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氬氣（無色無臭的惰性氣體）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-19

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氬氣

無色無臭的惰性氣體

氬氣是用于燈泡充氣和對不銹鋼、鎂、鋁等的電弧焊接，即“氬弧焊”。

基本信息

中文名	氬氣
警示術語	普通大氣壓下無毒
分子量	39.948
原子質(zhì)量	39.948
熔點	-189.2℃

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主要應用

裝有氬氣的灰色鋼瓶

用途：一種稀有氣體。用作電弧焊接（切割）不銹鋼、鎂、鋁、和其它合金的保護氣體。還用于鋼鐵、鋁、鈦和鋯的冶煉中。放電時氬發(fā)出紫色輝光，又用于照明技術和填充日光燈、光電管、照明管等。

在釀酒的過程中，啤酒桶里的填充物，它可以把氧氣置換，以避免啤酒桶里的原料被氧化成乙酸。

熱處理工藝也用于代替氮氣和氨氣，效果更是超過氮氣和氨氣，不銹鋼熱處理時采用氬氣保護折彎效果更好不易斷裂。

氬氣是工業(yè)上應用很廣的稀有氣體。它的性質(zhì)十分不活潑，既不能燃燒，也不助燃。在飛機制造、造船、原子能工業(yè)和機械工業(yè)部門，對特殊金屬，例如鋁、鎂、銅及其合金和不銹鋼在焊接時，往往用氬作為焊接保護氣，防止焊接件被空氣氧化或氮化。

鋁業(yè)。用來替代空氣或氮氣，在鋁的制造過程中產(chǎn)生惰性氣氛；在脫氣過程中幫助去除不需要的可溶氣體；以及去除熔鋁中溶解氫氣和其他顆粒。

煉鋼。用于置換氣體或蒸氣并防止工藝流程中的氧化；用于攪拌鋼水來保持恒定的溫度和同一的成分；在脫氣過程中幫助去除不需要的可溶氣體；作為載體氣體，氬可以用層析法來確定樣品的成分；氬還能用于不銹鋼精煉中使用的氬氧脫碳工藝（AOD），目的是去除一氧化碳和減少鉻的損失。

金屬加工。氬在焊接中用作惰性保護氣；在金屬和合金的退火及輥軋中提供無氧無氮保護；以及用于沖洗熔化金屬以消除鑄件中的氣孔。

焊接保護氣。氬氣在焊接過程中作為保護氣體，可以避免合金元素的燒損以及由此而產(chǎn)生的其他焊接缺陷，從而使焊接過程中的冶金反應變得簡單而易于控制，以確保焊接的高質(zhì)量。通過對HT250灰鑄鐵進行激光重熔試驗,研究了不同氣氛保護條件下試樣重熔區(qū)氣孔的產(chǎn)生機理。研究結果表明,在氬氣保護條件下,重熔區(qū)中的氣孔為析出性氣孔;在開放條件下,重熔區(qū)的氣孔為析出性氣孔和反應性氣孔。

其他用途。電子、照明、氬氣刀等。

制備方法

在干空氣中氬的含量約為0.934%，合成氨尾氣中含氬3%~8%，工業(yè)上一般從空氣和合成氨尾氣中提取氬。

空氣分離提取氬

深冷空分的主要產(chǎn)品為純氧和純氮，其副產(chǎn)品為生產(chǎn)氬氣的主要來源。氬餾分（含8%~12%Ar）是由空分裝置的蒸餾塔上提取，其中含有氧和氮等組分，制氬流程有常規(guī)制氬和全精餾制氬兩種，而純氬的制取主要是脫除氬餾分中的氧、氮和氫等雜質(zhì)。

合成氨尾氣提取氬

合成氨尾氣由其弛放氣和氨罐排放氣組成，其組成為：60%~70%H2、20%~25%N2、3%~8%Ar、8%~12%CH4及約3%NH3。合成氨尾氣提氬有低溫精餾法和冷凝蒸發(fā)法，典型流程有三塔提氬流程和兩塔提氬流程及帶熱泵循環(huán)提氬裝置三種，其生產(chǎn)工藝包括原料氣凈化、脫氫、脫甲烷和脫氮四步工序。

人體危害

侵入途徑：吸入。

常壓下無毒。高濃度時，使氧分壓降低而發(fā)生窒息。氬濃度達50%以上，引起嚴重癥狀；75%以上時，可在數(shù)分鐘內(nèi)死亡。當空氣中氬濃度增高時，先出現(xiàn)呼吸加速，注意力不集中，共濟失調(diào)；繼之，疲倦無力、煩躁不安、惡心、嘔吐、昏迷、抽搐、甚至死亡。

危險性類別：第2.2類，不燃氣體。

泄漏案例

烏魯木齊機場加氣站施工時氬氣泄漏致5死5傷

烏魯木齊市高新區(qū)一企業(yè)2名工人在烏魯木齊國際機場飛機維修基地加氣站旁一工程施工焊接過程中，發(fā)生氬氣泄漏窒息。機場機務維護人員及醫(yī)護人員在不明情況下進行施救，又造成多人昏迷。事故造成5人死亡、5人重傷。

事故發(fā)生后，自治區(qū)領導立即作出批示，要求自治區(qū)安監(jiān)局迅速趕赴事故現(xiàn)場，全力以赴搶救受傷人員，做好遇難人員的善后處置工作，徹查事故原因。

自治區(qū)安監(jiān)局、烏魯木齊市等有關部門組織人員迅速趕赴醫(yī)院和事故現(xiàn)場，進行傷員搶救和事故處理工作。事故原因正在進一步調(diào)查中。

氬化合物

芬蘭科學家合成惰性氣體元素氬化合物

HArF模型

芬蘭赫爾辛基大學的科學家在24日出版的英國《自然》雜志上報告說，他們首次合成了惰性氣體元素氬的穩(wěn)定化合物——氟氬化氫，分子式為HArF。這樣，6種惰性氣體元素氦、氖、氬、氪、氙和氡中，就只有原子量最小的氦和氖尚未被合成穩(wěn)定化合物了。惰性氣體可廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)療、光學應用等領域，合成惰性氣體穩(wěn)定化合物有助于科學家進一步研究惰性氣體的化學性質(zhì)及其應用技術。

在惰性氣體元素的原子中，電子在各個電子層中的排列，剛好達到穩(wěn)定數(shù)目。因此原子不容易失去或得到電子，也就很難與其它物質(zhì)發(fā)生化學反應，因此這些元素被稱為“惰性氣體元素”。

在原子量較大、電子數(shù)較多的惰性氣體原子中，最外層的電子離原子核較遠，所受的束縛相對較弱。如果遇到吸引電子強的其他原子，這些最外層電子就會失去，從而發(fā)生化學反應。1962年，加拿大化學家首次合成了氙和氟的化合物。此后，氡和氪各自的化合物也出現(xiàn)了。

原子越小，電子所受約束越強，元素的“惰性”也越強，因此合成氦、氖和氬的化合物更加困難。赫爾辛基大學的科學家使用一種新技術，使氬與氟化氫在特定條件下發(fā)生反應，形成了氟氬化氫。它在低溫下是一種固態(tài)穩(wěn)定物質(zhì)，遇熱又會分解成氬和氟化氫?？茖W家認為，使用這種新技術，也可望分別制取出氦和氖的穩(wěn)定化合物。

在加拿大工作的英國年輕化學家巴特列特（N．Bartlett）一直從事無機氟化學的研究。自1960年以來，文獻上報道了數(shù)種新的鉑族金屬氟化物，它們都是強氧化劑，其中高價鉑的氟化物六氟化鉑（PtF6）的氧化性甚至比氟還要強。巴特列特首先用PtF6與等摩爾氧氣在室溫條件下混合反應，得到了一種深紅色固體，經(jīng)X射線衍射分析和其他實驗確認此化合物的化學式為O2PtF6，其反應方程式為：

O+PtF→OPtF

這是人類第一次制得O+2的鹽，證明PtF6是能夠氧化氧分子的強氧化劑。巴特列特頭腦機敏，善于聯(lián)想類比和推理。他考慮到O2的第一電離能是1175.7千焦/摩爾，氙的第一電離能是1175.5千焦/摩爾，比氧分子的第一電離能還略低，既然O2可以被PtF6氧化，那么氙也應能被PtF6氧化。他同時還計算了晶格能，若生成XePtF6，其晶格能只比O2PtF6小41.84千焦/摩爾。這說明XePtF6一旦生成，也應能穩(wěn)定存在。于是巴特列特根據(jù)以上推論，仿照合成O2PtF6的方法，將PtF6的蒸氣與等摩爾的氙混合，在室溫下竟然輕而易舉地得到了一種橙黃色固體XePtF6：

Xe+PtF6→XePtF6該化合物在室溫下穩(wěn)定，其蒸氣壓很低。它不溶于非極性溶劑四氯化碳，這說明它可能是離子型化合物。它在真空中加熱可以升華，遇水則迅速水解，并逸出氣體：

2XePtF6+6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2+12HF

發(fā)現(xiàn)歷史

具有歷史意義的第一個含有化學鍵的“惰性”氣體化合物誕生了，從而很好地證明了巴特列特的正確設想。1962年6月，巴特列特在英國ProccedingsoftheChemicalSociety雜志上發(fā)表了一篇重要短文，正式向化學界公布了自己的實驗報告，一下震動了整個化學界。持續(xù)70年之久的關于稀有氣體在化學上完全惰性的傳統(tǒng)說法，首先從實踐上被推翻了?；瘜W家們開始改變了原來的觀念，摘掉了冠以稀有氣體頭上名不副實的“惰性”的帽子，拆除了人為的樊籬，很快形成了一個合成和研究新的稀有氣體化合物的熱潮，開辟了一個稀有氣體化學的新天地。

認識上的障礙一旦拆除，更多的稀有氣體化合物很快被陸續(xù)合成出來。就在同年8月，柯拉森（H．H．Classen）在加熱加壓的情況下，以1∶5體積比混合氙與氟時，直接得到了XeF4，年底又制得了XeF2和XeF6。氙的氟化物的直接合成成功，更加激發(fā)了化學家合成稀有氣體化合物的熱情。在此后不長的時間內(nèi)，人們相繼又合成了一系列不同價態(tài)的氙氟化合物、氙氟氧化物、氙氧酸鹽等，并對其物理化學性質(zhì)、分子結構和化學鍵本質(zhì)進行了廣泛的研究和探討，從而大大豐富和拓寬了稀有氣體化學的研究領域。到1963年初，關于氪和氡的一些化合物也陸續(xù)被合成出來了。至今，人們已經(jīng)合成出了數(shù)以百計的稀有氣體化合物，但卻僅限于原子序數(shù)較大的氪、氙、氡，至于原子序數(shù)較小的氦、氖、氬，仍未制得它們的化合物，但有人已從理論上預測了合成這些化合物的可能性。1963年，皮門陶（Pimentaw）等人根據(jù)HeF2的電子排布與穩(wěn)定的HF-2離子相似這一點，提出了利用核反應制備HeF2的3種設想：（1）制取TF-2，再利用氚〔3H（T）〕的β衰變合成HeF2：TF-2→HeF2+β；（2）用熱中子輻射LiF，生成HeF2；（3）直接用α粒子轟擊固態(tài)氟而產(chǎn)生HeF2。但毛姆等人則認為，HeF2和HF-2的電子排布雖然相似，但HF-2可以看成是一個H-跟兩個F原子作用成鍵，H-的電離能僅為22.44千焦/摩爾，而He的電離能卻高達801.5千焦/摩爾，因此是否存在HeF2，在理論上是值得懷疑的，氦能否形成化合物，至今仍是個不解之謎。

急救處理

一：切斷氣源，迅速撤離泄漏污染區(qū)，處理泄漏事故人員戴自給正壓式呼吸器，處理液氬應配帶防凍護具。若氣瓶泄漏而無法堵漏時，將氣瓶移至空曠安全處放。二、防護措施呼吸系統(tǒng)防護：一般不需特殊防護。但當作業(yè)場所空氣中氧氣濃度低于18%時，必須佩戴空氣呼吸器、氧氣呼吸器或長管面具。

若吸入，迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。呼吸。心跳停止，立即進行心肺復蘇術，就醫(yī)。

皮膚接觸，如果發(fā)生凍傷，將患部浸泡于保持在38~42℃的溫水中復溫，不要涂擦，不要使用熱水或輻射熱。使用清潔、干燥的敷料包扎，就醫(yī)。

處置儲存

氬氣可在低于-184℃的溫度下以液態(tài)形式儲存和運送，但焊接用氬氣大多裝于鋼瓶中使用。

氬氣瓶是一種鋼制圓柱形高壓容器，其外表面涂成灰色并注有綠色“氬”字標志字樣。

氬氣瓶在使用中嚴禁敲擊、碰撞、瓶閥凍結時，不得用火烘烤；不得用電磁起重搬運機搬運氬氣瓶；夏季要防日光暴曬；瓶內(nèi)氣體不能用盡，返廠氬氣瓶氣余壓力應不小于0.2MPa；氬氣瓶一般直立放置。

儲存注意

正式壓呼吸器

儲存于通風庫房，遠離火種、熱源；氣瓶應有防倒措施。大于10立方米低溫液體儲槽不能放在室內(nèi)。瓶裝氣體產(chǎn)品為高壓充裝氣體，使用時應經(jīng)減壓降壓后方可使用。包裝的氣瓶上均有使用的年限，凡到期的氣瓶必須送往有部門進行安全檢驗，方能繼續(xù)使用。每瓶氣體在使用到尾氣時，應保留瓶內(nèi)余壓在0.5MPa，最小不得低于0.25MPa余壓，應將瓶閥關閉，以保證氣體質(zhì)量和使用安全。瓶裝氣體產(chǎn)品在運輸儲存、使用時都應分類堆放，嚴禁可燃氣體與助燃氣體堆放在一起，不準靠近明火和熱源，應做到勿近火、勿沾油臘、勿爆曬、勿重拋、勿撞擊，嚴禁在氣瓶身上進行引弧或電弧，嚴禁野蠻裝卸。

消防注意

滅火方法：本品不燃。切斷氣源。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠處

貯運注意事項

在貯運過程中輕裝輕卸，嚴防碰損，防止高溫。氬氣沒有腐蝕性，在常溫下可使用碳鋼、不銹鋼、銅、銅合金、等通用金屬材料及一般的塑性材料和彈性材料。在低溫下常用聚四氟乙烯和聚三氟氯化乙烯聚合體來作墊圈、隔膜等。

應急措施

危險特性，若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。

滅火方法，本品不燃，根據(jù)著火原因選擇適當滅火器滅火。

大量泄漏，根據(jù)氣體擴散的影響區(qū)域劃定警戒區(qū)，無關人員從側風、上風向撤離至安全區(qū)。應急處理人員戴正壓自給式呼吸器，穿一般作業(yè)工作服，液化氣體泄漏時穿防寒服，盡可能切斷泄露源，泄漏場所保持通風。

安全防護

氬本身無毒，但在高濃度時有窒息作用。當空氣中氬氣濃度高于33%時，即氧氣濃度比平時減少2/3以下時，就有窒息的危險。當氬氣濃度超過50%時，出現(xiàn)嚴重癥狀，濃度達75%以上時，能在數(shù)分鐘內(nèi)死亡。

窒息癥狀表現(xiàn)為，最初出現(xiàn)呼吸加快，注意力減退，肌肉運動失調(diào)，繼而出現(xiàn)判斷力下降，失去所有感覺，情緒不穩(wěn)，全身疲乏，進而出現(xiàn)惡心、嘔吐、衰弱、意識喪失、痊孿、昏睡，以致死亡。液態(tài)氬濺入眼內(nèi)可引起炎癥，觸及皮膚可引起凍傷。氬氣可用玻璃瓶或鋼瓶貯裝。

最高允許濃度：中國，未制定標準；美國，ACGIH未制定標準。

工程控制：密閉操作，提供良好的自然通風條件。

呼吸系統(tǒng)防護：一般不需要特殊防護，但當作業(yè)場所空氣中氧氣濃度低于18%時，必須佩戴空氣呼吸器或長管面具。

眼睛防護：一般不需要特殊防護。

身體防護：穿一般作業(yè)工作服。

手防護：戴一般作業(yè)防護手套。

其他防護：避免高濃度吸入。

參考資料

[1]

氬氣的特殊用途及安全防護知識 · 氬氣的特殊用途及安全防護知識[引用日期2014-12-04]

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