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,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)提取價值?,F在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,氦氣資源可能只夠持續(xù)使用200年。
目前,氦氣是國防軍工和高科技產業(yè)發(fā)展不可或缺的稀有戰(zhàn)略性物資之一。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,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)提取價值。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(yè)提取的氦氣,主要以含有氦的天然氣作為原料,反復進行液化分餾,然后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(yī)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(yī)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、光電子產品生產等領域。在醫(yī)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,可有效獲取內臟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、不銹鋼、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(yè)中,使用氦氣凈化氫氣系統,地面和飛行流體系統將其用作增壓劑。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,以確保其符合質量規(guī)范。此外,氦氣還可與氬氣配合使用,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、液晶面板和光纖線制造中起著重要作用,可實現零部件的快速冷卻,從而提高生產率,還能控制熱傳遞速率,以改善生產效率并減少缺陷。
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,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,科學家將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后的清洗,如果沒有氦氣的幫忙會影響反應堆的正常工作。
氦氣是可以進行回收和再利用的。通過將使用過的氦氣重新收集起來,對其進行凈化處理,將雜質脫除,根據雜質的種類及其性質,采用適當的純化措施,使回收的氦氣,恢復初始的純凈。同時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,一旦泄漏到空氣中,很快便會從大氣層逃逸,飄散到外太空,很難回收。在保護有限氦氣資源的同時,研究開發(fā)先進的天然氣提氦技術,對于提高氦氣生產的經濟性,保障國家用氦安全和促進我國天然氣提氦工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。