Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Распространенность
Инертные газы широко представлены во Вселенной — в атмосфере, природных газах, минералах, космосе.
Атмосфера. В табл. 1.1 приведен состав воздуха [5, 6]. Для большей наглядности уместно пояснить, что в 1000 м3 воздуха содержится 9,34 м3 Аг, 18,18 л Ш, 5,24 л Не, 1,14 л Кг и лишь 86 см3 Хе. Очевидно, что аргон вообще не может быть отнесен
Таблица I. I
Состав сухого воздуха
Содержание Содержание
Компонент об. % вес. % Компонент об. % вес. %
о2 N2 Аг СО, Ne" 20,946 78,084 0,934 0,033 1,818-Ю-з 23,139 75,521 1,288 0,050 1,267-Ю-3 Не Кг Хе Rn 5,239-Ю-* 1,14-10-4 0,86-Ю~5 0,60-Ю-і» 0,724-Ю-* 3,29-Ю-1 0,39-10-4 0,70-10—18
6
к числу редких газов, и при нынешних масштабах техники разделения воздуха для получения кислорода и азота возможности попутного получения аргона весьма обширны.
Для определения объемного содержания данного изотопа в воздухе следует объемное содержание газа в воздухе (из табл. 1.1) умножить на значения, приведенные в последней графе табл. 1.2, и произведение разделить на Ю4. Так, содержание Не3 в воздухе оценим как^5,239-10-4.1,3-10-4.10-4 = 6,8-10-12, или 6,8-Ю-5 миллионных долей.
Количество инертных газов в атмосфере оценивается следующими данными.т: Не-4-1010; Ые-7,Ы0, Аг —4.10», КГ_2-Ю10 Хе— МО9. Распространенность стабильных изотопов в атмосфере, т: Не3-4-10"; Ые2' - 18,5-108; Аг38-2,4-10"; КГ78_7.107; Хе126 — 9- 105; Ип —5-102.
Таблица 1.2
Стабильные изотопы и их относительное содержание н атмосфере
Средний атомный вес Массовое число Относительное содер-
Элемент изотопа жание, об. %
Не 4,0026 3 0,00013
4 100
Ne 20,179 20 90,92
21 0,257
22 8,82
Аг 39,948 36 0,337
-Э8 0,063
40 99,600
Кг 83,80 78 0,354
80 2,27
82 11,56
83 11,55
84 56,90
86 17,37
Хе 131,30 124 0,096
126 0,090
128 1,919
129 26,44
130 4,08
131 21,18
132 26,89
134 10,44
136 8,87
Природные газы. Гелионосные природные газы — единственный ныне реальный источник промышленного получения гелия.
Богатейшие ресурсы гелионосных природных горючих газов (в основном метана) сосредоточены на юго-западной территории США — в. штатах Канзас, Оклахома, Техас, Нью-Меквико, Юта, Аризона. Обычно содержание гелия в горючих (метанистых) газах невелико (0,01—0,1 об.%), но газы упомянутых районов США характеризуются высоким содержанием гелия — 0,3— 2,0 об.% и выше; так, в районе Амарилло (Техас) среднее содержание гелия в горючих газах составляет 1,8%, в районе Ик-селл (Техас) —0,9%, в районе Кейес (Оклахома) —2,0% и т. д. Газы с очень высоким содержанием гелия (свыше 2%) обычно принадлежат к типу так называемых сухих (азотистых) газов, характеризующихся сравнительно небольшим дебитом. Результаты исследования геологии месторождений природных гелионосных газов США приведены в работе Роджерса [8]. Данные более поздних исследований опубликованы в бюллетенях Горного бюро США [9], которое контролирует гелиевые ресурсы США и осуществляет получение чистого гелия. Запасы гелия в США оцениваются в 5,65-109 м3 [10]; учитывались газы с содержанием гелия 0,3% и выше. На протяжении ряда десятилетий США были монопольными обладателями гелия (~99% мировых запасов). В связи с бурным ростом его потребления (см. ниже) включаются в переработку бедные гелионосные газы с содержанием гелия 0,3% и ниже.
Сравнительно крупные месторождения сухих (азотистых) гелионосных газов обнаружены в Канаде (провинция Саскаче-ван). Запасы гелия оцениваются в (Зч-5) • 107 м3. Содержание гелия 1,8—1,9%, азота — 96%, остальное — углекислый газ. В 1964—1965 гг. сооружена и пущена в эксплуатацию первая в Канаде установка для извлечения гелия [11]; ее годовая производительность 3,4-105 м3 чистого гелия (содержание примесей не превышает 0,005%). После завершения пабот по расширению первой установки и сооружению второй (1968—1969 гг.) Канада стала получать свыше 2-Ю6 м3 чистого гелия в год [12].
В 1954 г. опубликовано сообщение о газовом месторождении в Южно-Африканской Республике, содержащем 8% Не [13]. Гелий обнаружен в газах некоторых нефтеносных районов Ближнего Востока, в Алжире, Японии (каменноугольный бассейн Иобан, г. Такахаги), Танганьике, а также в газах, выделяющихся со дна Северного моря. Фирмой «Мессер-Гризхейм» (ФРГ) в Гронингене (Нидерланды) недавно сооружена установка для выделения гелия из природных газов. Содержание гелия 0,06%, производительность установки 35 м3 чистого гелия в час [14], примеси других газов не превышают Ы0~4 об.%.
СССР также располагает гелионосными газовыми месторождениями (Поволжье, Коми АССР и др.) и производит чистый гелий [15].
Концентрация других инертных газов в природных газах ниже, чем в воздухе [16]. Мы уже указывали на ничтожное со-
, :>X,
держание изотопа Не3 в гелии воздуха (см. табл. 1.2). Любопытно отметить, что в гелии природного газа оно в 7,6 раза ниже (0,17-10-4%).
Другие источники инертных газов не представляют промышленного интереса. Можно указать на содержание гелия во многих минералах — клевеите, фергюсоните, монаците, торианите и др. Содержание гелия в этих минералах составляет 0,8— 3,5 см3/г, а в торианите оно достигает 1,0,5 см3/г [17].
