Аргон для чего используется

Аргон — свойства и сферы применения

Некоторые газы называются инертными и не реагируют на воздействие иных химических веществ. Из них нельзя синтезировать какое-то химическое соединение. Тем не менее, такие газы используют в промышленности, где актуальны их физические свойства. Один из инертных газов — аргон. В этой статье мы расскажем о характеристиках газа аргона, областях применения. Поясним, что это такое — газ аргон в химии и физике. Расскажем, какое давление в баллоне аргона поддерживается. Эта информация поможет вам лучше понять, в каких целях, каким образом с какими ограничениями вы можете использовать этот технический газ на вашем предприятии или в быту.

Некоторые газы называются инертными и не реагируют на воздействие иных химических веществ. Из них нельзя синтезировать какое-то химическое соединение. Тем не менее, такие газы используют в промышленности, где актуальны их физические свойства. Один из инертных газов — аргон. В этой статье мы расскажем о характеристиках газа аргона, областях применения. Поясним, что это такое — газ аргон в химии и физике. Расскажем, какое давление в баллоне аргона поддерживается. Эта информация поможет вам лучше понять, в каких целях, каким образом с какими ограничениями вы можете использовать этот технический газ на вашем предприятии или в быту.

Чаще всего этот благородный газ применяют в сварочных работах, при резке металлов, при вакуумной упаковке продуктов. В некоторых огнезащитных системах его используют для пожаротушения.

В воде это вещество почти не растворяется, не поддерживает горение. Аргон не ядовит, например, при сварке средства защиты от этого газа не нужны.

История открытия aргона

Первооткрыватели — Джон Стретт и Вильям Рамзай. Они обнаружили включение аргона, исследуя азот. Его они прежде получили из воздуха в ходе химических реакций. При разных способах извлечения азот приобретал различную плотность. Поэтому ученые заподозрили присутствие инертного газа. Его они выделили в 1894 году. Значение слова argon — «ленивый», что отражает неактивность вещества в отношении других элементов.

Способы получения аргона

В значительном объеме газ содержится в воздухе. Поэтому его выделяют из воздушной массы с помощью низкотемпературных ректификационных установок. Этот процесс протекает в несколько этапов:

В ректификационной установке инертный газ кипит при −185,3˚С, кислород — на три градуса выше, азот — на тринадцать ниже.

Аргон также получают в процессах производства как побочный продукт. Его извлекают, производя аммиак. В данном случае Ar смешан с азотом и не представляет ценности, стоит намного дешевле криогенного аргона.

Физические свойства

Благородный газ весит больше воздуха, он плотнее. Его плотность 1,78 кг/м 3 при 0 °С и нормальном давлении. Газ кипит при −185,85 °C. Температура жидкого аргона −190 °C.

Химические свойства

Аргон занимает 18-ю позицию в Периодической системе химических элементов. Масса его атома 39,948. Относительно объема воздуха доля газа — 0,9325% об., иначе 1,2862% вес. У аргона невысокий потенциал ионизации, равный 15,7 В. Химические соединения газ образовывает с несколькими гидридами. При нормальных условиях аргон не имеет цвета, вкуса и запаха, не горит.

Виды аргона

Обнаружены изотопы аргона с атомной массой от 29 до 54. В воздухе 3 вида изотопов Ar:

Агрегатных состояний три:

Применение аргона

Где используется аргон? В промышленности много сфер его применения. Например, в химических реакциях для вытеснения из вещества кислорода. Эксплуатация аргона обходится дешевле в сравнении с иными инертными газами. Он формирует защитную среду при сварке метизов, вытесняет воду и кислород в резервуарах для хранения продуктов.

Аргоном наполняют колбы осветительных приборов — ламп накаливания. С ним приборы дольше и ярче светят. Применяют аргон и при изготовлении люминесцентных ламп. С ним легче зажигается электродуга, дольше служат электроды.

Аргоном заполняют стеклопакеты для окон, чтобы повысить их звуко- и теплоизоляцию. Газ прозрачен и позволяет оконным компаниям выпускать многослойные стеклопакеты с аргоном без ущерба для их светопрозрачности.

Применяют инертный газ и при плазменной резке металлоизделий. С ним дуга возникает при небольшом напряжении, можно использовать конструктивно простые аппараты. Когда с применением аргона генерируется плазма, получают минимум вредных летучих соединений при обработке металла. Вот почему для ручных аппаратов аргон — лучший компаньон.

Аргон применяют и в медицине. С его помощью выполняют аргоновую коагуляцию, удаляют новообразования, останавливают кровотечения.

В химической промышленности с использованием аргона получают сверхчистые вещества, анализируют их. В металлургии с помощью Ar перемешивают расплавленные вещества, обрабатывают тантал, титан, цирконий, бериллий и иные металлы. Инертный газ помогает сокращать окисление хрома при выпуске покрытой хромом стали.

Применение аргона в сварке

Сваривая металлы, аргон используют для поддержания защитной среды. В случае работы с черными металлами, аргон смешивают с кислородом, двуокисью углерода, гелием, водородом.

Поскольку инертный газ тяжелее воздуха, он эффективнее защищает металлоизделия при сварочных работах. Распространяясь по поверхности метиза, аргон долго и надежно защищает обширный участок расплавленного и подогретого металла. В сварочных работах благодаря использованию аргона получают безупречный шов и повышают производительность. Шов хорошо проплавляется при одной проходке. С Ar можно применять более дешевые сварочные проволоки.

Сваривая алюминий в листах, аргон смешивают с гелием для оптимальной температуры обработки. При TIG сварке газ защищает сварочную ванну и оконечник электрода.

Вредность и опасность аргона

Для экологии аргон безопасен, но он принадлежит к группе удушающих газов. Он может скапливаться возле пола в плохо проветриваемых комнатах. По мере его накопления, кислорода в воздухе становится меньше, что может спровоцировать удушье. То есть в больших объемах инертный газ вредит человеку, животным.

Как жидкость аргон кипит при низкой температуре. Чистый Ar может спровоцировать обморожение, повредить слизистую глаз.

Давление аргона в баллоне

Зависимость давления аргона в баллоне от температуры воздуха

Меры предосторожности при эксплуатации

Хранение и транспортировка аргона

Аргон в форме газа или жидкости поставляют, соблюдая ГОСТ 10157. Вещество хранят и перевозят в газообразной форме в емкостях согласно ГОСТ 949, при этом баллоны находятся под давлением 15 МПа. Требования к баллонам с аргоном — соответствие ГОСТ 949, серая краска снаружи, отметка полоской и меткой «АРГОН ЧИСТЫЙ» — зеленого цвета. Также на таре указывают дату изготовления и аттестации, вес, объём. Перевозят аргон и в виде жидкости в емкостях Дьюара, в дальнейшем ее газифицируют.

Очень важно соблюдать требования к баллонам, чтобы те не утратили функциональность, не возникло утечки технического газа. В закрытом пространстве она чревата удушьем. Аргоновые баллоны — в виде цилиндра, различаются объемом:

Нормальное давление в емкости 150 атм. Однако, при хранении инертного газа в резервуарах по 40 л допускается давление до 200 атм.

Вверху аргонового баллона есть вентиль — его поворачивают для перекрывания подачи газа. Запорный механизм защищает от повреждений специальный колпак.

При перевозке машины с аргоном маркируют специальным знаком, чтобы оповестить окружающих о транспортировке нетоксичного и невзрывоопасного содержимого. Документацию на транспортировку оформляют согласно правилам ДОПОГ.

При транспортировке Ar нужно:

Перевозить до 18 баллонов аргона по 40 л считается безопасным — спецразрешение для такой перевозки не требуется. Но соблюдать технику безопасности и названные выше требования к транспортировке в любом случае необходимо.

Теперь вы знаете больше о свойствах газа аргона, техническом составе вещества, где применяется аргон, температуру его замерзания и плавления, при каком давлении аргон хранят и перевозят, чтобы создать правильные условия для эксплуатации этого газа.

Если вашему предприятию нужен аргон чистый или смешанный с другими техническими газами, вы можете заказать его в баллонах в ООО «ТАНТАЛ-Д». Мы оперативно поставим нужные объемы, строго соблюдая технику безопасности. Вы можете выбрать и купить в нашей компании разнообразные криогенные газы для производственных, медицинских, бытовых нужд.

Источник

Газ аргон: технические характеристики и применение

Инертные газы практически не вступают в реакцию с другими веществами, поэтому их нельзя использовать, например, для отопления жилища или производства химических соединений. Несмотря на свой «асоциальный характер» такие элементы получили очень большое распространение в промышленности, благодаря наличию очень интересных физических свойств. Газ аргон относится именно к таким элементам.

Об основных качествах аргона, а также о сферах его применения будет подробно рассказано в этой статье.

Аргон: технические характеристики

Аргон представляет собой бесцветный газ, который не оказывает никакого действия на органы вкуса и обоняния. Этот одноатомный элемент является одним из самых распространённых инертных газообразных веществ на земле.

Аргон был открыт в конце XIX века британским учёным Джоном Стреттом. Исследователь проводил опыты по выделению азота из воздуха. В результате экспериментов было выяснено, что азот полученный таким образом имеет немного большую плотность, чем в случае, когда для получения этого газа использовались органические вещества. Учёный предположил, что азот из атмосферы содержит примесь неизвестного на тот момент газообразного вещества. Впоследствии, эти догадки были подтверждены, и аргон был получен в чистом виде и тщательно исследован.

Учёных, которые пытались произвести различные опыты с аргоном, ошеломил тот факт, что этот газ не вступал в реакцию с другими химическими элементами. Таким образом удалось впервые получить благородный газ с подобными характеристиками.

Несмотря на отсутствие соединений аргон, как и другие вещества, обладает физическими свойствами. К наиболее важным характеристикам газа относятся:

Аргон практически не растворяется в воде, а также абсолютно безопасен в плане пожарной активности. Этот газ не ядовит, поэтому при работе с ним не требуется использовать каких-либо средств защиты.

Где применяется аргон

Аргон получил большое распространение в промышленности. Инертные свойства этого газа особенно востребованы в различных производственных процессах, где необходимо вытеснить один из самых активных элементов – кислород. Использование аргона очень дёшево, в сравнении с другими инертными летучими веществами, поэтому газ незаменим в том случае, когда требуется защитная среда при сваривании металлов, а также вытеснение влаги и кислорода в ёмкостях, где хранятся пищевые продукты.

Наполнение колб ламп накаливания инертным газом, позволяет значительно увеличить ресурс работы осветительного прибора. Кроме повышенного срока использования такие элементы обладают большей яркостью. Используется инертный газ и при производстве люминесцентных ламп. Применение аргона позволяет облегчить запуск разряда электрической дуги, а также значительно увеличить ресурс электродов.

При изготовлении стеклопакетов, инертным газом заполняются полости между стёклами, что позволяет значительно улучшить теплоизоляционные свойства. Учитывая тот факт, что аргон является абсолютно прозрачным, использование его никак не ограниченно даже при изготовлении многослойных конструкций.

Инертный газ аргон используется также в установках плазменной резки металлов. Преимущество использования этого газа заключается в том, что для возникновения дуги не требуется слишком высокого напряжения, поэтому такие установки могут иметь очень простую конструкцию. При генерации плазмы с использованием аргона образуется минимальное количество вредных газообразных веществ во время выполнения резки, поэтому этот метод идеально подходит для ручных приборов.

Благодаря возможности образовывать плазму при относительно невысоком напряжении, этот благородный газ используется в медицине для проведения аргоновой коагуляции. Такой метод успешно используется для удаления новообразований, а также для остановки кровотечений.

Аргон применяется и в химической промышленности. Благодаря отсутствию взаимодействия с другими элементами этот газ используется для получения сверхчистых веществ, а также для их анализа. В металлургической промышленности благородный газ позволяет обрабатывать такие металлы, как: титан, тантал, ниобий, бериллий, цирконий и др. Кроме этого, газ используется для перемешивания расплавленных веществ и снижения окисления хрома при производстве хромированной стали.

Способы получения аргона

Аргон является третьим по распространённости газом в земной атмосфере, поэтому наиболее логичным способом является добывание его из воздуха. Для этой цели используются специальные низкотемпературные ректификационные аппараты.

Процесс отделения инертного вещества осуществляется в такой последовательности:

Температура кипения аргона в ректификационной установке составляет минус 185,3˚С. При этом, кислород кипит при температуре на 3 градуса выше, а азот – на 13˚С ниже этого показателя. По причине небольшого отличия в переходе из одного агрегатного состояния в другое, на первом этапе отделения аргона смесь содержит большое количество жидкого кислорода. На заключительной стадии получения аргона производится отделение благородного газа из кислородно-аргоновой смеси. Процесс доочистки, как правило, осуществляется с помощью электролитического водорода. В результате реакции в контактном аппарате с кислородом образуется водяной пар, который затем утилизируется через влагоотделитель.

Аргон может быть получен не только из атмосферного воздуха. При некоторых производственных процессах этот газ может являться сопутствующим продуктом. Например, при производстве аммиака, аргон является примесью азота и является совершенно ненужным элементом, поэтому полученный таким образом газ имеет очень низкую себестоимость, в сравнении с криогенным аргоном.

Правила хранения и транспортировки

Хранение и перевозка газа осуществляется в специальных металлических баллонах. Несмотря на то, что аргон является инертным газом, к ёмкостям всё равно предъявляются определённые технические требования, нарушение которых приведёт к невозможности использовать сосуд в дальнейшем. Кроме этого, утечка благородного газа в закрытом помещении может вызвать тошноту и потерю сознания у людей, ведь этот газ тяжелее воздуха и способен вытеснить необходимый для дыхания кислород.

Баллоны, используемые для хранения и транспортировки аргона, представляют собой цилиндрические ёмкости, которые могут быть разделены на следующие категории:

Стандартное давление в аргоновом баллоне составляет 150 атм, но в ёмкостях объёмом 40 литров разрешается хранить газ давлением до 200 атм. На ёмкости для хранения аргона наносится информация о дате изготовления и аттестации, а также такие параметры, как вес и объём.

Аргоновые баллоны имеют в верхней части горловины вентиль, с помощью которого можно надёжно перекрыть подачу газа, а также колпак, который защищает запорное устройство от механических повреждений.
Все баллоны, вне зависимости от объёма, окрашиваются в серый цвет и маркируются надписью «Аргон» зелёного цвета.

Транспортировка аргона должна осуществляться по правилам. Автомобили должны маркироваться специальным знаком, которые указывает на перевозку нетоксичных и невзрывоопасных веществ. Все документы оформляются в строгом соответствии с правилами ДОПОГ.

Кроме этого, при перевозке аргона необходимо:

При перевозке аргона в количестве до 18 баллонов (объём 40 л) груз не является опасным, поэтому специальное разрешение не требуется. Тем не менее, даже при перемещении небольших партий следует придерживаться вышеописанных правил транспортировки ёмкостей с этим газом.

Источник

Получение и 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

Пищевая промышленность

Производство стекла, цемента и извести

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

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

Медицина

Противопожарная безопасность

Источник

Аргон – самый ленивый газ

Содержание

На данный момент известны изотопы аргона с массовыми числами от 29 до 54, но в в земной атмосфере он представлен тремя стабильными изотопами:

История открытия aргона

Аргон был открыт Джоном Уильямом Стреттом (John Strutt) и Сэром Уильямом Рамзаем (Sir William Ramsay) при исследовании азота, полученного из воздуха химическим путем. Несовпадение плотности этого газа при различных способах получения натолкнуло этих ученых на идею о присутствии в воздухе какого-то тяжелого инертного газа, который и был выделен ими в 1894 г. и назван argon, что с греческого переводится как «ленивый», «медлительный», «неактивный».

Способы получения аргона

Аргон получают как побочный продукт, при производстве кислорода и азота из воздуха методом низкотемпературной ректификации (см. получение аргона)

Применение аргона

Наиболее часто аргон применяют:

Применение аргона в сварке

Аргон применяют в качестве защитной среды при сварке активных и редких металлов (титана, циркония и ниобия) и сплавов на их основе, алюминиевых и магниевых сплавов, а также хромоникелевых коррозионностойких жаропрочных сплавов, легированных сталей различных марок.

Аргон, являясь более тяжелым, чем воздух, своей струей лучше защищает металл при сварке в нижнем положении. Растекаясь по поверхности свариваемого изделия, он защищает достаточно длительно довольно широкую и протяженную зону как расплавленного, так и нагретого при сварке металла.

Применение аргона позволяет повысить температуру сварочной дуги, что улучшает проплавление сварного шва, увеличивая производительность сварки в целом. При этом проплавление приобретает «кинжальную» форму, что дает возможность выполнять однопроходную сварку в щелевую разделку металла больших толщин. При сварке в среде аргона (как и иных инертных газов) минимизируется выгорание активных легирующих элементов, что позволяет использовать более дешевые сварочные проволоки.

При TIG сварке аргон служит защитой не только для сварочной ванны от вредного воздействия воздуха, а также инертной защитой конца электрода.

Для дуговой сварки в целом аргон применяется гораздо чаще, чем гелий, однако при сварке листового алюминия толщиной менее 6 мм аргон рекомендуют смешивать с гелием, чтобы обеспечить нужную теплопроводность. В некоторых случаях аргонно-гелиевые смеси используют для зажигания дуги, после чего сварка происходит в присутствии гелия. Этот метод применяется для сварки толстолистового алюминия вольфрамовым электродом при постоянном токе.

Вредность и опасность аргона

Аргон не оказывает опасного воздействия на окружающую среду, но относится к асфиксантам (удушающий газ). Поскольку газообразный аргон тяжелее воздуха он может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается содержание кислорода в воздухе, что вызывает кислородную недостаточность и удушье. Поэтому можно сделать вывод, что в больших количествах аргон вреден для организма человека.

Жидкий аргон – низкокипящая жидкость, которая может вызвать обморожение кожи и поражение слизистой оболочки глаз человека.

Хранение и транспортировка аргона

Газообразный и жидкий аргон поставляется по ГОСТ 10157. Хранят и транспортируют газообразный аргон в баллонах по ГОСТ 949 под давлением 15МПа.

Стальные баллоны должны соответствовать ГОСТ 949. Баллон окрашивается в серый цвет с зеленой полосой и зеленой надписью «АРГОН ЧИСТЫЙ».

Возможна транспортировка аргона в жидком виде в специальных цистернах или сосудах Дьюара с последующей его газификацией.

Характеристики аргона

Характеристики Ar представлены в таблицах ниже:

Источник