Turinys
- Kas yra Helis?
- Iš kur atsiranda helis?
- Kodėl kai kuriose gamtinėse dujose yra helio?
- Kur yra daug helio turinčių gamtinių dujų?
- Helio panaudojimas
- Magnetinio rezonanso tomografija
- Kėlimo dujos
- Valymo dujos
- Kontroliuojamos atmosferos gamyba
- Nuotėkio aptikimas
- Kvėpavimo mišiniai
- Suvirinimo dujos
- Helis: neatsinaujinantis šaltinis
- Helio gleivinės ir helio trūkumas
Helio mirksėjimas: Dauguma žmonių yra girdėję apie tai, kad helis yra naudojamas kaip kėlimo dujos oro balionams, švilpynėms ir vakarėlių balionams. Tai yra labai nedidelis helio panaudojimas. Naudojimas, kuris sunaudoja daugiau helio nei bet kuris kitas, yra magnetų aušinimas MRT (magnetinio rezonanso tomografijos) aparatuose medicinos įstaigose. „Goodyear“ mirksi Derek Jensen nuotrauka.
Kas yra Helis?
Helis yra cheminis elementas ir bespalvės, bekvapės, beskonės, inertinės dujos. Jis turi mažiausią bet kurio elemento atominį spindulį ir mažiausią antrąjį atominį svorį. Jis lengvesnis už orą.
Dauguma žmonių žino, kad helis yra naudojamas kaip kėlimo dujos švilpynėse ir vakarėliuose, tačiau jie negali įvardyti kito jo naudojimo būdo. Svarbiausias helio panaudojimas yra aušinimo dujos magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) aparatams, naudojamiems medicinos įstaigose. Kiti svarbūs helio naudojimo būdai: apsauginės dujos suvirinimui, inertinės dujos kontroliuojamai atmosferai gaminti, neorganinės dujos, naudojamos nuotėkiui aptikti, ir mažo klampumo dujos, naudojamos slėginiams kvėpavimo mišiniams.
Iš kur atsiranda helis?
Žemės atmosferoje yra labai mažai helio. Tai yra toks lengvas elementas, kad žemės gravitacija jo negali išlaikyti. Esant Žemės paviršiui, neapdorotas helis iškart pradeda kilti, kol ištrūks iš planetos. Štai kodėl kyla vakarėlių balionai!
Helis, kuris gaminamas komerciškai, gaunamas iš žemės. Kai kuriuose gamtinių dujų telkiniuose yra pakankamai helio, susimaišančio su dujomis, kad jį būtų galima išgauti ekonomiškai. Keliuose JAV laukuose yra daugiau kaip 7% helio. Šiose vietose gamtines dujas gręžiančios įmonės gamina gamtines dujas, jas apdoroja ir pašalina helį kaip šalutinį produktą.
Helio turinčių gamtinių dujų telkiniai: Indėlių modelis helio turinčių gamtinių dujų telkiniams JAV. Helis gaminamas suirus uranui ir toriui granitoidų rūsio uolienose. Išlaisvintas helis yra plūduriuojantis ir juda paviršiaus paviršiaus akytumas, susijęs su rūsio trūkumais. Tada helis juda aukštyn per porėtą nuosėdų dangą, kol jis bus įstrigęs gamtinėmis dujomis po anhidrito ar druskos sluoksniais. Tai yra vieninteliai šonuose išsilaikantys uolienų tipai, kurie sugeba įstrigti ir juose yra mažų plūdrių helio atomų. Ši geologinė padėtis pasitaiko tik keliose pasaulio vietose, todėl turtingos helio sankaupos yra retos.
Susijęs: Naujas helio panaudojimas - kietieji diskai
Kodėl kai kuriose gamtinėse dujose yra helio?
Manoma, kad didžioji dalis helio, pašalinto iš gamtinių dujų, susidaro dėl urano ir torio radioaktyvaus skilimo žemės kontinentinės žemės plutos granitoidinėse uolienose. Kaip labai lengvos dujos, jos yra plūduriuojančios ir siekia judėti aukštyn, kai tik susidaro. Turtingiausios helio sankaupos randamos ten, kur yra trys sąlygos: 1) granitoidinėse rūsio uolienose gausu urano ir torio; 2) rūsio uolienos yra suskaidytos ir sutrūkinėjusios, kad sudarytų helio pabėgimo takus; ir 3) akytos nuosėdinės uolienos, esančios virš rūsio pažeidimų, yra uždengtos nepralaidžiu halito arba anhidrito sandarikliu. Kai įvykdytos visos trys šios sąlygos, akytas nuosėdinių uolienų sluoksnis gali kauptis helis.
Helis turi mažiausią bet kurio elemento atominį spindulį, apie 0,2 nanometrus. Taigi, kai jis susiformuoja ir pradeda judėti aukštyn, jis gali tilpti per labai mažas porų vietas uolienose. Halitas ir anhidritas yra vienintelės nuosėdinės uolienos, galinčios blokuoti helio atomų migraciją į viršų. Skalūnai, kurių porų tarpai yra užpildyti gausiomis organinėmis medžiagomis (kerogenu), kartais naudojami kaip mažiau efektyvus barjeras.
Helio turinčių gamtinių dujų telkiniai: Žemėlapyje parodyti gamtinių dujų laukai, kurie yra svarbūs helio šaltiniai JAV. Iš šių laukų gaunamose gamtinėse dujose yra nuo 0,3% iki daugiau kaip 7% helio. Helis pašalinamas iš dujų komerciniam pardavimui. Paveikslėlis, naudojantis Jungtinių Valstijų geologijos tarnybos buvimo vietos duomenimis.
Kur yra daug helio turinčių gamtinių dujų?
Daugumoje neperdirbtų gamtinių dujų yra bent jau nedidelis kiekis helio. Labai nedaugelyje gamtinių dujų telkinių yra pakankamai, kad būtų galima pateisinti helio regeneravimo procesą. Natūralių dujų šaltinyje turi būti ne mažiau kaip 0,3% helio, kad jis būtų laikomas potencialiu helio šaltiniu.
2010 m. Visos gamtinės dujos, perdirbtos į helį JAV, buvo iš Kolorado, Kanzaso, Oklahomos, Teksaso, Jutos ir Vajomingo laukų, kaip parodyta pridedamame žemėlapyje. Hugotono laukas Oklahomoje, Kanzasas ir Teksasas; Panomos laukas Kanzase; Keyeso laukas Oklahomoje; Panhandle West ir Cliffside laukai Teksase ir Riley Ridge laukai Vajominge sudaro didžiąją helio gamybos dalį JAV.
Per 2010 m. JAV buvo pagaminta 128 milijonai kubinių metrų helio. Iš šios sumos 53 mln. Kubinių metrų helio buvo išgaunama iš gamtinių dujų, o 75 mln. Kubinių metrų buvo pašalinta iš nacionalinio helio rezervo. Kitos šalys, kurių pagaminami produkcijos kiekiai: Alžyras (18 mln. Cm3), Kataras (13 mln. Cm.), Rusija (6 mln. Cm.) Ir Lenkija (3 mln. Cm.). Kanada ir Kinija pagamino mažus, tačiau nedeklaruotus helio kiekius.
Helis MRT aparatuose: Svarbiausias helio panaudojimas yra magnetų aušinimas MRT (magnetinio rezonanso tomografijos) aparatuose, naudojamuose diagnozuoti ligas ir sužalojimus medicinos įstaigose.
Naujas helio panaudojimas: Pirmasis helio uždarytas kietasis diskas buvo pagamintas 2013 m. Helis įgalina diską sunaudoti mažiau energijos, gaminti mažiau šilumos, kelti mažiau triukšmo, užimti mažiau vietos, laikyti daugiau duomenų ir sukelti mažiau vibracijų nei standartiniame standžiajame diske. Sužinokite daugiau.
Helio panaudojimas
Helis pasižymi daugybe savybių, dėl kurių jis ypač gerai tinka tam tikroms reikmėms. Kai kuriais atvejais helis yra geriausios įmanomos dujos, o keliuose iš jų nėra tinkamo helio pakaitalo. Toliau aprašyti keli helio naudojimo būdai ir savybės, dėl kurių jis tinkamas naudoti.
Magnetinio rezonanso tomografija
Svarbiausias helio panaudojimas yra magnetinio rezonanso tomografijos aparatai, naudojami medicinos įstaigose, siekiant įvertinti sužalojimus ir diagnozuoti ligas. Šios mašinos naudoja magnetinį lauką, kurį sukuria superlaidus magnetas. Šie magnetai sukuria didžiulį šilumos kiekį. Skystas helis yra pasirinkta aušinimo medžiaga šių magnetų temperatūrai reguliuoti. Kadangi helio šiluma yra antra pagal mažumą ir bet kurio elemento žemiausia virimo / lydymosi temperatūra, šiuo labai svarbiu naudojimu helio pakaitalas nenumatomas.
Kėlimo dujos
Helis turi antrąją mažiausią bet kurio elemento atominę masę. Tik vandenilio atominis svoris yra mažesnis. Kaip lengvesnės nei oras dujos, helis buvo naudojamas kaip „pakėlimo dujos“ dirižabliams ir balionams. Sprogdikliai, dirižabliai, zeppelinai, priešlėktuviniai balionai, oro balionai ir kiti lengvesni už orą laivai - visi kaip helis naudojo kėlimo dujas. Jis yra daug saugesnis už vandenilį, nes nėra degus. Tai buvo svarbiausia helio naudojimo kategorija iki Antrojo pasaulinio karo pabaigos. Daug mažesnis kiekis helio dabar naudojamas kaip kėlimo dujos.
Valomosios dujos: Helį naudoja NASA ir Gynybos departamentas skystajam deguoniui ir skystajam vandeniliui išvalyti iš raketų variklių degalų bakų ir degalų tiekimo sistemų. Helis yra inertiškas ir jo užšalimo temperatūra yra tokia žema, kad prapūtimo metu jis lieka dujomis. Helio srautas į šias sistemas netgi buvo naudojamas ekstremalių situacijų metu gaisrui gesinti. NASA vaizdas.
Helio kvėpavimo mišiniai: Helis naudojamas kvėpavimo dujų mišiniams paruošti, norint nardyti giliai. Helis yra inertiškas ir mažo klampumo, esant slėgiui, leidžia lengviau kvėpuoti. Vaizdas - NOAA.
Valymo dujos
Helis turi žemiausią lydymosi ir virimo temperatūrą. Jis lydosi ir verda esant beveik absoliučiai nuliui. Kadangi jos išlieka dujomis labai žemoje temperatūroje, jos gali būti naudojamos kaip prapūtimo dujos kuro bakams ir degalų tiekimo sistemoms, kurios užpildytos labai šaltais skysčiais, tokiais kaip skystas vandenilis ir skystas deguonis. Kadangi jis yra inertiškas ir žemoje užšalimo temperatūroje, jis gali saugiai išstumti šį kurą nesušaldamas. NASA ir Gynybos departamentas naudoja didelius helio kiekius raketų varymo sistemoms valyti.
Kontroliuojamos atmosferos gamyba
Helis yra inertinės dujos. Vienintelės mažesnio reaktyvumo dujos yra neonas. Dėl mažo reaktyvumo helis yra vertingos dujos, naudojamos gamybos ir remonto procesuose, kai reikalinga inertiška atmosfera. Be to, helio tankis yra antras pagal mažumą ir labai didelis šilumos laidumas. Šios helio dujų savybės leidžia pasirinkti atmosferą daugelyje metalurgijos procesų, auginant tobulus kristalus cheminiuose garuose, gaminant optinius pluoštus ir kitoms reikmėms.
Nuotėkio aptikimas
Helis turi labai mažą klampumą, aukštą difuzijos koeficientą ir mažiausią bet kurio elemento atomą. Dėl šių savybių helį sunku laikyti. Jei sistemoje yra nuotėkio, helis išbėgs. Todėl helio dujos naudojamos didelio vakuumo sistemoms, degalų sistemoms ir kitoms sandarumui patikrinti.
Kvėpavimo mišiniai
Helis ir kitos inertinės dujos yra naudojamos ruošiant kvėpavimo mišinius giluminiam nardymui ir medicininėms procedūroms. Čia naudojamas helis, nes jis yra inertiškas, turi labai mažą klampumą ir yra lengviau kvėpuoti esant slėgiui nei bet kurios kitos dujos.
Suvirinimo dujos
Helis naudojamas kaip apsauginė atmosfera suvirinant. Inertinių dujų atmosfera apsaugo karštus metalus nuo oksidacijos ir kitų reakcijų, kurios gali greitai įvykti aukštoje temperatūroje.
Helio panaudojimas: Santykinis helio kiekis, sunaudotas įvairioms reikmėms JAV per 2011 m. Diagrama naudojama naudojant USGS duomenis.
Helis: neatsinaujinantis šaltinis
Helis yra dujos, randamos tik ten, kur įvyksta mažai tikėtinos situacijos. Nors jį nuolat gamina radioaktyvus mineralų skilimas Žemės plutoje, jo natūralus susidarymas ir kaupimasis yra toks lėtas, kad jį reikia laikyti neatsinaujinančiu šaltiniu.
Helio gleivinės ir helio trūkumas
1925 m. JAV įsteigė Nacionalinį helio rezervą, kuris būtų strateginis helio tiekimas dirižabliams ir kitiems gynybos tikslams. Tuo metu šalis gamino daug daugiau helio, nei buvo sunaudota. Po Antrojo pasaulinio karo helio, naudojamo kaip kėlimo dujos, kiekis sumažėjo, tačiau helio, kaip prapūtimo dujų, degalų papildymo raketų varikliuose ir aušinimo skysčio, paklausa branduolinių ginklų objektuose išaugo. Vis dėlto helio buvo gaminama daugiau nei sunaudojama.
1995 m. Kongresas nusprendė, kad nacionalinis helio rezervas nėra būtinas, ir inicijavo helio pardavimo programą kaip 1996 m. Helio privatizavimo įstatymo dalį. Beveik du dešimtmečius Kongresas leido helį parduoti su didžiulėmis nuolaidomis laisvojoje rinkoje. kainos. Parduodant iš Nacionalinio helio rezervo buvo patenkinta iki 1/2 pasaulio helio paklausos. Kai kuriais metais iš JAV į kitas šalis buvo eksportuota daugiau helio, nei buvo sunaudota vidaus rinkoje. Tie, kurie iš vyriausybės pirko helį, gavo fantastišką sandorį, o tie, kurie helį pirko laisvojoje rinkoje, mokėjo kur kas didesnę kainą.
Nacionalinio helio rezervo atsargų išmetimas į rinką sumažino helio kainą tiek, kad jis buvo naudojamas kaip pigus argono ir kitų dujų, kurių tiekimas yra daug mažesnis, pakaitalas.
Kadangi už komercinę helio gamybą nebuvo atlyginta arba ji nebuvo naudojama labai mažai, 2014 m. Nacionalinio helio rezervo pardavimai buvo pakeisti aukcionų sistema. Pirmajame aukcione du konkurso dalyviai nupirko visą metinę 93 mln. Kubinių pėdų helio atsargą. nei dvigubai ankstesnių metų rinkos kaina. Po aukciono tiems patiems dviems dalyviams buvo parduota dar 1 milijardas kubinių pėdų.
Po pirmojo aukciono helio kaina ir toliau kilo, nes naujojo helio gamybos metu sunaudojama mažiau. Kainos padidėjimas paskatino investicijas į naujas helio perdirbimo įmones. Tačiau helį galima gaminti tik iš gamtinių dujų telkinių su druska arba anhidratu kaip gaudyklėje. Tai pasitaiko tik keliose pasaulio vietose.
Remiantis galiojančiais įstatymais, nacionalinis helio rezervas bus išparduotas iki 2021 m. Tikimės, kad didėjančios investicijos į helio regeneravimo gamyklas bus pakankamos patenkinti helio vartotojų poreikius, kai nebebus to svarbaus helio šaltinio.