氙气在空气中的含量只有0.087ppm，氪气1.14ppm，氖气相对多一些也才18.18ppm。要从一百万升空气里提取不到0.1升的氙气，难度可想而知。这三种稀有气体全部是空气分离装置的副产品，没有独立的矿产来源，产能完全受制于空分装置的规模和提取配置。
提取的基本原理是利用沸点差异进行低温精馏。氪的沸点是负152.9℃，氙是负108.1℃，氖是负246.1℃，三者和空气主要成分的沸点都有明显差距。在空分装置的低温精馏塔中，不同沸点的组分会在不同的塔板上富集，这是分离的物理基础。空气经过压缩、净化和冷却后进入精馏塔，氮和氧首先被分离，而沸点特殊的稀有气体则在特定部位富集，为后续提取创造条件。
氪和氙的提取路径相对清晰。它们的沸点比氧高，在空分下塔中会随液氧一起浓缩。具体流程是从下塔底部引出贫氪氙液氧，送入氪氙浓缩塔进一步提浓，得到氪氙含量约0.1%到0.3%的浓缩液。接下来需要催化除烃，因为氪氙浓缩液中会夹带甲烷等碳氢化合物，在后续精馏过程中有爆炸风险。催化除烃的方法是加入氧气使碳氢化合物在催化剂表面燃烧生成二氧化碳和水，再用分子筛吸附脱除。经过除烃后的氪氙混合气进入低温精馏塔，利用氪和氙之间44.8℃的沸点差进行分离，最终得到纯氪和纯氙产品。整个过程需要在严格的低温和压力控制下进行，任何一个环节的温度波动都可能影响分离效果。
氖的提取路径完全不同。氖的沸点远低于氮，在空分上塔中会随氮气一起以不凝物的形式富集在冷凝器顶部。从冷凝器引出的氖氦混合气经过氖氦提取装置初步浓缩后，再进入低温精馏系统分离。由于氖和氦的沸点差距很大，分离相对容易，但氖的沸点极低，精馏需要在零下246℃附近操作，对绝热和制冷系统的要求很高。工业上通常采用带液氮预冷的氖氦分离装置，利用液氮作为冷源维持低温环境。
纯化是保证产品质量的关键环节。常用的纯化方法包括催化氧化除烃和低温精馏，还有吸附以及金属吸气剂。催化氧化已经在前面提到，主要针对碳氢化合物杂质。吸附法使用分子筛或活性炭，在低温下吸附氮和氧以及甲烷等杂质，适用于深度纯化。金属吸气剂如锆铝合金可以在高温下吸附氧和氮，还有氢以及一氧化碳等活性气体杂质，将稀有气体纯度提升到6N甚至7N级别。对于半导体光刻用的超高纯氖气，金属吸气剂纯化几乎是标配。不同纯化方法通常组合使用，先粗纯再精纯，逐步降低杂质含量。
提取稀有气体对空分装置的规模有硬性要求。一般认为空分装置的加工空气量需要达到2万标方每小时以上，才具备经济提取氪氙的条件。规模太小的话，稀有气体的浓缩量不足以支撑独立的提取装置运行。国内具备稀有气体提取能力的厂家主要集中在大型钢铁企业和专业气体公司，产能分布和空分装置的地理位置密切相关。氙气主要用于深紫外光刻和卫星电推进，氪气用于高效照明和探测器窗口，氖气则是光刻和准分子激光的关键气体。随着半导体和航天产业的发展，这三种稀有气体的战略价值还在持续上升，供应链安全也越来越受到重视。
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