты полупроводников от посторонних примесей (например, аргон обеспечивает необходимую среду для выращивания кристаллов силикона и германия). В ионном состоянии аргон используется в процессах металлизации напылением, ионной имплантации, нормализации и травления при производстве полупроводников и высокоэффективном производстве материалов.
Автомобильная и транспортная отрасль	Аргон применяют для наполнения подушек безопасности в автомобилях.
Медицина	Очистка воздуха в операционных. Приготовление наркоза. Аргоноплазменная коагуляция.
Противопожарная безопасность	Аргон используется в качестве огнетушащего вещества в газовых противопожарных установках.