10 ứng dụng phổ biến của khí Argon

08/11/2022

Argon là một loại khí hiếm với các đặc tính độc đáo được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp và khoa học. Hãy cùng khí công nghiệp Hỷ Vân đi tìm hiểu về loại khí này và những ứng dụng của nó qua bài viết dưới đây.

1. Khí Argon là gì

Argon là nguyên tố hóa học ký hiệu Ar, số hiệu nguyên tử là 18, nằm trong nhóm 18 của bảng tuần hoàn hóa học và là một chất khí hiếm.
Argon chỉ chiếm khoảng 0,9% thể tích khí quyển, nhưng nó là loại khí nhiều thứ ba trong không khí chỉ sau Nitơ và Oxy. Nó dồi dào hơn 2 lần so với hơi nước, gấp 23 lần CO₂ và hơn 500 lần so với Neon. Điều đó khiến nó trở thành loại khí hiếm phổ biến nhất trên trái đất.
Cái tên Argon có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp, mang ý nghĩa là “lười biếng” hoặc “không hoạt động”. Nó thể hiện Argon là một loại khí trơ về mặt hóa học, trong thực tế nguyên tố hóa học này hầu như không có phản ứng với bất kỳ chất nào khác.
Phần lớn argon trên Trái đất đến từ sự phân rã phóng xạ của Kali ⁴⁰K thành Argon ⁴⁰Ar. Hơn 99% argon trên trái đất là đồng vị ⁴⁰Ar
Theo ước tính, trữ lượng Argon trên trái đất khoảng 65 nghìn tỷ tấn và con số này tăng lên theo thời gian khi ⁴⁰K phân hủy, mỗi năm hơn 700 nghìn tấn khí Argon được khai thác.
Trong vũ trụ, argon khá hiếm, đồng vị phổ biến nhất của argon trong vũ trụ là ³⁶Ar

Tính chất vật lý

- Argon là một dạng khí đơn thể, không màu, không mùi, không vị, không cháy và không độc, các thuộc tính này không thay đổi ở cả thể khí và lỏng.
- Argon tồn tại trong khí quyển với nồng độ dưới 1% (0,934%) theo thể tích.
- Argon là thành viên của một nhóm khí đặc biệt được gọi là khí “hiếm”, “quý” hoặc “trơ” . Các khí khác trong nhóm này là heli, neon, krypton, xenon và radon. Chúng là những chất khí có cấu tạo lớp vỏ ngoài cùng chứa đầy các electron. Tất cả các thành viên của nhóm này đều phát ra ánh sáng khi bị kích điện, Argon tạo ra ánh sáng tím nhạt. Các tia laze Argon phát ra ánh sáng xanh lam đặc trưng
- Điểm sôi bình thường của Argon là –185,9°C rất lạnh, nằm giữa điểm sôi của nitơ và oxy, hai thành phần chính của không khí.
- Điểm đóng băng của Argon chỉ thấp hơn vài độ so với điểm sôi bình thường của nó, –199,3°C
- Chất khí này nặng hơn không khí khoảng 1,4 lần và ít tan trong nước tương tự oxy.

Khí Argon phát ra ánh sáng tím khi bị ion hóa

Tính chất hóa học

Argon trơ về mặt hóa học trong hầu hết các điều kiện và không tạo thành hợp chất ổn định nào được xác nhận ở nhiệt độ và áp suất phòng.
Hiện nay, người ta biết rất ít về các hợp chất hóa học của Argon. Mặc dù Argon fluorohydride (HArF) – một hợp chất của argon với flo và hidro đã được quan sát thấy tại −256,1°C nhưng nó rất không ổn định.
Các nhà khoa học dự đoán rằng có thể tồn tại các hợp chất ổn định của argon tại các điều kiện khắc nghiệt, mặc dù chúng vẫn chưa được tổng hợp.

2. Lịch sử phát hiện

- Khí Argon được phát hiện bởi một nhà hóa học người Scotland, Sir William Ramsay và nhà hóa học người Anh, Lord Rayleigh vào năm 1894.
  Tuy nhiên, nhà khoa học người Anh, Henry Cavendish đã xác định được sự hiện diện của argon từ 200 năm trước khi ông tìm thấy một lượng nhỏ khí còn sót lại trong khi tách nitơ và oxy khỏi không khí. Mặc dù ông đoán được sự hiện diện của một nguyên tố khác trong không khí, nhưng ông không thể xác nhận điều đó.
  Ramsay đã lặp lại thí nghiệm của Cavendish vào năm 1894 và phân tích phần khí chưa biết còn sót lại bằng phương pháp quang phổ. Trong khi đó, Rayleigh cũng đang thực hiện thí nghiệm tương tự. Gần như cùng lúc, cả hai nhà khoa học cùng nhau công bố loại khí không xác định đó và đặt tên cho nó là Argon.
- Ký hiệu phân tử của argon từng là A. Đến năm 1957, Liên minh Hóa học Ứng dụng và Tinh khiết Quốc tế (IUPAC) đã thay đổi ký hiệu của argon thành Ar.

3. Ứng dụng

Argon được đánh giá cao vì tính trơ hoàn toàn của nó, đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Ngoài ra do có trữ lượng dồi dào trong bầu khí quyển, nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, tuy nhiên lại không có chức năng sinh học nào từng được biết đến. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của khí Argon.

Sản xuất kim loại

- Trong quá trình sản xuất thép, oxy và argon được thổi vào kim loại nóng chảy. Việc bổ sung argon làm giảm sự tổn thất crom và đạt được hàm lượng cacbon mong muốn ở nhiệt độ thấp hơn.
- Trong quá trình sản xuất thép chất lượng cao, argon được dùng làm khí thổi để tránh sự hình thành nitrua.
- Trong sản xuất nhôm, argon được sử dụng để hỗ trợ tẩy dầu mỡ và loại bỏ hidro hòa tan và các hạt từ nhôm nóng chảy.
- Trong sản xuất titan, argon dùng làm khí trơ để tránh quá trình oxy hóa và phản ứng với nitơ (titan là kim loại duy nhất sẽ cháy trong môi trường 100% nitơ).
- Argon được sử dụng trong sản xuất zirconium.
- Argon cũng được sử dụng như một tấm chắn khí trong quá trình đúc và khuấy kim loại.

Làm khí che chắn trong công nghệ hàn, cắt kim loại

- Argon là loại khí trơ hoàn toàn có trữ lượng dồi dào và ít tốn kém nhất trong các loại khí hiếm. Nó là sự lựa chọn tuyệt vời làm bảo vệ trong công nghệ hàn TIG hay còn gọi là hàn hồ quang bằng điện cực không nóng chảy trong môi trường khí bảo vệ. Khí argon có tác dụng bảo vệ điện cực và vũng hàn trước tác dụng oxy hóa của không khí.
  Khi sử dụng hàn TIG, trong quá trình hàn sẽ không có kim loại bắn tung tóe nên không cần làm sạch mối hàn. Do đó, hàn hồ quang có thể tiết kiệm thời gian và an toàn hơn. Mặt khác, với hàn khí Argon, bạn có thể hàn ở mọi vị trí trong không gian, khi hàn cũng có thể quan sát vũng hàn và hồ quang hàn. Nhiệt độ tập trung cao nên hạn chế được sự biến dạng của liên kết hàn, giúp mối hàn có chất lượng cao hơn đối với hầu hết các kim loại và hợp kim. Hàn Ar có thể được dùng với các loại kim loại màu và hợp kim, hàn thép hợp kim cao…
  Argon tinh khiết thường được sử dụng với nhôm.
  Hỗn hợp argon và carbon dioxide thường được sử dụng để hàn MIG của các loại thép kết cấu thông thường.
- Cắt hồ quang plasma và hàn hồ quang plasma sử dụng khí plasma (argon và hidro) để cung cấp nhiệt độ rất cao khi được sử dụng với mỏ hàn đặc biệt.

Khí Argon được sử dụng trong công nghệ hàn TIG

- Xem thêm: Cách lựa chọn khí bảo vệ phù hợp cho hàn TIG/MIG

Sản xuất bóng đèn

- Argon và các khí khác trong nhóm khí hiếm đều phát ra ánh sáng khi có dòng điện đi qua nên chúng được sử dụng để sản xuất bóng đèn neon. Argon phát ra ánh sáng màu tím nhạt.
- Argon được sử dụng làm khí độn trong bóng đèn huỳnh quang và đèn sợi đốt. Điều này loại trừ oxy và các khí phản ứng khác giúp giảm tốc độ bay hơi, tốc độ oxi hóa của dây tóc vonfram, cho phép nhiệt độ dây tóc cao hơn mà không gây cháy nổ. Người ta thường sử dụng phổ biến nhất là hỗn hợp 93% argon và 7% nitơ ở áp suất 70 kPa.

Điện tử

- Trong ngành công nghiệp bán dẫn, Argon được sử dụng cùng với mêtan làm khí phụ và khí che chắn trơ có độ tinh khiết cao, để nuôi cấy các tinh thể silic và germani
  - Xem thêm: Vai trò của khí công nghiệp trong sản xuất chất bán dẫn

Chất bảo quản

- Argon được sử dụng trong sản xuất rượu vang để thay thế oxy trong thùng chứa, ngăn ngừa sự hình thành giấm.
- Tương tự, nó được sử dụng trong các nhà hàng, quán bar cho phép bảo quản các chai đã mở mà không làm thay đổi chất lượng rượu.
- Argon cũng được sử dụng làm chất bảo quản cho các sản phẩm như vecni , polyurethane và sơn.
- Argon không làm giảm chất lượng giấy hoặc mực trên các tài liệu mỏng manh nên nó được sử dụng làm khí bảo vệ các tài liệu lịch sử. Điển hình như bản tuyên ngôn độc lập và hiến pháp của Hoa Kỳ được lưu trữ trong các hộp chứa đầy argon để ngăn chặn sự xuống cấp của chúng.
- Argon cũng có thể được sử dụng để bảo quản các hóa chất, vật liệu nhạy cảm.

Bản tuyên ngôn độc lập của Hoa Kỳ được bảo quản bằng khí Argon

Y tế

- Argon được sử dụng để thực hiện phẫu thuật lạnh để phá hủy có chọn lọc các vùng nhỏ của mô bị bệnh hoặc bất thường, đặc biệt là trên da. Sử dụng argon giúp kiểm soát quá trình tốt hơn, chính xác hơn so với các kỹ thuật trước đây sử dụng nitơ lỏng.
- Argon được sử dụng để điều trị rối loạn nhịp tim bằng cách phá hủy các tế bào cản trở sự phân bố bình thường của các xung điện.
- Tia laze argon xanh được sử dụng trong phẫu thuật để hàn động mạch, tiêu diệt khối u, chỉnh sửa các dị tật ở mắt.

Lặn biển

- Argon có thể được sử dụng để tạo ra hỗn hợp thở gọi là Argox để giúp loại bỏ nitơ hòa tan khỏi máu trong quá trình giảm áp, như khi lặn dưới biển sâu.
- Argon cũng được sử dụng để tạo 1 lớp cách nhiệt bên trong bộ đồ lặn (drysuit) vì nó trơ và có độ dẫn nhiệt thấp.

In 3D

- Một ứng dụng đang phát triển mạnh của Argon là trong ngành in 3D để tạo ra những loại chi tiết với các yêu cầu khắt khe về tiêu chuẩn và vật liệu nhằm áp dụng cho công nghệ không gian, y tế và sản xuất ô tô. Argon giúp tạo ra 1 màng bảo vệ sản phẩm in 3D trong quá trình làm nóng và nguội nhanh vật liệu in, ngăn cản quá trình oxy hóa kim loại cũng như các phản ứng khác ảnh hưởng tiêu cực lên cấu tạo cấu trúc của sản phẩm.

Nghiên cứu khoa học

- Argon lỏng được sử dụng trong các thí nghiệm khoa học, bao gồm thí nghiệm neutrino và tìm kiếm vật chất tối.
- Xác định niên đại bằng đồng vị phóng xạ Argon-39. Với chu kỳ bán rã 269 năm, nó được sử dụng để xác định tuổi của các mẫu nước ngầm và lõi băng.
- Argon có thể được sử dụng làm khí mang trong sắc ký khí và phổ khối lượng ion hóa tia điện; nó là khí được lựa chọn cho plasma được sử dụng trong quang phổ ICP. Argon được ưa chuộng dùng cho lớp phủ phún xạ của các mẫu vật để quét kính hiển vi điện tử.
- Khí argon cũng thường được sử dụng để lắng đọng phún xạ các màng mỏng như trong vi điện tử và làm sạch wafer trong chế tạo vi mô.

Chế tạo vật liệu cách nhiệt

- Khí Argon được nạp vào giữa các lớp của kính cách nhiệt hiệu suất cao. Vì nó không chỉ khô, không màu, mà còn là một loại khí tương đối nặng giúp giảm thiểu sự truyền nhiệt giữa các tấm kính bằng cách giảm tốc độ chuyển động đối lưu của khí nạp.
- Lốp xe ô tô hạng sang có thể được bơm khí argon để bảo vệ cao su và giảm tiếng ồn khi di chuyển tốc độ cao trên đường.

Khí Argon được bơm vào giữa 2 lớp kính có tác dụng cách nhiệt, cách âm

Một số ứng dụng khác

- Sử dụng làm chất đẩy trong các bình khí dung.
- Sử dụng như một chất đẩy trong tên lửa VASIMR, hoặc làm mát đầu dò của một số phiên bản tên lửa AIM-9 Sidewinder và một số loại tên lửa khác sử dụng đầu dò nhiệt.
- Khí Argon từng được các vận động viên sử dụng như một chất doping để mô phỏng tình trạng thiếu oxy.

…

4. Sản xuất Argon công nghiệp

Argon có thể được gọi là “PLAR” (argon lỏng tinh khiết) hoặc “CLAR” (argon lỏng thô), hoặc theo ký hiệu hóa học của nó là “Ar”. Argon thô thường được coi là sản phẩm trung gian để sản xuất argon tinh khiết. Tuy nhiên, một lượng argon thô cũng được bán dưới dạng sản phẩm cuối cùng cho các mục đích sử dụng không cần argon có độ tinh khiết cao, ví dụ như một số ứng dụng luyện thép và hàn. Khí Argon công nghiệp thường được sản xuất bằng 2 phương pháp:

Phương pháp chưng cất không khí đông lạnh

Argon được sản xuất công nghiệp chủ yếu bằng phương pháp chưng cất phân đoạn đông lạnh không khí. Đây cũng là phương pháp để sản xuất oxy, nitơ, neon, krypton và xenon có độ tinh khiết cao. Vì điểm sôi của argon rất gần với nhiệt độ của oxy (chênh lệch chỉ 2,9°C) nên việc tách argon nguyên chất khỏi oxy đòi hỏi nhiều giai đoạn chưng cất.
Ước tính có khoảng 65 nghìn tỷ tấn argon đang bay lơ lửng trong bầu khí quyển của chúng ta. Với việc sản xuất khoảng 700 nghìn tấn argon mỗi năm, thế giới có nguồn cung argon không hạn chế.

Sản phẩm phụ của quá trình sản xuất amoniac

Cũng giống như việc sản xuất CO₂ công nghiệp, một lượng argon thương mại cũng có thể được sản xuất cùng với việc sản xuất amoniac như một sản phẩm phụ.
Khí tự nhiên được “cải cách” với hơi nước để tạo ra “khí tổng hợp” có chứa hydro, carbon monoxide và carbon dioxide. “Cải cách thứ cấp” với không khí và hơi nước chuyển đổi CO thành CO₂, đồng thời bổ sung nitơ cần thiết để tạo ra amoniac (NH₃).
Hỗn hợp nitơ và hydro cùng với một lượng nhỏ argon sau đó được nén đến áp suất cao và phản ứng với sự hỗ trợ của chất xúc tác. Vì là khí trơ nên Argon không phản ứng và tích tụ lại. Từ đây Argon có thể được thu hồi và tinh chế.
Hầu hết các nhà máy amoniac hiện nay không sử dụng không khí làm nguồn cung cấp trực tiếp cho quá trình sản xuất amoniac. Thay vào đó, trước tiên họ xử lý nó thông qua một bộ phận tách không khí, trong đó argon được tách ra trước quá trình sản xuất amoniac. Phương pháp mới này cho phép tạo ra nguồn cấp oxy và nitơ có độ tinh khiết cao để sản xuất amoniac và tránh sự tích tụ argon trong vòng tổng hợp amoniac. Vì vậy có thể thu hồi trực tiếp argon như một sản phẩm có giá trị.

5. Lưu ý khi sử dụng

Vì khí Argon trơ nên nó được coi là không độc. Nó là một thành phần bình thường của không khí mà chúng ta hít thở hàng ngày.
Mặc dù không độc nhưng nó đậm đặc hơn 38% so với không khí, do đó có thể gây ngạt trong các khu vực kín. Argon lại rất khó được phát hiện vì nó không màu, không mùi, không vị.
Hít phải quá nhiều argon có thể dẫn đến mất ý thức, nôn mửa, chóng mặt và thậm chí tử vong nếu không được điều trị kịp thời. Ngoài ra, việc tiếp xúc với argon lỏng có thể gây tê cóng hoặc bỏng lạnh.

6. Địa chỉ cung cấp khí Argon công nghiệp

Nếu bạn đang muốn tìm một địa chỉ mua khí Argon chất lượng và giá tốt thì hãy lựa chọn ngay công ty khí công nghiệp Hỷ Vân. Với kinh nghiệm 30 năm trong ngành, chúng tôi cam kết mang đến cho khách hàng những sản phẩm tốt nhất với giá cả cạnh tranh nhất thị trường, đảm bảo sự hài lòng tuyệt đối cho mọi khách hàng.

Bình khí Argon tại công ty Khí công nghiệp Hỷ Vân

Công ty khí công nghiệp Hỷ Vân chuyên cung cấp khí Argon công nghiệp uy tín hàng đầu, chúng tôi chuyên sản xuất, chiết nạp, bán lẻ khí Argon tinh khiết, Argon lỏng, khí Argon công nghiệp chất lượng cao.
Quý khách hàng có nhu cầu đặt hàng có thể liên hệ số điện thoại 0969.690.155 để được tư vấn trực tiếp, miễn phí!