基本介紹
- 中文名：氦氣
- 英文名：Helium
- 化學式：He
- 分子量：4.003
- CAS登錄號：275-187-7
- 熔點：1.0K（0.26MPa）
- 沸點：4.3K（0.1MPa）
- 水溶性：難溶於水
- 密度：0.1786g/L（0°C、0.1MPa）
- 外觀：無色
- 安全性描述：不可燃氣體
- 含量：空氣中的含量約為百萬分之5.2
- 類型：稀有氣體單質
- 臨界溫度：5.19K
- 臨界壓力：0.228MPa
- 蒸發熱：20.4kJ/kg（沸點）
歷史沿革,理化性質,物理性質,化學性質,套用領域,製備方法,毒理,注意事項,應急處理,含量分析,國內現狀,氦氣純度,工業氦,純氦,高純氦氣,超純氦氣,
歷史沿革
早在1868年，法國天文學家簡森（Janssen P J C，1824-1907）在觀察日全食時，就曾在太陽光譜上觀察到一條黃線D，這和早已知道的鈉光譜的D1和D2兩條線不相同。同時，英國天文學家洛克耶爾（Lockyer J N，1836-1920）也觀測到這條黃線D。當時天文學家認為這條線只有太陽才有，並且還認為是一種金屬元素。所以洛克耶爾把這個元素取名為Helium，這是由兩個字拼起來的，helio是希臘文太陽神的意思，後綴-ium是指金屬元素而言。中譯名為氦。
1895年，萊姆賽和另一位英國化學家特拉弗斯（Travers M W，1872-1961）合作，在用硫酸處理瀝青鈾礦時，產生一種不活潑的氣體，用光譜鑑定為氦氣，證實了氦氣也是一種稀有氣體，這種氣體地球上也有，並且氦元素是非金屬元素。
理化性質
物理性質
氦氣氦不能僅靠將飽和液體冷卻到絕對零度而固化。要使氦固化，必須施以相應壓力。在2.173K，氦將或多少從正常液體轉變成一種具有獨特性質的流體。溫度高於2.173K的液體稱為氦Ⅰ。低於此溫度的液體稱為氦Ⅱ。氦Ⅱ為超流體。它的熵為零，熱導率極高，黏度幾乎為零。
因為氦氣傳播聲音的速度差不多為空氣的三倍，所以吸入氦氣的人說話的聲音會變高頻率。這個有趣的現像，使得吸入氦氣的人說話尖聲細氣，就好像舊時的卡通人物一樣。
化學性質
氦是單原子氣體，化學性質不活潑。氦氣一般不生成化合物，在低壓放電管中受激發可形成He+2、HeH等離子及分子。
套用領域
氦氣廣泛套用于軍工、科研、石化、製冷、醫療、半導體、管道檢漏、超導實驗、金屬製造、深海潛水、高精度焊接、光電子產品生產等。
1、低溫冷源：利用液氦的-268.9℃的低沸點，液氦可以用於超低溫冷卻。而超低溫冷卻技術在超導技術等領域有較廣泛的套用，超導材料需要在低溫（100K左右）中才能表現出超導特性，大多數情況下只有液氦能比較簡便地實現這樣的極低溫。超導技術在交通行業的磁懸浮列車，醫療領域的核磁共振成像設備都有較大的套用。
2、氣球充氣：由於氦氣密度遠小於空氣（空氣的密度為1.29kg/m3，氦氣的密度為0.1786kg/m3），而且化學性質極不活潑，較氫氣安全（氫氣可以在空氣中燃燒，可能會引起爆炸），氦氣常用於飛船或廣告氣球中的充入氣體。
3、檢驗分析：儀器分析中常用的核磁共振分析儀的超導磁體需要利用液氦降溫，氣相色譜分析中氦氣常作為載氣，利用氦氣滲透性好、不可燃的特點，氦氣還套用於真空檢漏，如氦質譜檢漏儀等。
4、保護氣：利用氦氣不活潑的化學性質，氦氣常用於鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護氣。
6、其他方面：氦氣可用作高真空裝置、原子核反應堆在火箭、宇宙飛船上用作輸送液氫、液氧等液體推進劑的加壓氣體。氦氣還用作原子反應堆的清洗劑，在海洋開發領域的呼吸用混合氣體中，氣體溫度計的填充氣等。
製備方法
1、冷凝法：天然氣提氦在工業上採用冷凝法該法工藝包括天然氣的預處理淨化、粗氦製取及氦的精製等工序，製得99.99%的純氦氣。
2、空分法：一般採用分凝法從空氣裝置中提取粗氦、氖混合氣，由粗氦、氖混合氣制純氦、氖混合氣經分離及純化，製得99.99%的純氦氣。
3、氫液化法：工業上採用氫液化法從合成氨尾氣中提氦。該法工藝是低溫吸附清除氮、精餾得到粗氦加氧催化除氫及氦的純化，製得99.99%的純氦氣。
4、高純氦法：將99.99%的純氦進一步用活性炭吸附純化製得99.9999%的高純氦氣。
毒理
如果大量吸入氦氣，會造成體內氧氣被氦取代，因而發生缺氧（呼吸反射是受體內過量二氧化碳驅動，而對缺氧並不敏感），嚴重的甚至會死亡。另外，如果是由高壓氣瓶中直接吸入氦氣，那么其高流速就會嚴重地破壞肺部組織。大量而高壓的氦和氧會造成高壓緊張症狀Highpressurenervoussyndrome（HPNS），不過少量的氮就能夠處理這個問題。大量及長時間吸入氦氣可導致腦損傷甚至死亡。在大部分薯條類包裝袋裡也含有少量氦氣，不過不必擔心，沒有危害。
注意事項
1、壓力通常有15MPa，使用時套用YQY-12或152IN-125等減壓器減壓後使用，使用前套用肥皂水檢漏氣體管道，確保氣體管道不漏氣。
2、確保氦氣不泄露、工作場所保持通風，當氦氣含量增加導致氧氣含量低於19.5%時，患者先出現呼吸加快、注意力不集中、共濟失調；繼之出現疲倦無力、煩躁不安、噁心、嘔吐、昏迷、抽搐，以致死亡。
3、每瓶氦氣在使用到尾氣時，應保留瓶內余壓在0.5MPa，最小不得低於0.25MPa余壓，應將瓶閥關閉，以保證氣體質量和使用安全。
4、瓶裝氦氣在運輸儲存、使用時都應分類堆放，不準靠近明火和熱源，應做到勿近火、勿沾油蠟、勿曝曬、勿重拋、勿撞擊，嚴禁在氣瓶身上進行引弧或電弧，嚴禁野蠻裝卸，短距離移動氦氣鋼瓶應使用鋼瓶專用手推車，長距離移動鋼瓶套用危險品運輸車輛運輸。液氦的溫度為4.25K，與皮膚接觸能引起嚴重凍傷。
5、存貯氦氣的鋼瓶使用和檢驗遵照國家質量技術監督局《氣瓶安全監察規程》的規定，氣瓶充氣壓力不得超過規定壓力。安全帽要隨時裝上，一保護氣閥，氣瓶每三年檢驗一次（特殊情況例外）做外表檢查及進行水壓試驗，試驗合格後方可繼續使用，檢驗在充氣單位進行。
應急處理
若發生泄漏，應迅速撤離泄漏污染區人員至上風處，並進行隔離，嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿一般作業工作服。儘可能切斷泄漏源。合理通風，加速擴散。如有可能，即時使用。漏氣容器要妥善處理，修復、檢驗後再用。
含量分析
按氣相色譜法測定。條件：柱為不鏽鋼柱，長6m，內徑4mm。充填料為PoraPakQ，或類似品。載氣為氫氣[99.99%（V/V）]，流量40ml/min。用環線進樣器。檢測器為熱電導檢測器。柱溫為60℃。檢測器溫度130℃。操作：將標本氦經氣體進樣閥送入氣相色譜儀。選擇GC的操作條件，使標準峰信號相當於不低於滿刻度讀數的70%，這樣可使氮和氧完全從氦中分出（氮和氧彼此可能無法分清）。由供試樣本所得的峰回響值所顯示的滯留時間，應與由空氣一氦檢定標準樣本（由工業級氦中混入1.0%空氣，由廠商提供）所得的峰回響相當，並表示出不超過1.0%的空氣量（體積），而He的含量應不低於99.0%（體積）。
國內現狀
氦氣是國防軍工和高科技產業發展不可或缺的稀有戰略性物資之一。含氦天然氣迄今仍是工業化生產氦氣的唯一來源。我國氦氣資源相當貧乏，含量很低，提取難度大，成本高。因此，在保護有限氦氣資源的同時，研究開發先進的天然氣提氦技術對於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的發展具有重要意義。通過對提氦技術的分析介紹，低溫冷凝法較為成熟，但能耗、成本較高；吸附法、吸收法和膜滲透法等其他提氦技術各具特點，但限於適用條件尚不能規模化工業套用。隨著新材料、新技術的發展，天然氣提氦技術不斷改進創新，吸附法、膜滲透法等提氦工藝發展迅速，聯產法、聯合法工藝有著良好的套用前景，這些都為促進天然氣提氦技術的發展提供了新的思路。
氦氣純度
工業氦
項目名稱指標
氦氣純度：≥99%
氖（氫）、氧（氬）、氮、甲烷總含量，%≤1
水分含量，露點，≤-43℃
純氦
項目名稱指標
優等品一等品合格品
氦氣純度，%≥99.99599.99399.99
氖含量，ppm≤152540
氫含量，ppm≤357
氧（氬）含量，ppm≤355
氮含量，ppm≤101725
一氧化碳，ppm≤111
二氧化碳，ppm≤111
甲烷量，ppm≤111
水分含量，ppm≤101520
高純氦氣
氦氣純度>99.999%，
雜質含量（ppm）：
O2≤0.5，
N2≤1.0，
CO≤0.5，
CO2≤0.5，
CH4≤0.5，
H2O≤0.5，
Ne≤8.0；
超純氦氣
氦氣純度>99.9999%，
雜質含量（ppm）：
N2≤0.5，
O2≤0.5，
Ne≤0.5，
CO≤0.1，
CO2≤0.1，
THC≤0.1，
H2O≤0.2；
