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全球面臨“氦氣荒” 受影響的不只是氣球

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2020-01-16 19:25:34    瀏覽次數(shù):129
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全球面臨“氦氣荒” 受影響的不只是氣球 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?yàn)楹鉄o(wú)法通過(guò)人工制備獲得,氦氣在空氣中的含量非常低,只有約0.000524%,從空氣中提取氦氣,成本可

全球面臨“氦氣荒” 受影響的不只是氣球

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?yàn)楹鉄o(wú)法通過(guò)人工制備獲得,氦氣在空氣中的含量非常低,只有約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(yè)提取價(jià)值。

據(jù)新華社報(bào)道,受到全球氦氣供應(yīng)不足、氣體提價(jià)等因素影響,日本東京迪士尼最近數(shù)周,已停止出售氦氣球。迪士尼氣球限售,掀開(kāi)了氦氣供應(yīng)不足的冰山一角。盡管氦是宇宙中儲(chǔ)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,氦氣資源可能只夠持續(xù)使用200年。

氦氣短缺,人們要面對(duì)的不僅僅是新年慶典、生日派對(duì)里缺少幾個(gè)氣球那么簡(jiǎn)單,作為開(kāi)采天然氣時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)品,氦氣被廣泛應(yīng)用于深海潛水、低溫技術(shù)、火箭燃料,以及光纖與半導(dǎo)體等高科技領(lǐng)域。沒(méi)有氦氣,測(cè)量氣象的探空氣球、宇宙飛船都可能無(wú)法升空,更重要的是,與人們生活息息相關(guān)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(wú)法人工制備只能從含氦天然氣中提取

氦氣,英文名為Helium,化學(xué)元素符號(hào)為He,是種無(wú)色無(wú)味、不可燃的氣體。充滿氦氣的氣球之所以能飄在空中,是因?yàn)楹馐浅藲錃庖酝饷芏茸钚〉臍怏w,其密度遠(yuǎn)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(xué)性質(zhì)不活潑,通常狀態(tài)下不與其他元素或化合物結(jié)合,幾乎沒(méi)有固態(tài)或者液態(tài)化合物形態(tài),所以氦一般都是以單質(zhì)氣體存在,直到1908年7月10日,荷蘭物理學(xué)家昂尼斯才首次液化了氦氣。

“目前,氦氣是國(guó)防軍工和高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的稀有戰(zhàn)略性物資之一?!蹦祥_(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授湯平平介紹說(shuō),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?yàn)楹鉄o(wú)法通過(guò)人工制備獲得,氦氣在空氣中的含量非常低,只有約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(yè)提取價(jià)值。

湯平平表示,我國(guó)氦氣資源相當(dāng)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(yè)提取的氦氣,主要以含有氦的天然氣作為原料,反復(fù)進(jìn)行液化分餾,然后利用活性炭進(jìn)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(guò)高壓鋼瓶來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和運(yùn)輸。

具有不活潑、低沸點(diǎn)等特性 廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航空、電子制造領(lǐng)域“由于具有低密度、化學(xué)性質(zhì)不活潑、液氦零下268.9攝氏度的低沸點(diǎn)等物理性質(zhì),氦氣被廣泛應(yīng)用于軍工、石化、制冷、醫(yī)療、半導(dǎo)體、管道檢漏、超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、金屬制造、深海潛水、高精度焊接、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)等領(lǐng)域?!睖狡秸f(shuō)。

在醫(yī)療領(lǐng)域,作為磁共振和核磁共振超導(dǎo)磁體

的理想冷凍氣體,氦氣可實(shí)現(xiàn)零下232攝氏度的深冷溫度,可有效獲取內(nèi)臟器官和組織的高分辨率圖像;氦氖激光中的氣體介質(zhì)由氖氣和高純氦氣組成,可以用來(lái)進(jìn)行外科手術(shù)治療弱視,也能用來(lái)活化血管進(jìn)行保健。

由于化學(xué)性質(zhì)不活潑,氦氣還常被作為保護(hù)氣使用。氦氣在電弧溫度條件下的惰性使其成為鋁、不銹鋼、銅和鎂合金等高導(dǎo)熱性材料焊接的理想氣體,還可用作熱處理過(guò)程中的淬火氣體以及熔爐氣體,提升零件耐性和質(zhì)量。

在航空航天領(lǐng)域,氦氣被廣泛應(yīng)用于從飛機(jī)制造到飛行的整個(gè)過(guò)程;宇宙飛船太空飛行作業(yè)中,使用氦氣凈化氫氣系統(tǒng),地面和飛行流體系統(tǒng)將其用作增壓劑。除此之外,氦氣還用作氣象和其他觀測(cè)氣球的升力源。

在汽車(chē)及運(yùn)輸設(shè)備領(lǐng)域,氦氣應(yīng)用于散熱器、換熱器、空調(diào)組件、燃料箱和變矩器等重要汽車(chē)部件的測(cè)試,以確保其符合質(zhì)量規(guī)范。此外,氦氣還可與氬氣配合使用,越來(lái)越多地被用于安全氣囊的充氣操作。

在電子制造領(lǐng)域,氦氣在半導(dǎo)體、液晶面板和光纖線制造中起著重要作用,可實(shí)現(xiàn)零部件的快速冷卻,從而提高生產(chǎn)率,還能控制熱傳遞速率,以改善生產(chǎn)效率并減少缺陷。

氦氣短缺影響科研活動(dòng) 替代物難找且回收再利用也成問(wèn)題

在科研領(lǐng)域,氦氣更是不可或缺?!昂庠诳蒲兄械囊淮笥猛驹谟谥圃斓蜏丨h(huán)境,液氦的低沸點(diǎn),可用于超低溫冷卻。沒(méi)有了氦氣,低溫物理可能會(huì)成為人類(lèi)研究的禁區(qū)?!睖狡秸f(shuō),超低溫冷卻技術(shù)在超導(dǎo)技術(shù)等研究領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用,超導(dǎo)材料需要在低溫(100開(kāi)爾文左右)中才能表現(xiàn)出超導(dǎo)特性,大多數(shù)情況下只有液氦能比較簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)這樣的極低溫,因此科研中常用的核磁共振分析儀的超導(dǎo)磁體需要利用液氦降溫。

除此之外,還有很多領(lǐng)域的科學(xué)研究離不開(kāi)對(duì)氦氣的使用。比如氣相色譜必須有合適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(diǎn),可以作為載氣應(yīng)用于真空檢漏;利用氦氣化學(xué)性質(zhì)不活潑的特性,科學(xué)家將其作為清洗氣體應(yīng)用于原子核反應(yīng)堆的冷卻、熱交換,以及濃縮鈾擴(kuò)散元件在修理后的清洗,如果沒(méi)有氦氣的幫忙會(huì)影響反應(yīng)堆的正常工作。

湯平平表示,與氦氣相比,其他替代物往往只具有其中某一條性質(zhì),因此無(wú)法作為氦氣的理想替代物使用,氦氣的短缺肯定會(huì)對(duì)科研造成一定的影響。比如在超導(dǎo)領(lǐng)域,還沒(méi)有更好的物質(zhì)來(lái)代替液氦所能達(dá)到的低溫效果。

那么既然氦氣如此短缺,能不能對(duì)它進(jìn)行回收和再利用呢?

“氦氣是可以進(jìn)行回收和再利用的。通過(guò)將使用過(guò)的氦氣重新收集起來(lái),對(duì)其進(jìn)行凈化處理,將雜質(zhì)脫除,根據(jù)雜質(zhì)的種類(lèi)及其性質(zhì),采用適當(dāng)?shù)募兓胧?,使回收的氦氣,恢?fù)初始的純凈?!钡珳狡酵瑫r(shí)指出,“目前氦氣的回收和再利用也存在一些問(wèn)題?!北热绾庖?yàn)樽陨砻芏刃?,地球引力?chǎng)拉不住它,一旦泄漏到空氣中,很快便會(huì)從大氣層逃逸,飄散到外太空,很難回收。

他表示,在保護(hù)有限氦氣資源的同時(shí),研究開(kāi)發(fā)先進(jìn)的天然氣提氦技術(shù),對(duì)于提高氦氣生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性,保障國(guó)家用氦安全和促進(jìn)我國(guó)天然氣提氦工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

 
(文/小編)
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