Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
В последние годы сооружаются большие помещения [34] для горячей обработки тугоплавких металлов в инертной среде; так, фирма «Юниверсал сайклопс стил корпорейшн» соорудила цех объемом 2000 м3с аргонной атмосферой. Чистота аргона 99,97%. Персонал входит в помещение через тамбуры в изолирующих костюмах с дыхательными аппаратами.
Применение инертных газов для многих областей потребовало изменения понятий о чистоте газов [35]; содержание в них примесей даже такого малоактивного газа, как азот, не должно превышать 30 миллионных долей, а примесей кислорода— не более 5—б миллионных долей. Современная техника обеспечивает получение больших количеств инертных газов высокой чистоты — 99,999%, но стоимость чистых инертных газов все еще высока, и в каждом конкретном случае при возможности выбора следует с учетом всех факторов оценить, что предпочтительнее—вакуумная среда или среда инертного газа [36]. Нет надобности доказывать, что получение и сохранение глубокого вакуума в больших емкостях — крайне сложная и дорогостоящая операция.
Инертная среда не только может часто заменять вакуум, но имеет ряд важных технических преимуществ; так, наряду с созданием пассивной среды инертные газы одновременно выполняют динамические функции: выносят пары, не являющиеся целевыми продуктами данного процесса, в атмосферу, создают требуемый тепловой режим.
^Иногда целесообразно комбинировать вакуум с инертной средой на различных стадиях процесса, что, в частности, позволяет 18
сократить расход газа. Следует преодолеть устаревшие представления о «редких газах» и невозможности получить большие объемы чистых инертных газов. Желательно ориентироваться на аргон, который не является дефицитным и может быть получен в больших количествах. В каждом конкретном случае надо оценивать экономическую целесообразность его повторной очистки; иногда оказывается более экономичной периодическая замена инертной среды чистым аргоном с выбросом загрязненного аргона в атмосферу. Применение гелия для технологических нужд (металлургия, сварка, химическая технология) должно быть всемерно ограничено, так' как гелий незаменим и крайне необходим в ряде областей (криогенная, ракетная, ядерная техника).
В 1959 г. в США было получено 14,12-106''м3 Аг (см. табл. 1.3); из них 65% использовано для сварки, 30%—в металлургии, 2%—в светотехнике, 3%—для различных других целей. Полученный в 1959—1960 гг. гелий расходовался следующим образом: для ракетной техники —21% (передавливание ракетного топлива и др.), для ядерной техники — 19%, для сварки (создания инертной среды) —18%, для метеорологии, аэронавтики—23%, для авиации —5%, остальное —в других многочисленных областях (криогенная, электровакуумная и другие отрасли техники) [37]. В 1962—1963 гг. распределение гелия между потребителями складывалось следующим образом: ракетная техника —30%, атомная техника — 20 %, сварка, защитная среда — 18%, аэрология (наполнение аэростатов и др.) —12%, прочие области потребления (течеискатели, криогенная техника, хроматография, теплоноситель и др.)—20%. Свыше 75% произведенного гелия поступает в распоряжение правительственных учреждений США.
Не представляется возможным детально рассмотреть все многообразные сферы применения инертных газов; ниже мы ограничимся краткой характеристикой основных областей их применения.
Металлургия. Развитие атомной энергетики потребовало разработки многих металлургических процессов, включающих на некоторых стадиях применение инертных сред (аргона или гелия) высокой чистоты [38]. Речь идет о получении урана, плутония, тория, бериллия, циркония, гафния, ниобия, лития, щелочноземельных и щелочных металлов, тантала, титана. Велика роль инертных газов в порошковой металлургии, в технологии полупроводниковых материалов — германия, кремния [39], а также при получении некоторых специальных сортов нержавеющей стали.
Как известно, получение металлического урана, циркония, титана и других металлов осуществляется восстановлением хлоридов .или фторидов (2гС14, ТлС14, №4) кальцием или магнием. Этот процесс требует применения инертного газа; так, в про-
19
дессе получения циркония [40, 41] инертная среда применяется в качестве замедлителя, регулятора скорости химической реакции
2гС14 (пар) + 2Л^ (жидк.) -> Ъх (тв.) 2М|?12 (расплав).
Герметизированный реактор тщательно откачивается и многократно промывается инертной средой для полного удаления из системы кислорода, азота и других примесей. Инертный газ уменьшает скорость переноса паров ЪтСЛ\, а также скорость испарения магния, что исключает реакцию паров магния с парами 2гС14 с образованием тонкодисперсного порошка циркония. После завершения процесса восстановления получается смесь 2г, М§С1г, М^. Очистка производится дистилляцией под вакуумом, а после завершения дистилляции система заполняется инертным газом для охлаждения до комнатной температуры; инертный газ в дистилляционном сосуде служит для охраны губки циркония, которая очень пирофорна на этой стадии. Массивная губка циркония далее измельчается для плавления и отливки слитков, что также требует инертной среды.
