Криптон ксенон

КРИПТОН КСЕНОН

Менее чем полвека назад в научных кругах общим было убеждение, что из-за рассеянности криптона и ксенона в воздухе человечество навсегда лишено надежды на получение этих газов в промышленных масштабах и, следовательно, на практическое их использование. Ведь концентрация ксенона в воздухе меньше, чем золота в воде океанов, а золото из морской воды извлекают только в фантастических романах. Чтобы получить 1 м³ ксенона, надо подвергнуть переработке по меньшей мере 11 млн, м³ воздуха, или 14 тыс. т.
 
Несмотря на справедливость этих данных, пессимистический прогноз оказался ошибочным. Задача промышленного извлечения криптона и ксенона из воздуха технически давно решена. Объемы их производства быстро нарастают, а стоимость уменьшается. Теперь предстоит повысить выпуск и снизить стоимость этих газов настолько, чтобы открыть им широкую дорогу в ряд отраслей техники и медицины, где только нехватка и экономические соображения сдерживают их применение. Криптон и ксенон получают на многих крупных установках попутно с другими компонентами воздуха. Комплексное разделение воздуха с выделением криптона и ксенона позволяет снизить стоимость получения важнейшего компонента воздуха — кислорода.
 
Криптон ксенон — наименее летучие компоненты воздуха — скапливаются вместе с жидким кислородом в самой теплой части аппарата, откуда их и выделяют. Жидкий кислород подвергают ректификации, в результате чего получают криптоновый концентрат, содержащий 0,1—0,2%  криптона и еще меньше ксенона. Прежде чем продолжить ректификацию, концентрат очищают от углеводородов, главным образом ацетилена и метана. Эта операция диктуется соображениями безопасности: ацетилен и метан, будучи растворенными в жидком кислороде, способны при известных условиях взрываться с огромной силой. Впервые взрыв кислородного аппарата произошел в 1908 г. вблизи г. Льежа (Бельгия), в дальнейшем катастрофы случались и в других местах. Взрывы прекратились, как только была налажена очистка кислорода  от  углеводородов.
 
Очищенный концентрат вновь сжижают и продолжают процесс ректификации во второй колонне при 1,5—2 ат. В отбираемом снизу колонны богатом концентрате — сыром криптоне — имеется уже 10—20% криптона.
По мере концентрирования смесь-снова обогащается углеводородами, поэтому ректификацию еще раз превращают, чтобы газифицировать сырой криптон и сжечь в нем углеводороды. После этого смесь в последний раз направляют в блок разделения, откуда выходит технический криптон, содержащий 88—98% криптона и 5—8% ксенона. Этим газом под давлением 50 ат наполняют стальные баллоны, окрашенные в черный цвет с желтой полосой и желтой надписью.
 
Таким образом, получить криптон — это значит переработать в сотни тысяч раз большие объемы кислорода.  Оттого в нашей стране получение значительных количеств криптона, а с ним и ксенона стало возможным только на основе мощной кислородной промышленности. Правда, в Венгрии и Франции работали построенные до второй мировой войны заводы, где криптон и ксенон извлекали непосредственно из воздуха по способу Ж. Клода, основанному на способности жидкого воздуха хорошо растворять тяжелые инертные газы. В нескольких промывных колоннах газообразный воздух поднимается навстречу жидкому, который вымывает из него до 80% криптона и ксенона. Затем обогащенный жидкий воздух разделяют обычной ректификацией. Метод не получил распространения и теперь оставлен из-за больших капитальных и энергетических затрат.
 
Ксенон в процессе разделения воздуха скапливается в техническом криптоне, который содержит в среднем до 7% ксенона. Разделить криптоно-ксеноновую смесь способом ректификации нетрудно, так как точки кипения этих газов отстоят друг от друга на 44°. Для охлаждения межтрубного пространства конденсатора удобно использовать жидкий метан, температура кипения которого лишь немногим ниже температуры кипения криптона.
 
Установки для выделения ксенона всегда миниатюрны. Даже на крупнейших кислородных установках аппарат для разделения криптоно-ксеноновой смеси свободно умещается на обычном лабораторном столе. Это неудивительно: из суточной продукции аппарата производительностью 35 000 м3 кислорода в час может быть выделено не более 3,5 м³ технического криптона. Из этого количества вырабатывается 225 л газообразного или около 400 мл жидкого ксенона.
Ксенон отделяют от криптона также методом избирательного поглощения на активированном угле, используя лучшую адсорбируемость ксенона, так же, как в случае неоно-гелиевой смеси.
 
В нашей стране выпускают криптон двух сортов — технический и чистый. Первый содержит не менее 99,5% криптона и ксенона суммарно. Чистый же продукт должен содержать не менее 98,5 об. % Кr, а Хе — не более 1 об. %. Строго нормируется содержание примесей O2, СO2, H2, N2 + Аr, углеводородов,, влаги. Баллоны с криптоном емкостью не более 55 л под давлением 50 и 100 ат окрашены в черный цвет с одной желтой полосой в верхней части и желтой надписью. Кроме того, выпускается криптоно-ксеноновая смесь, в которой не более 94,5% Кr и не менее 5% Хе. Баллоны со смесью также черные, но имеют две желтые полосы и желтую надпись «Криптон—ксенон».
Отечественный ксенон выпускается как продукт «чистый» и «высокой чистоты». В первом ксенона не менее-99,4 об.%, а во втором — 99,9%. Криптона в «чистом» ксеноне не должно быть более 0,5%, а в высокочистом — не более 0,05%. Баллоны с ксеноном небольшие, до 12 л; они окрашены в оранжевый цвет и снабжены черной надписью «Ксенон».
 
Д.Д. Финкельштейн — Инертные газы . А.С. Ассовская — Гелий на земле и во вселенной .
Статья на тему Криптон ксенон