氦氣是一種稀有氣體，雖然在空氣中只有5.2%，但并不影響氦氣在生活中及工業(yè)中的利用和其重要性。
氦氣市場(chǎng)概況
美國(guó)的氦氣資源豐富。是世界上主要的氦氣生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)家。其次是:俄羅斯、波蘭、阿爾及利亞。在最近20年內(nèi),全球氦氣市場(chǎng)年增長(zhǎng)率約為9.3%。1990年,全球氦消費(fèi)量8778萬(wàn)m3,其中美國(guó)為6144萬(wàn)m3。消費(fèi)分配為:研究開發(fā)和超導(dǎo)29%,核磁共振裝置18%,焊接14%,聯(lián)邦政府使用19%〔2〕。1995年,全世界生產(chǎn)了約1.43億m3的A級(jí)氦,其中美國(guó)占1.14億m3。在世界其它國(guó)家生產(chǎn)的0.29億m3A級(jí)氦中,大部分為俄羅斯和波蘭生產(chǎn),其余為中國(guó)、印度等國(guó)生產(chǎn)。1995年,美國(guó)在其國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)上共銷售A級(jí)氦(氦純度為99.995%以上)0.96億m3,其中美國(guó)礦物局和美國(guó)私有制氦商在美國(guó)市場(chǎng)上銷售了0.684億m3,由美國(guó)私有制氦商在國(guó)際市場(chǎng)上銷售了0.277億m3。1995年比1994年氦氣的銷量(1.006億m3)降低了4.3%。美國(guó)的氦氣消費(fèi)分配為:低溫加工業(yè)0.164億m3(占24%);加壓吹除0.13億m3(19%);焊接0.137億m3(20%);受控氣氛0.075億m3(11%);潛水呼吸混合氣0.021億m3(3%);檢漏0.034億m3(5%);其它0.123億m3(18%)。
氦氣及液氦的利用
氦氣是最主要的工業(yè)氣體品種之一,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。在半導(dǎo)體工業(yè)中,高純氦氣用作生長(zhǎng)鍺和硅晶體的保護(hù)氣。某些混合氣的底氣、清洗、屏蔽和加壓系統(tǒng)的惰性氣體;氣相色譜載氣;在生產(chǎn)象鈦和鋯那樣的活性金屬時(shí)用作保護(hù)氣;電弧焊接的保護(hù)氣;在原子能反應(yīng)堆中作為氣體的冷卻介質(zhì);充氦飛船,美國(guó)海軍司令部和空軍司令部正在研究用裝有預(yù)警系統(tǒng)的飛船來(lái)探測(cè)低空飛行的導(dǎo)彈;美國(guó)毒品管理局在美國(guó)南部邊境地區(qū)設(shè)置了6只系留雷達(dá)的小型飛艇,用于探查毒品走私的情況;美國(guó)邊防巡邏站計(jì)劃利用小型飛艇來(lái)探查非法入境的外國(guó)人。美國(guó)航空和航天局正在利用充氦氣球來(lái)采集南極洲上空的空氣樣品,以研究臭氧層遭到破壞的各種原因。充填于在寒冷氣候中使用的熒光燈管;充填中子和氣體溫度計(jì);設(shè)備、管路等的氦質(zhì)譜檢漏;與氧氣混合用于醫(yī)療;在航天技術(shù)上,液氫加注系統(tǒng)的真空管路、貯槽、槽車以及火箭貯箱中的空氣必須首先用高純氮?dú)庵脫Q,合格后用高純氦氣置換,分析合格后用高純氦密封;還可用作衛(wèi)星和火箭的擠壓氣源及姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)用氣源。液氦主要用于超導(dǎo)技術(shù)和磁共振成像(MRI)。超導(dǎo)粒子加速器要用液氦來(lái)冷卻超導(dǎo)磁體。美國(guó)阿貢(Argonne)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在研究用于軍事和商業(yè)目的的磁流體推進(jìn)系統(tǒng),這種動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)不使用運(yùn)動(dòng)部件。MRI在醫(yī)療上的應(yīng)用價(jià)值很高,日本于1995年安裝了278套超導(dǎo)MRI,過(guò)去單機(jī)液氦年用量約400L。超導(dǎo)磁體電儲(chǔ)存系統(tǒng)能儲(chǔ)存平時(shí)過(guò)多的電力,需要時(shí)可以為高峰用電提供電力。液氦在低溫技術(shù),同步加速器和回轉(zhuǎn)加速器的研究與開發(fā)中應(yīng)用前景廣闊。
備注：
氦氣為無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭常溫下為氣態(tài)的惰性氣體，臨界溫度最低，是自然界目前發(fā)現(xiàn)的最難液化的氣體，氦氣化學(xué)性質(zhì)極不活潑，不能燃燒也不助燃。空氣中的氦氣含量約為百萬(wàn)分之5.2，理論上可以從空氣中分離抽取，但因其含量過(guò)于稀薄，分離成本很高。工業(yè)上的氦氣主要從美國(guó)、俄羅斯、阿爾及利亞、卡塔爾氦氣含量約為0.5%~4%的天然氣中分離、精制得到高純氦氣，液化后通過(guò)海運(yùn)，運(yùn)輸?shù)饺珖?guó)各地。利用液氦－268.9℃的低沸點(diǎn)，液氦可以用于超低溫冷卻。在懸浮列車等領(lǐng)域中廣受關(guān)注的超導(dǎo)體應(yīng)用中，氦氣是不可或缺的。此外，由于氦氣化學(xué)性質(zhì)不活潑和輕于空氣等特征，氦氣常用于飛船或廣告氣球中的充入氣體，這一用途也是眾所周知的。在海洋開發(fā)領(lǐng)域的呼吸用混合氣體中，以及醫(yī)療領(lǐng)域的核磁共振成像設(shè)備的超導(dǎo)電磁體冷卻的用途中，氦氣都得到廣泛的應(yīng)用：軍工、科研、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。
氦氣的應(yīng)用
用作氦氣球（工業(yè)氦氣）、氦氣飛艇的填充氣體，以取代其有高度可燃性的氫氣
與高純二氧化碳和高純氮?dú)庖黄鹩米鞫趸技す馇懈顧C(jī)的激光氣體
液氦用于核磁共振成像儀的超導(dǎo)磁體
跟醫(yī)用氧氣一起用于深海作業(yè)的呼吸氣體
用作空調(diào)領(lǐng)域氦漏儀的檢漏氣體
跟高純氬氣一起用作特殊焊接的保護(hù)氣體
用作氣相色譜儀/氣質(zhì)聯(lián)用儀等儀器的載
注意事項(xiàng)
氦氣是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒的不燃燒的儲(chǔ)存于氣瓶中的高壓氣體。壓力通常有15MPa，使用時(shí)應(yīng)用YQY-12或152IN-125等減壓器減壓后使用，使用前應(yīng)用肥皂水檢漏氣體管道，確保氣體管道不漏氣。
確保氦氣不泄露、工作場(chǎng)所保持通風(fēng)，當(dāng)氦氣含量增加導(dǎo)致氧氣含量低于19.5%時(shí)，患者先出現(xiàn)呼吸加快、注意力不集中、共濟(jì)失調(diào)；繼之出現(xiàn)疲倦無(wú)力、煩躁不安、惡心、嘔吐、昏迷、抽搐,以致死亡。
包裝的氣瓶上均有使用的年限，凡到期的氣瓶必須送往有部門進(jìn)行安全檢驗(yàn)，方能繼續(xù)使用。
每瓶氦氣在使用到尾氣時(shí)，應(yīng)保留瓶?jī)?nèi)余壓在0.5MPa，最小不得低于0.25MPa余壓，應(yīng)將瓶閥關(guān)閉，以保證氣體質(zhì)量和使用安全。
瓶裝氦氣在運(yùn)輸儲(chǔ)存、使用時(shí)都應(yīng)分類堆放，不準(zhǔn)靠近明火和熱源，應(yīng)做到勿近火、勿沾油臘、勿爆曬、勿重拋、勿撞擊，嚴(yán)禁在氣瓶身上進(jìn)行引弧或電弧，嚴(yán)禁野蠻裝卸，短距離移動(dòng)氦氣鋼瓶應(yīng)使用鋼瓶專用手推車，長(zhǎng)距離移動(dòng)鋼瓶應(yīng)用危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛運(yùn)輸。
液氦的溫度為－268.9℃，與皮膚接觸能引起嚴(yán)重凍傷。
氦氣的物理化學(xué)性質(zhì)
氦氣分子量： 4.0026
熔點(diǎn)(2555kPa)： -272.1℃
沸點(diǎn)(101.325kPa)： -268.94℃
液體密度(4.20K，100.312kPa)： 125.2kg/m3
氦氣密度(0℃，101.325kPa)： -0.1785 kg/m3
相對(duì)密度(氣體，0℃，101.325kPa)：0.138
比容(21.1℃，101.325kPa)：6.0304 m3/kg
氣液容積比(15℃，100kPa)： 748 L/L
臨界溫度： -268.0℃
臨界壓力： 229 kPa
臨界密度： 69.3 kg/m3
熔化熱(1.2K，2555kPa)：0.0836kJ/kg
氣化熱(-268.926℃，101.325kPa)：20.42 kJ/kg
比熱容(氣體，25℃，101.325kPa)：Cp=5238.3 J/(kg·K)
Cv=3213.7J/(kg·K)
比熱比(氣體，25℃，101.325kPa)：Cp/Cv=1.63
蒸氣壓(0.5K)： 0.0000022kPa
(2.0K)： 3.17kPa
(5.0K)： 197.1 kPa
粘度(0℃，101.325kPa)：0.01864 mPa·S
(液體，3.0K)：0.0033 mPa·S
表面張力(4.2K)：0.096 mN/m
導(dǎo)熱系數(shù)(0℃，101.325kPa)：0.1426 W/(m·K)
(液體，2.4K)：0.01883 W/(m·K)
折射率(氣體，0℃，101.325kPa)： 1.000035
氦氣在常溫常壓下為無(wú)色無(wú)臭無(wú)味無(wú)毒的惰性氣體。不燃燒。微溶于水和有機(jī)溶劑。在壓力為101.325kPa時(shí)水中的溶解度為0.00901 ml/g(0℃)、0.00834ml/g(30℃)、0.00887 ml/g(60℃)。20℃，101.325kPa時(shí)，在一些有機(jī)溶劑中的溶解度為，甲醇中31.3ml/1，乙醇中28.1ml/1，丙酮中30.9ml/1，苯中18.0ml/l。氦是僅次于氫的輕氣體，易擴(kuò)散和滲透，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此，常用它作探漏氣體。
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