我國氦氣資源量?據新華社報道,受到全球氦氣供應不足、氣體提價等因素影響,日本東京迪士尼最近數周,已停止出售氦氣球迪士尼氣球限售,掀開了氦氣供應不足的冰山一角盡管氦是宇宙中儲量第二豐富的元素,但是氦氣在地球的含量極少有專家分析,氦氣資源可能隻夠持續使用200年,下面我們就來聊聊關于我國氦氣資源量?接下來我們就一起去了解一下吧!
據新華社報道,受到全球氦氣供應不足、氣體提價等因素影響,日本東京迪士尼最近數周,已停止出售氦氣球。迪士尼氣球限售,掀開了氦氣供應不足的冰山一角。盡管氦是宇宙中儲量第二豐富的元素,但是氦氣在地球的含量極少。有專家分析,氦氣資源可能隻夠持續使用200年。
氦氣短缺,人們要面對的不僅僅是新年慶典、生日派對裡缺少幾個氣球那麼簡單,作為開采天然氣時産生的副産品,氦氣被廣泛應用于深海潛水、低溫技術、火箭燃料,以及光纖與半導體等高科技領域。沒有氦氣,測量氣象的探空氣球、宇宙飛船都可能無法升空,更重要的是,與人們生活息息相關的安全氣囊、核磁共振都少不了這種氣體。
屬于密度很小的稀有氣體 無法人工制備隻能從含氦天然氣中提取
氦氣,英文名為Helium,化學元素符号為He,是種無色無味、不可燃的氣體。充滿氦氣的氣球之所以能飄在空中,是因為氦氣是除了氫氣以外密度最小的氣體,其密度遠小于空氣,空氣的密度為1.29千克/立方米,而氦氣的密度為0.1786千克/立方米。此外,氦氣也是一種惰性氣體,其化學性質不活潑,通常狀态下不與其他元素或化合物結合,幾乎沒有固态或者液态化合物形态,所以氦一般都是以單質氣體存在,直到1908年7月10日,荷蘭物理學家昂尼斯才首次液化了氦氣。
“目前,氦氣是國防軍工和高科技産業發展不可或缺的稀有戰略性物資之一。”南開大學化學學院教授湯平平介紹說,氦氣之所以稀缺,一方面是由于其用途非常廣泛,另一方面是因為氦氣無法通過人工制備獲得,氦氣在空氣中的含量非常低,隻有約0.000524%,從空氣中提取氦氣,成本可能比等體積的黃金還要貴,不具備工業提取價值。
湯平平表示,我國氦氣資源相當貧乏,礦物中氦氣的含量很低,且提取難度大,成本高。目前工業提取的氦氣,主要以含有氦的天然氣作為原料,反複進行液化分餾,然後利用活性炭進行吸附提純,最終得到純氦。此外空分法和氫液化法也是常用的提取純氦氣的方法,這兩種提取方法都能得到99.99%的純氦氣。目前,氦氣主要通過高壓鋼瓶來實現存儲和運輸。
具有不活潑、低沸點等特性 廣泛應用于醫療、航空、電子制造領域“由于具有低密度、化學性質不活潑、液氦零下268.9攝氏度的低沸點等物理性質,氦氣被廣泛應用于軍工、石化、制冷、醫療、半導體、管道檢漏、超導實驗、金屬制造、深海潛水、高精度焊接、光電子産品生産等領域。”湯平平說。
在醫療領域,作為磁共振和核磁共振超導磁體
的理想冷凍氣體,氦氣可實現零下232攝氏度的深冷溫度,可有效獲取内髒器官和組織的高分辨率圖像;氦氖激光中的氣體介質由氖氣和高純氦氣組成,可以用來進行外科手術治療弱視,也能用來活化血管進行保健。
由于化學性質不活潑,氦氣還常被作為保護氣使用。氦氣在電弧溫度條件下的惰性使其成為鋁、不鏽鋼、銅和鎂合金等高導熱性材料焊接的理想氣體,還可用作熱處理過程中的淬火氣體以及熔爐氣體,提升零件耐性和質量。
在航空航天領域,氦氣被廣泛應用于從飛機制造到飛行的整個過程;宇宙飛船太空飛行作業中,使用氦氣淨化氫氣系統,地面和飛行流體系統将其用作增壓劑。除此之外,氦氣還用作氣象和其他觀測氣球的升力源。
在汽車及運輸設備領域,氦氣應用于散熱器、換熱器、空調組件、燃料箱和變矩器等重要汽車部件的測試,以确保其符合質量規範。此外,氦氣還可與氩氣配合使用,越來越多地被用于安全氣囊的充氣操作。
在電子制造領域,氦氣在半導體、液晶面闆和光纖線制造中起着重要作用,可實現零部件的快速冷卻,從而提高生産率,還能控制熱傳遞速率,以改善生産效率并減少缺陷。
氦氣短缺影響科研活動 替代物難找且回收再利用也成問題
在科研領域,氦氣更是不可或缺。“氦氣在科研中的一大用途在于制造低溫環境,液氦的低沸點,可用于超低溫冷卻。沒有了氦氣,低溫物理可能會成為人類研究的禁區。”湯平平說,超低溫冷卻技術在超導技術等研究領域有較廣泛的應用,超導材料需要在低溫(100開爾文左右)中才能表現出超導特性,大多數情況下隻有液氦能比較簡便地實現這樣的極低溫,因此科研中常用的核磁共振分析儀的超導磁體需要利用液氦降溫。
除此之外,還有很多領域的科學研究離不開對氦氣的使用。比如氣相色譜必須有合适的氣體作為載氣才能正常工作,氦氣具有滲透性好、不可燃的特點,可以作為載氣應用于真空檢漏;利用氦氣化學性質不活潑的特性,科學家将其作為清洗氣體應用于原子核反應堆的冷卻、熱交換,以及濃縮鈾擴散元件在修理後的清洗,如果沒有氦氣的幫忙會影響反應堆的正常工作。
湯平平表示,與氦氣相比,其他替代物往往隻具有其中某一條性質,因此無法作為氦氣的理想替代物使用,氦氣的短缺肯定會對科研造成一定的影響。比如在超導領域,還沒有更好的物質來代替液氦所能達到的低溫效果。
那麼既然氦氣如此短缺,能不能對它進行回收和再利用呢?
“氦氣是可以進行回收和再利用的。通過将使用過的氦氣重新收集起來,對其進行淨化處理,将雜質脫除,根據雜質的種類及其性質,采用适當的純化措施,使回收的氦氣,恢複初始的純淨。”但湯平平同時指出,“目前氦氣的回收和再利用也存在一些問題。”比如氦氣因為自身密度小,地球引力場拉不住它,一旦洩漏到空氣中,很快便會從大氣層逃逸,飄散到外太空,很難回收。
他表示,在保護有限氦氣資源的同時,研究開發先進的天然氣提氦技術,對于提高氦氣生産的經濟性,保障國家用氦安全和促進我國天然氣提氦工業的發展具有重要意義。
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