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。

氦氣市場概況

美國的氦氣資源豐富。是世界上主要的氦氣生產(chǎn)和消費國家。其次是:俄羅斯、波蘭、阿爾及利亞。在最近20年內(nèi),全球氦氣市場年增長率約為9.3%。1990年,全球氦消費量8778萬m3,其中美國為6144萬m3。消費分配為: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級氦,其中美國占1.14億m3。在世界其它國家生產(chǎn)的0.29億m3A級氦中,大部分為俄羅斯和波蘭生產(chǎn),其余為中國、印度等國生產(chǎn)。1995年,美國在其國內(nèi)和國際市場上共銷售A級氦(氦純度為99.995%以上)0.96億m3,其中美國礦物局和美國私有制氦商在美國市場上銷售了0.684億m3,由美國私有制氦商在國際市場上銷售了0.277億m3。1995年比1994年氦氣的銷量(1.006億m3)降低了4.3%。美國的氦氣消費分配為: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,高純氦氣用作生長鍺和硅晶體的保護氣。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用作保護氣;電弧焊接的保護氣;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)的飛船來探測低空飛行的導(dǎo)彈;美國毒品管理局在美國南部邊境地區(qū)設(shè)置了6只系留雷達的小型飛艇,用于探查毒品走私的情況;美國邊防巡邏站計劃利用小型飛艇來探查非法入境的外國人。美國航空和航天局正在利用充氦氣球來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;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氣置換,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)動機用氣源。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冷卻超導(dǎo)磁體。美國阿貢(Argonne)國家實驗室正在研究用于軍事和商業(yè)目的的磁流體推進系統(tǒng),這種動力推進系統(tǒng)不使用運動部件。MRI在醫(yī)療上的應(yīng)用價值很高,日本于1995年安裝了278套超導(dǎo)MRI,過去單機液氦年用量約400L。超導(dǎo)磁體電儲存系統(tǒng)能儲存平時過多的電力,需要時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：

氦氣為無色、無味、無臭常溫下為氣態(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分之5.2，理論上可以從空氣中分離抽取，但因其含量過于稀薄，分離成本很高。工業(yè)上的氦氣主要從美國、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，液化后通過海運，運輸?shù)饺珖鞯?。利用液氦?68.9℃的低沸點，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)實驗、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氣一起用作二氧化碳激光切割機的激光氣體

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

氦氣是一種無色、無味、無毒的不燃燒的儲存于氣瓶中的高壓氣體。壓力通常有15MPa，使用時應(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，患者先出現(xiàn)呼吸加快、注意力不集中、共濟失調(diào)；繼之出現(xiàn)疲倦無力、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行安全檢驗，方能繼續(xù)使用。

每瓶氦氣在使用到尾氣時，應(yīng)保留瓶內(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。

瓶裝氦氣在運輸儲存、使用時都應(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)禁在氣瓶身上進行引弧或電弧，嚴(yán)禁野蠻裝卸，短距離移動氦氣鋼瓶應(yīng)使用鋼瓶專用手推車，長距離移動鋼瓶應(yīng)用危險品運輸車輛運輸。

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(2555kPa)：    -272.1℃

沸點(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色無臭無味無毒的惰性氣體。不燃燒。微溶于水和有機溶劑。在壓力為101.325kPa時水中的溶解度為0.00901 ml/g(0℃)、0.00834ml/g(30℃)、0.00887 ml/g(60℃)。20℃，101.325kPa時，在一些有機溶劑中的溶解度為，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，易擴散和滲透，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此，常用它作探漏氣體。