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氬氣是一種稀有氣體,因其化學惰性、穩定性及獨特的物理性質,被廣泛應用于焊接保護、金屬冶煉、半導體制造等領域。工業上提取氬氣主要依靠空氣分離法和合成氨尾氣提取法,這兩種方法憑借其高效性與經濟性成為主流工藝。
一、空氣分離法:深冷空分與精餾技術
空氣分離法是基于空氣中各組分沸點差異的物理分離技術。首先,將空氣經過壓縮機加壓并冷卻至液化溫度(-196℃左右),形成液態空氣混合物。隨后,利用精餾塔進行多級分離:氧氣沸點為-183℃,氮氣為-196℃,氬氣介于兩者之間(沸點為-185.9℃)。通過控制溫度與壓力,氮氣優先蒸發,氧氣與氬氣則被冷凝分層。得到的氬氣餾分(含8%-12%Ar)再通過全精餾工藝,進一步去除氧、氮、氫等雜質,最終獲得純度高達99.999%的高純氬。該方法工藝成熟,適合大規模生產,是全球氬氣供應的主要來源。
二、合成氨尾氣提取法:工業副產品的資源化利用
合成氨生產過程中產生的尾氣(如弛放氣與氨罐排放氣)中含有3%-8%的氬氣,成為重要的氬氣回收資源。該工藝分為低溫精餾與冷凝蒸發兩步:首先對尾氣進行凈化處理,去除氫氣、甲烷及氨等雜質;隨后通過雙塔或三塔精餾系統,利用不同組分的冷凝-蒸發特性分離氬氣。例如,三塔流程中,第一塔脫除甲烷與氫氣,第二塔分離氮與氬,第三塔則通過熱泵循環進一步純化氬氣。這種方法不僅回收了工業廢氣中的稀有資源,還降低了環境污染,實現資源循環利用。
三、其他提取技術:多元途徑補充
除主流工藝外,高溫燃燒法、氬礦提取法等亦具可行性。高溫燃燒法通過電弧或火焰使空氣成分燃燒生成氮氧化物,再經化學還原得到氬氣,適用于實驗室或特殊場景。氬礦提取則針對富含氬的放射性礦物(如鉀長石),通過粉碎、加熱、蒸餾等步驟分離氬氣,但受限于礦源分布與成本,尚未形成規模化應用。
結語:氬氣工業的未來展望
隨著新能源、高端制造等產業的快速發展,氬氣需求持續攀升。空氣分離與合成氨尾氣提取技術的優化,如壓縮機效率提升、精餾工藝智能化控制,將進一步提高氬氣提取效率與純度。同時,綠色提取路徑(如膜分離耦合精餾技術)的研發,有望降低能耗與碳排放。氬氣作為工業“血液”的角色,將在科技進步中持續煥發生機。

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