氦氣是一種稀有氣體，雖(sui)然在(zai)空氣中(zhong)只有5.2%，但(dan)并不影(ying)響氦氣在(zai)生活中(zhong)及工(gong)業中(zhong)的利用和其重要(yao)性。
氦氣市場概況
美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)的(de)氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)資源(yuan)豐富。是世界(jie)上(shang)(shang)主(zhu)要的(de)氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)生(sheng)產(chan)(chan)和消費(fei)國(guo)(guo)(guo)家(jia)。其(qi)(qi)(qi)(qi)次(ci)是:俄羅(luo)斯(si)、波蘭、阿爾(er)及利亞(ya)。在(zai)(zai)(zai)最(zui)近20年(nian)(nian)(nian)內,全球氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)市場(chang)年(nian)(nian)(nian)增(zeng)長(chang)率約為(wei)(wei)(wei)9.3%。1990年(nian)(nian)(nian),全球氦(hai)(hai)消費(fei)量8778萬(wan)m3,其(qi)(qi)(qi)(qi)中美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)為(wei)(wei)(wei)6144萬(wan)m3。消費(fei)分(fen)配(pei)為(wei)(wei)(wei):研究開發和超導29%,核磁共振裝置(zhi)18%,焊接(jie)14%,聯邦政(zheng)府使用19%〔2〕。1995年(nian)(nian)(nian),全世界(jie)生(sheng)產(chan)(chan)了約1.43億(yi)(yi)(yi)(yi)m3的(de)A級氦(hai)(hai),其(qi)(qi)(qi)(qi)中美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)占1.14億(yi)(yi)(yi)(yi)m3。在(zai)(zai)(zai)世界(jie)其(qi)(qi)(qi)(qi)它(ta)國(guo)(guo)(guo)家(jia)生(sheng)產(chan)(chan)的(de)0.29億(yi)(yi)(yi)(yi)m3A級氦(hai)(hai)中,大(da)部分(fen)為(wei)(wei)(wei)俄羅(luo)斯(si)和波蘭生(sheng)產(chan)(chan),其(qi)(qi)(qi)(qi)余為(wei)(wei)(wei)中國(guo)(guo)(guo)、印度(du)等國(guo)(guo)(guo)生(sheng)產(chan)(chan)。1995年(nian)(nian)(nian),美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)在(zai)(zai)(zai)其(qi)(qi)(qi)(qi)國(guo)(guo)(guo)內和國(guo)(guo)(guo)際市場(chang)上(shang)(shang)共銷(xiao)售(shou)A級氦(hai)(hai)(氦(hai)(hai)純(chun)度(du)為(wei)(wei)(wei)99.995%以上(shang)(shang))0.96億(yi)(yi)(yi)(yi)m3,其(qi)(qi)(qi)(qi)中美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)礦物局和美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)私有(you)(you)制(zhi)氦(hai)(hai)商在(zai)(zai)(zai)美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)市場(chang)上(shang)(shang)銷(xiao)售(shou)了0.684億(yi)(yi)(yi)(yi)m3,由美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)私有(you)(you)制(zhi)氦(hai)(hai)商在(zai)(zai)(zai)國(guo)(guo)(guo)際市場(chang)上(shang)(shang)銷(xiao)售(shou)了0.277億(yi)(yi)(yi)(yi)m3。1995年(nian)(nian)(nian)比1994年(nian)(nian)(nian)氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)的(de)銷(xiao)量(1.006億(yi)(yi)(yi)(yi)m3)降(jiang)低(di)了4.3%。美(mei)(mei)國(guo)(guo)(guo)的(de)氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)消費(fei)分(fen)配(pei)為(wei)(wei)(wei):低(di)溫加工業0.164億(yi)(yi)(yi)(yi)m3(占24%);加壓吹除0.13億(yi)(yi)(yi)(yi)m3(19%);焊接(jie)0.137億(yi)(yi)(yi)(yi)m3(20%);受控氣(qi)(qi)氛0.075億(yi)(yi)(yi)(yi)m3(11%);潛(qian)水(shui)呼吸混合氣(qi)(qi)0.021億(yi)(yi)(yi)(yi)m3(3%);檢漏0.034億(yi)(yi)(yi)(yi)m3(5%);其(qi)(qi)(qi)(qi)它(ta)0.123億(yi)(yi)(yi)(yi)m3(18%)。
氦氣(qi)及液氦的利(li)用
氦(hai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)是最主要的(de)(de)工業氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)品種(zhong)之一(yi),應用(yong)(yong)(yong)(yong)領域廣泛(fan)。在(zai)(zai)(zai)半導(dao)體(ti)(ti)(ti)工業中,高(gao)(gao)(gao)純氦(hai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)用(yong)(yong)(yong)(yong)作(zuo)(zuo)生(sheng)長鍺和(he)(he)硅晶體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)保護(hu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。某些混合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)底氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、清洗、屏蔽和(he)(he)加壓系(xi)統的(de)(de)惰性氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti);氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)相色譜載(zai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi);在(zai)(zai)(zai)生(sheng)產(chan)象鈦和(he)(he)鋯(gao)那樣的(de)(de)活性金(jin)屬時用(yong)(yong)(yong)(yong)作(zuo)(zuo)保護(hu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi);電弧焊接的(de)(de)保護(hu)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi);在(zai)(zai)(zai)原(yuan)子能反應堆中作(zuo)(zuo)為(wei)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)冷(leng)卻介質;充(chong)氦(hai)飛船,美國(guo)(guo)(guo)(guo)海軍司令部(bu)和(he)(he)空(kong)(kong)(kong)軍司令部(bu)正(zheng)(zheng)在(zai)(zai)(zai)研究(jiu)用(yong)(yong)(yong)(yong)裝有預警(jing)系(xi)統的(de)(de)飛船來(lai)探測(ce)低空(kong)(kong)(kong)飛行的(de)(de)導(dao)彈(dan);美國(guo)(guo)(guo)(guo)毒品管理局(ju)在(zai)(zai)(zai)美國(guo)(guo)(guo)(guo)南部(bu)邊境(jing)地(di)區設置了6只(zhi)系(xi)留(liu)雷(lei)達(da)的(de)(de)小型(xing)飛艇,用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)(yu)探查毒品走私(si)的(de)(de)情(qing)況(kuang);美國(guo)(guo)(guo)(guo)邊防巡邏站計劃(hua)利用(yong)(yong)(yong)(yong)小型(xing)飛艇來(lai)探查非(fei)法入境(jing)的(de)(de)外國(guo)(guo)(guo)(guo)人。美國(guo)(guo)(guo)(guo)航(hang)(hang)空(kong)(kong)(kong)和(he)(he)航(hang)(hang)天局(ju)正(zheng)(zheng)在(zai)(zai)(zai)利用(yong)(yong)(yong)(yong)充(chong)氦(hai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)球來(lai)采集南極洲(zhou)上(shang)空(kong)(kong)(kong)的(de)(de)空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)樣品,以研究(jiu)臭氧(yang)層(ceng)遭到破壞的(de)(de)各(ge)種(zhong)原(yuan)因。充(chong)填(tian)于(yu)(yu)(yu)(yu)在(zai)(zai)(zai)寒冷(leng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)候中使用(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)熒光燈(deng)管;充(chong)填(tian)中子和(he)(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)溫度計;設備、管路等的(de)(de)氦(hai)質譜檢漏;與氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)混合(he)用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)(yu)醫療;在(zai)(zai)(zai)航(hang)(hang)天技術(shu)上(shang),液氫加注系(xi)統的(de)(de)真空(kong)(kong)(kong)管路、貯(zhu)槽、槽車以及(ji)火(huo)箭貯(zhu)箱中的(de)(de)空(kong)(kong)(kong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)必須首(shou)先用(yong)(yong)(yong)(yong)高(gao)(gao)(gao)純氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)置換,合(he)格(ge)(ge)后(hou)用(yong)(yong)(yong)(yong)高(gao)(gao)(gao)純氦(hai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)置換,分析合(he)格(ge)(ge)后(hou)用(yong)(yong)(yong)(yong)高(gao)(gao)(gao)純氦(hai)密(mi)封;還可用(yong)(yong)(yong)(yong)作(zuo)(zuo)衛(wei)星(xing)和(he)(he)火(huo)箭的(de)(de)擠(ji)壓氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)源及(ji)姿態控(kong)制(zhi)發(fa)動機(ji)用(yong)(yong)(yong)(yong)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)源。液氦(hai)主要用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)(yu)超(chao)導(dao)技術(shu)和(he)(he)磁(ci)共振成像(MRI)。超(chao)導(dao)粒子加速器(qi)要用(yong)(yong)(yong)(yong)液氦(hai)來(lai)冷(leng)卻超(chao)導(dao)磁(ci)體(ti)(ti)(ti)。美國(guo)(guo)(guo)(guo)阿貢(gong)(Argonne)國(guo)(guo)(guo)(guo)家實(shi)驗室正(zheng)(zheng)在(zai)(zai)(zai)研究(jiu)用(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)(yu)軍事和(he)(he)商業目的(de)(de)的(de)(de)磁(ci)流(liu)體(ti)(ti)(ti)推(tui)進系(xi)統,這(zhe)種(zhong)動力推(tui)進系(xi)統不(bu)使用(yong)(yong)(yong)(yong)運(yun)動部(bu)件。MRI在(zai)(zai)(zai)醫療上(shang)的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)(yong)價值很高(gao)(gao)(gao),日(ri)本(ben)于(yu)(yu)(yu)(yu)1995年安裝了278套超(chao)導(dao)MRI,過去單機(ji)液氦(hai)年用(yong)(yong)(yong)(yong)量約400L。超(chao)導(dao)磁(ci)體(ti)(ti)(ti)電儲(chu)(chu)存系(xi)統能儲(chu)(chu)存平時過多的(de)(de)電力,需要時可以為(wei)高(gao)(gao)(gao)峰用(yong)(yong)(yong)(yong)電提(ti)供(gong)電力。液氦(hai)在(zai)(zai)(zai)低溫技術(shu),同步加速器(qi)和(he)(he)回轉加速器(qi)的(de)(de)研究(jiu)與開發(fa)中應用(yong)(yong)(yong)(yong)前景廣闊。
備注：
氦氣為無色、無味、無臭常溫下為氣(qi)(qi)(qi)態的(de)(de)惰性(xing)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)，臨界(jie)溫度最低(di)(di)，是自然(ran)界(jie)目前發現的(de)(de)最難(nan)液化(hua)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)，氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)學性(xing)質(zhi)極不活潑(po)，不能燃燒(shao)也(ye)不助燃。空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)(qi)含量約為百萬分(fen)之(zhi)5.2，理論上可(ke)以從空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)分(fen)離抽取，但(dan)因(yin)其(qi)含量過于稀薄，分(fen)離成本很(hen)高(gao)(gao)。工業上的(de)(de)氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)(qi)主(zhu)要從美國(guo)、俄羅(luo)斯(si)、阿爾(er)及(ji)利亞、卡塔爾(er)氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)(qi)含量約為0.5%~4%的(de)(de)天(tian)然(ran)氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)分(fen)離、精(jing)制得(de)到(dao)高(gao)(gao)純氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)(qi)，液化(hua)后通過海(hai)運，運輸到(dao)全國(guo)各地。利用(yong)(yong)液氦(hai)(hai)－268.9℃的(de)(de)低(di)(di)沸點，液氦(hai)(hai)可(ke)以用(yong)(yong)于超低(di)(di)溫冷卻。在(zai)懸浮(fu)列(lie)車等(deng)(deng)領域中(zhong)(zhong)(zhong)廣(guang)受關注的(de)(de)超導體(ti)(ti)(ti)應用(yong)(yong)中(zhong)(zhong)(zhong)，氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)(qi)是不可(ke)或缺的(de)(de)。此外，由于氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)(qi)化(hua)學性(xing)質(zhi)不活潑(po)和輕于空(kong)氣(qi)(qi)(qi)等(deng)(deng)特(te)征，氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)(qi)常用(yong)(yong)于飛船或廣(guang)告氣(qi)(qi)(qi)球中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)充入氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)，這一用(yong)(yong)途也(ye)是眾所周知(zhi)的(de)(de)。在(zai)海(hai)洋(yang)開發領域的(de)(de)呼吸用(yong)(yong)混合氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)(ti)中(zhong)(zhong)(zhong)，以及(ji)醫療(liao)領域的(de)(de)核磁共(gong)振(zhen)成像設備的(de)(de)超導電(dian)磁體(ti)(ti)(ti)冷卻的(de)(de)用(yong)(yong)途中(zhong)(zhong)(zhong)，氦(hai)(hai)氣(qi)(qi)(qi)都得(de)到(dao)廣(guang)泛的(de)(de)應用(yong)(yong)：軍工、科研、石化(hua)、制冷、醫療(liao)、半導體(ti)(ti)(ti)、管道檢漏、超導實驗、金屬(shu)制造、深海(hai)潛水、高(gao)(gao)精(jing)度焊接、光電(dian)子產(chan)品生產(chan)等(deng)(deng)。
氦氣的應用
用(yong)作氦氣球（工業氦氣）、氦氣飛艇的填充(chong)氣體，以取代其有高(gao)度可燃性的氫氣
與高(gao)純(chun)二氧(yang)化(hua)碳和高(gao)純(chun)氮氣一起用作二氧(yang)化(hua)碳激光切割機的激光氣體(ti)
液氦用于核(he)磁(ci)共(gong)振成像儀的超導(dao)磁(ci)體
跟醫(yi)用(yong)氧氣一起(qi)用(yong)于深海作業(ye)的呼吸(xi)氣體
用作空調領域氦漏儀(yi)的(de)檢漏氣體(ti)
跟高純氬氣一起(qi)用作特(te)殊焊接的保護(hu)氣體
用作(zuo)氣相色(se)譜儀(yi)(yi)/氣質聯用儀(yi)(yi)等儀(yi)(yi)器的載(zai)
注意事項
氦氣(qi)(qi)(qi)是一(yi)種無色、無味(wei)、無毒(du)的(de)不(bu)燃(ran)燒(shao)的(de)儲(chu)存于氣(qi)(qi)(qi)瓶中的(de)高壓(ya)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)。壓(ya)力通(tong)常有(you)15MPa，使用(yong)(yong)(yong)時應用(yong)(yong)(yong)YQY-12或(huo)152IN-125等減(jian)壓(ya)器減(jian)壓(ya)后使用(yong)(yong)(yong)，使用(yong)(yong)(yong)前(qian)應用(yong)(yong)(yong)肥皂水檢漏(lou)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)管(guan)道(dao)，確保氣(qi)(qi)(qi)體(ti)管(guan)道(dao)不(bu)漏(lou)氣(qi)(qi)(qi)。
確保(bao)氦氣(qi)不泄露、工作場所保(bao)持通風(feng)，當氦氣(qi)含量增加導致氧氣(qi)含量低于19.5%時，患(huan)者先出現(xian)呼(hu)吸(xi)加快、注意力(li)不集中、共濟(ji)失調；繼(ji)之(zhi)出現(xian)疲(pi)倦(juan)無力(li)、煩(fan)躁不安、惡(e)心(xin)、嘔吐、昏迷(mi)、抽搐,以致死亡。
包(bao)裝的(de)氣(qi)瓶上(shang)均有使用的(de)年限，凡到期的(de)氣(qi)瓶必(bi)須送往有部門進行安全檢驗，方能繼續使用。
每瓶(ping)(ping)氦氣在使用到尾氣時，應保(bao)留瓶(ping)(ping)內(nei)余壓在0.5MPa，最小不得低(di)于0.25MPa余壓，應將瓶(ping)(ping)閥關閉，以保(bao)證氣體(ti)質量和使用安(an)全(quan)。
瓶(ping)(ping)(ping)裝氦氣(qi)在運輸(shu)儲存(cun)、使用(yong)時都應分類(lei)堆放，不準(zhun)靠近明(ming)火和熱源，應做到(dao)勿近火、勿沾油臘、勿爆曬、勿重拋、勿撞擊，嚴禁在氣(qi)瓶(ping)(ping)(ping)身上進行引弧(hu)或電弧(hu)，嚴禁野蠻裝卸，短距離移動(dong)(dong)氦氣(qi)鋼(gang)瓶(ping)(ping)(ping)應使用(yong)鋼(gang)瓶(ping)(ping)(ping)專用(yong)手推車，長距離移動(dong)(dong)鋼(gang)瓶(ping)(ping)(ping)應用(yong)危險(xian)品運輸(shu)車輛運輸(shu)。
液氦(hai)的溫度為－268.9℃，與皮膚接(jie)觸能引(yin)起嚴(yan)重凍(dong)傷。
氦(hai)氣的(de)物理化學性質(zhi)
氦氣分(fen)子量： 4.0026
熔點(2555kPa)： -272.1℃
沸點(101.325kPa)： -268.94℃
液體密度(du)(4.20K，100.312kPa)： 125.2kg/m3
氦氣密度(du)(0℃，101.325kPa)： -0.1785 kg/m3
相對密度(氣體，0℃，101.325kPa)：0.138
比容(21.1℃，101.325kPa)：6.0304 m3/kg
氣(qi)液容積比(15℃，100kPa)： 748 L/L
臨(lin)界溫度： -268.0℃
臨界壓(ya)力： 229 kPa
臨(lin)界密度： 69.3 kg/m3
熔化熱(1.2K，2555kPa)：0.0836kJ/kg
氣化(hua)熱(-268.926℃，101.325kPa)：20.42 kJ/kg
比熱容(氣(qi)體(ti)，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(dao)熱系(xi)數(0℃，101.325kPa)：0.1426 W/(m·K)
(液體，2.4K)：0.01883 W/(m·K)
折(zhe)射率(lv)(氣體，0℃，101.325kPa)： 1.000035
氦氣在(zai)(zai)(zai)常溫(wen)常壓(ya)下為無(wu)(wu)色無(wu)(wu)臭無(wu)(wu)味無(wu)(wu)毒的(de)惰性氣體(ti)。不燃燒。微溶(rong)于水和有機溶(rong)劑。在(zai)(zai)(zai)壓(ya)力為101.325kPa時(shi)水中(zhong)的(de)溶(rong)解度為0.00901 ml/g(0℃)、0.00834ml/g(30℃)、0.00887 ml/g(60℃)。20℃，101.325kPa時(shi)，在(zai)(zai)(zai)一些(xie)有機溶(rong)劑中(zhong)的(de)溶(rong)解度為，甲醇中(zhong)31.3ml/1，乙醇中(zhong)28.1ml/1，丙酮中(zhong)30.9ml/1，苯中(zhong)18.0ml/l。氦是僅次(ci)于氫的(de)輕氣體(ti)，易擴(kuo)散和滲(shen)透，化(hua)學(xue)性質穩定，因此，常用(yong)它作(zuo)探漏氣體(ti)。
