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氬氣（無(wú)色無(wú)臭的惰性氣體）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-19

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氬氣

無(wú)色無(wú)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(shù)語(yǔ)	普通大氣壓下無(wú)毒
分子量	39.948
原子質(zhì)量	39.948
熔點(diǎn)	-189.2℃

展開(kāi)

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(shí)氬發(fā)出紫色輝光，又用于照明技術(shù)和填充日光燈、光電管、照明管等。

在釀酒的過(guò)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(guò)氮氣和氨氣，不銹鋼熱處理時(shí)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(mén)，對特殊金屬，例如鋁、鎂、銅及其合金和不銹鋼在焊接時(shí)，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(lái)替代空氣或氮氣，在鋁的制造過(guò)程中產(chǎn)生惰性氣氛；在脫氣過(guò)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(lái)保持恒定的溫度和同一的成分；在脫氣過(guò)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(lái)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(wú)氧無(wú)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(guò)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(guò)程中的冶金反應變得簡(jiǎn)單而易于控制，以確保焊接的高質(zhì)量。通過(guò)對HT250灰鑄鐵進(jìn)行激光重熔試驗,研究了不同氣氛保護條件下試樣重熔區氣孔的產(chǎn)生機理。研究結果表明,在氬氣保護條件下,重熔區中的氣孔為析出性氣孔;在開(kāi)放條件下,重熔區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(lái)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(wú)毒。高濃度時(shí)，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(shí)，可在數分鐘內死亡。當空氣中氬濃度增高時(shí)，先出現呼吸加速，注意力不集中，共濟失調；繼之，疲倦無(wú)力、煩躁不安、惡心、嘔吐、昏迷、抽搐、甚至死亡。

危險性類(lèi)別：第2.2類(lèi)，不燃氣體。

泄漏案例

烏魯木齊機場(chǎng)加氣站施工時(shí)氬氣泄漏致5死5傷

烏魯木齊市高新區一企業(yè)2名工人在烏魯木齊國際機場(chǎng)飛機維修基地加氣站旁一工程施工焊接過(guò)程中，發(fā)生氬氣泄漏窒息。機場(chǎng)機務(wù)維護人員及醫護人員在不明情況下進(jìn)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，自治區領(lǐng)導立即作出批示，要求自治區安監局迅速趕赴事故現場(chǎng)，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。

自治區安監局、烏魯木齊市等有關(guān)部門(mén)組織人員迅速趕赴醫院和事故現場(chǎng)，進(jìn)行傷員搶救和事故處理工作。事故原因正在進(jìn)一步調查中。

氬化合物

芬蘭科學(xué)家合成惰性氣體元素氬化合物

HArF模型

芬蘭赫爾辛基大學(xué)的科學(xué)家在24日出版的英國《自然》雜志上報告說(shuō)，他們首次合成了惰性氣體元素氬的穩定化合物——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定化合物了。惰性氣體可廣泛應用于工業(yè)、醫療、光學(xué)應用等領(lǐng)域，合成惰性氣體穩定化合物有助于科學(xué)家進(jìn)一步研究惰性氣體的化學(xué)性質(zhì)及其應用技術(shù)。

在惰性氣體元素的原子中，電子在各個(gè)電子層中的排列，剛好達到穩定數目。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(xué)反應，因此這些元素被稱(chēng)為“惰性氣體元素”。

在原子量較大、電子數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(huì )失去，從而發(fā)生化學(xué)反應。1962年，加拿大化學(xué)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(xué)的科學(xué)家使用一種新技術(shù)，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)穩定物質(zhì)，遇熱又會(huì )分解成氬和氟化氫。科學(xué)家認為，使用這種新技術(shù)，也可望分別制取出氦和氖的穩定化合物。

在加拿大工作的英國年輕化學(xué)家巴特列特（N．Bartlett）一直從事無(wú)機氟化學(xué)的研究。自1960年以來(lái)，文獻上報道了數種新的鉑族金屬氟化物，它們都是強氧化劑，其中高價(jià)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(xiàn)衍射分析和其他實(shí)驗確認此化合物的化學(xué)式為O2PtF6，其反應方程式為：

O+PtF→OPtF

這是人類(lèi)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(lèi)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(shí)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(shuō)明XePtF6一旦生成，也應能穩定存在。于是巴特列特根據以上推論，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定，其蒸氣壓很低。它不溶于非極性溶劑四氯化碳，這說(shuō)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)現歷史

具有歷史意義的第一個(gè)含有化學(xué)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(xué)界公布了自己的實(shí)驗報告，一下震動(dòng)了整個(gè)化學(xué)界。持續70年之久的關(guān)于稀有氣體在化學(xué)上完全惰性的傳統說(shuō)法，首先從實(shí)踐上被推翻了。化學(xué)家們開(kāi)始改變了原來(lái)的觀(guān)念，摘掉了冠以稀有氣體頭上名不副實(shí)的“惰性”的帽子，拆除了人為的樊籬，很快形成了一個(gè)合成和研究新的稀有氣體化合物的熱潮，開(kāi)辟了一個(gè)稀有氣體化學(xué)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合成出來(lái)。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(shí)，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(xué)家合成稀有氣體化合物的熱情。在此后不長(cháng)的時(shí)間內，人們相繼又合成了一系列不同價(jià)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(xué)性質(zhì)、分子結構和化學(xué)鍵本質(zhì)進(jìn)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(xué)的研究領(lǐng)域。到1963年初，關(guān)于氪和氡的一些化合物也陸續被合成出來(lái)了。至今，人們已經(jīng)合成出了數以百計的稀有氣體化合物，但卻僅限于原子序數較大的氪、氙、氡，至于原子序數較小的氦、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(mén)陶（Pimentaw）等人根據HeF2的電子排布與穩定的HF-2離子相似這一點(diǎn)，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(gè)H-跟兩個(gè)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(gè)不解之謎。

急救處理

一：切斷氣源，迅速撤離泄漏污染區，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(wú)法堵漏時(shí)，將氣瓶移至空曠安全處放。二、防護措施呼吸系統防護：一般不需特殊防護。但當作業(yè)場(chǎng)所空氣中氧氣濃度低于18%時(shí)，必須佩戴空氣呼吸器、氧氣呼吸器或長(cháng)管面具。

若吸入，迅速脫離現場(chǎng)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(jìn)行心肺復蘇術(shù)，就醫。

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。

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(shí)，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?jì)葰怏w不能用盡，返廠(chǎng)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(fēng)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。瓶裝氣體產(chǎn)品為高壓充裝氣體，使用時(shí)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(mén)進(jìn)行安全檢驗，方能繼續使用。每瓶氣體在使用到尾氣時(shí)，應保留瓶?jì)扔鄩涸?.5MPa，最小不得低于0.25MPa余壓，應將瓶閥關(guān)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(shí)都應分類(lèi)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(jìn)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(huà)將容器從火場(chǎng)移至空曠處

貯運注意事項

在貯運過(guò)程中輕裝輕卸，嚴防碰損，防止高溫。氬氣沒(méi)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(lái)作墊圈、隔膜等。

應急措施

危險特性，若遇高熱，容器內壓增大，有開(kāi)裂和爆炸的危險。

滅火方法，本品不燃，根據著(zhù)火原因選擇適當滅火器滅火。

大量泄漏，根據氣體擴散的影響區域劃定警戒區，無(wú)關(guān)人員從側風(fēng)、上風(fēng)向撤離至安全區。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(shí)穿防寒服，盡可能切斷泄露源，泄漏場(chǎng)所保持通風(fēng)。

安全防護

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

窒息癥狀表現為，最初出現呼吸加快，注意力減退，肌肉運動(dòng)失調，繼而出現判斷力下降，失去所有感覺(jué)，情緒不穩，全身疲乏，進(jìn)而出現惡心、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(fēng)條件。

呼吸系統防護：一般不需要特殊防護，但當作業(yè)場(chǎng)所空氣中氧氣濃度低于18%時(shí)，必須佩戴空氣呼吸器或長(cháng)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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