我国氦气资源量(全球面临氦气荒)

据新华社报道,受到全球氦气供应不足、气体提价等因素影响,日本东京迪士尼最近数周,已停止出售氦气球迪士尼气球限售,掀开了氦气供应不足的冰山一角尽管氦是宇宙中储量第二丰富的元素,但是氦气在地球的含量极少有专家分析,氦气资源可能只够持续使用200年,下面我们就来聊聊关于我国氦气资源量?接下来我们就一起去了解一下吧!

我国氦气资源量(全球面临氦气荒)

我国氦气资源量

据新华社报道,受到全球氦气供应不足、气体提价等因素影响,日本东京迪士尼最近数周,已停止出售氦气球。迪士尼气球限售,掀开了氦气供应不足的冰山一角。尽管氦是宇宙中储量第二丰富的元素,但是氦气在地球的含量极少。有专家分析,氦气资源可能只够持续使用200年。

氦气短缺,人们要面对的不仅仅是新年庆典、生日派对里缺少几个气球那么简单,作为开采天然气时产生的副产品,氦气被广泛应用于深海潜水、低温技术、火箭燃料,以及光纤与半导体等高科技领域。没有氦气,测量气象的探空气球、宇宙飞船都可能无法升空,更重要的是,与人们生活息息相关的安全气囊、核磁共振都少不了这种气体。

属于密度很小的稀有气体 无法人工制备只能从含氦天然气中提取

氦气,英文名为Helium,化学元素符号为He,是种无色无味、不可燃的气体。充满氦气的气球之所以能飘在空中,是因为氦气是除了氢气以外密度最小的气体,其密度远小于空气,空气的密度为1.29千克/立方米,而氦气的密度为0.1786千克/立方米。此外,氦气也是一种惰性气体,其化学性质不活泼,通常状态下不与其他元素或化合物结合,几乎没有固态或者液态化合物形态,所以氦一般都是以单质气体存在,直到1908年7月10日,荷兰物理学家昂尼斯才首次液化了氦气。

“目前,氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一。”南开大学化学学院教授汤平平介绍说,氦气之所以稀缺,一方面是由于其用途非常广泛,另一方面是因为氦气无法通过人工制备获得,氦气在空气中的含量非常低,只有约0.000524%,从空气中提取氦气,成本可能比等体积的黄金还要贵,不具备工业提取价值。

汤平平表示,我国氦气资源相当贫乏,矿物中氦气的含量很低,且提取难度大,成本高。目前工业提取的氦气,主要以含有氦的天然气作为原料,反复进行液化分馏,然后利用活性炭进行吸附提纯,最终得到纯氦。此外空分法和氢液化法也是常用的提取纯氦气的方法,这两种提取方法都能得到99.99%的纯氦气。目前,氦气主要通过高压钢瓶来实现存储和运输。

具有不活泼、低沸点等特性 广泛应用于医疗、航空、电子制造领域“由于具有低密度、化学性质不活泼、液氦零下268.9摄氏度的低沸点等物理性质,氦气被广泛应用于军工、石化、制冷、医疗、半导体、管道检漏、超导实验、金属制造、深海潜水、高精度焊接、光电子产品生产等领域。”汤平平说。

在医疗领域,作为磁共振和核磁共振超导磁体

的理想冷冻气体,氦气可实现零下232摄氏度的深冷温度,可有效获取内脏器官和组织的高分辨率图像;氦氖激光中的气体介质由氖气和高纯氦气组成,可以用来进行外科手术治疗弱视,也能用来活化血管进行保健。

由于化学性质不活泼,氦气还常被作为保护气使用。氦气在电弧温度条件下的惰性使其成为铝、不锈钢、铜和镁合金等高导热性材料焊接的理想气体,还可用作热处理过程中的淬火气体以及熔炉气体,提升零件耐性和质量。

在航空航天领域,氦气被广泛应用于从飞机制造到飞行的整个过程;宇宙飞船太空飞行作业中,使用氦气净化氢气系统,地面和飞行流体系统将其用作增压剂。除此之外,氦气还用作气象和其他观测气球的升力源。

在汽车及运输设备领域,氦气应用于散热器、换热器、空调组件、燃料箱和变矩器等重要汽车部件的测试,以确保其符合质量规范。此外,氦气还可与氩气配合使用,越来越多地被用于安全气囊的充气操作。

在电子制造领域,氦气在半导体、液晶面板和光纤线制造中起着重要作用,可实现零部件的快速冷却,从而提高生产率,还能控制热传递速率,以改善生产效率并减少缺陷。

氦气短缺影响科研活动 替代物难找且回收再利用也成问题

在科研领域,氦气更是不可或缺。“氦气在科研中的一大用途在于制造低温环境,液氦的低沸点,可用于超低温冷却。没有了氦气,低温物理可能会成为人类研究的禁区。”汤平平说,超低温冷却技术在超导技术等研究领域有较广泛的应用,超导材料需要在低温(100开尔文左右)中才能表现出超导特性,大多数情况下只有液氦能比较简便地实现这样的极低温,因此科研中常用的核磁共振分析仪的超导磁体需要利用液氦降温。

除此之外,还有很多领域的科学研究离不开对氦气的使用。比如气相色谱必须有合适的气体作为载气才能正常工作,氦气具有渗透性好、不可燃的特点,可以作为载气应用于真空检漏;利用氦气化学性质不活泼的特性,科学家将其作为清洗气体应用于原子核反应堆的冷却、热交换,以及浓缩铀扩散元件在修理后的清洗,如果没有氦气的帮忙会影响反应堆的正常工作。

汤平平表示,与氦气相比,其他替代物往往只具有其中某一条性质,因此无法作为氦气的理想替代物使用,氦气的短缺肯定会对科研造成一定的影响。比如在超导领域,还没有更好的物质来代替液氦所能达到的低温效果。

那么既然氦气如此短缺,能不能对它进行回收和再利用呢?

“氦气是可以进行回收和再利用的。通过将使用过的氦气重新收集起来,对其进行净化处理,将杂质脱除,根据杂质的种类及其性质,采用适当的纯化措施,使回收的氦气,恢复初始的纯净。”但汤平平同时指出,“目前氦气的回收和再利用也存在一些问题。”比如氦气因为自身密度小,地球引力场拉不住它,一旦泄漏到空气中,很快便会从大气层逃逸,飘散到外太空,很难回收。

他表示,在保护有限氦气资源的同时,研究开发先进的天然气提氦技术,对于提高氦气生产的经济性,保障国家用氦安全和促进我国天然气提氦工业的发展具有重要意义。

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