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封面故事
稀有气体 COVER STORY

包装
• 溅射 ： 溅射是直接或间接去除材 包装
料的沉积。该过程是由气相原子
或分子在固体表面上进行物理冲 气体 液体
击所引发的。通过选择类似质量 钢瓶 MCP (集装格) 导弹车 杜瓦瓶 集装箱 大宗液体槽车
的稀有气体，可以优化溅射产率。 氦气
• 刻蚀 ：稀有气体用于刻蚀反应。 氩气
特别地，氙气在某些高纵横比刻 氖气
氪气
蚀应用中运用其电离电位和化学
惰性的组合来调节刻蚀反应中的 氙气
电荷分布。 图5. 稀有气体通过广泛的气体和液体包装供应。
点低得多，因此不能通过氮气蒸馏 氦气的商业化生产始于美国，它
生产和供应 塔液化得到。这种“轻的”气流将 被作为第一次世界大战期间军事应用
低温蒸馏 被压缩并输送到次级现场进一步净 观察飞船的战略物质。20 世纪大部
稀有气体的生产和供应是 130 化和包装。 分时间的主要商业资源是来源于跨越
多年前由 Carl von Linde 率先开发出 相反地，氪气和氙气的沸点高得 堪萨斯州，俄克拉荷马州和德克萨斯
来的，与低温蒸馏分离空气的方式 多，它们作为“重的废料”被氧气蒸 州的部分地区的雨果区。在此期间，
相同。空气中组分的相对丰度（图 3） 馏塔排除。 它们要在现场进行精化 美国政府继续把氦气资源视为战略性
和沸点（图 4）显示了生产成本和供 以去除大部分的氧气，再被输送到次 的，将获得的过剩原料通过天然气提
应纯度为 99.999+% 的主要材料的可 级现场进行进一步纯化 – 包括彼此分 取，并将副产品进行存储，再返还至
用性。 离，以及包装。 废弃的渗水岩的储液中。被称为联邦
氩气 氦气 氦气存储，由土地管理局（BLM）管
氩气是地球大气中第四多的气 氦气是除氢气外在宇宙中发现的 理的存储氦气正按照 2013 年的氦气
体。它是通过空气分离装置（ASU） 最丰富的元素，但它在地球上相对较 管理法的流程被销售，而此前的初级
分离氧气和氮气制造的，也就是说它 少。由于地壳中钍和铀的放射性衰变， 供应的商业影响将逐渐变少并在不久
是通过二次蒸馏液氧得到的，而不是 使得地球上形成氦气。氦气通过地质 的将来变得微乎其微。
蒸馏初级空气制得。因为氩气的沸点 裂缝的升高，与天然气堆积在相同的 同时，在过去几十年来，地球上
在氮气和氧气的沸点之间，所以要从 岩层中。然而，只有某些沉积物具有 开发出了重要的新兴资源。西伯利亚
蒸馏塔中心附近的井中取出富氩混合 足够高的浓度才能在商业上可行，但 大量资源的潜在开发将有望继续满足
物，再进行进一步的低温分离。也可 它们比空气蒸馏成本低。 日益增长的全球需求。
在氨气工厂吹扫气流中回收氩气，这
在典型的半导体工厂中稀有气体的相对使用量 稀有气体相对价格
也可以作为氮气的初始原料处理非常 10000
大的空气流。 300
氖气，氪气和氙气 250 1000
氖气，氪气，氙气也可以作为氮
200
气和氧气的副产物得到。由于它们在 100
150
空气中的含量非常小，因此只有大型
100
10
的空气分离装置（ASU）才能获得转
50
化商业价值数量的粗产品：每天（tpd）
0 1
至少需要 1000 吨的氧气量。 氩气 氦气 激光气体 氩气 氦气 氖气 氪气 氙气
（98 +％氖气）
氖气的沸点比氮气和氧气的沸 图6. 稀有气体的使用量和价格成反比。

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