Садржај
- Шта је хелијум?
- Одакле долази хелијум?
- Зашто је хелијум у неком природном гасу?
- Где је природни гас богат хелијем?
- Употреба хелијума
- Магнетна резонанца
- Подизање гаса
- Прочишћавање гаса
- Контролирана производња атмосфере
- Детекција пропуштања
- Мешавине за дисање
- Гас за заваривање
- Хелијум: необновљиви извори
- Хелијумски олуци и недостаци хелијума
Хелијум блимп: Већина људи је чула да се хелијум користи као плин за подизање метео балона, балота и балона. Ово су врло мале употребе хелијума. Употреба која троши више хелијума од било које друге је хлађење магнета у МРИ (магнетна резонанца) машинама у медицинским установама. Дерек Јенсен - Гоодиеар блимп пхото
Шта је хелијум?
Хелијум је хемијски елемент и инертан гас без боје, мириса, укуса. Има најмањи атомски радијус било којег елемента и други најнижи атомска тежина. Лакши је од ваздуха.
Већина људи зна да се хелијум користи као плин за дизање у балонима и балонима, али не могу да именују још један начин на који се користи. Прва употреба хелијума је као гас за хлађење за машине за магнетну резонанцу (МРИ) која се користе у медицинским установама. Остале важне употребе хелија укључују: заштитни гас за заваривање, инертни гас за производњу контролисане атмосфере, фугитивни гас који се користи за детекцију цурења и гас ниске вискозности за дисање под притиском.
Одакле долази хелијум?
Врло мало хелијума је присутно у Земљиној атмосфери. То је такав светлосни елемент да га гравитација Земље не може задржати. Када је присутан на Земљиној површини, непречишћен хелијум одмах почиње да се повећава све док не напусти планету. Зато се дижу балони за забаву!
Хелијум који се комерцијално производи добије се из земље. Нека поља природног гаса имају довољно хелијума помешаног са гасом да га се може екстраховати економично. Неколико поља у Сједињеним Државама садрже преко 7% хелијума по запремини. Компаније које на овим просторима буше природни гас производе природни гас, прерадјују га и уклањају хелијум као нуспродукт.
Депозити природног гаса који садрже хелијум: Модел лежишта за поља природног гаса која садрже хелијум. Хелијум настаје распадањем уранијума и торијума у гранитоидним стијенама подрума. Ослобођени хелијум је бујан и креће се према површини у порозности која је повезана са подвалама подрума. Затим се хелијум креће према горе кроз порозне седиментне прекриваче, док се природним гасом не ухвати испод слоја анхидрита или соли. Ово су једини стенски постојани типови стијена који могу да се ухвате и садрже ситне, плутајуће атоме хелија. Ова геолошка ситуација јавља се само на неколико локација у свету и зато су богате акумулације хелија ретке.
Повезан: Нова употреба хелијума - чврсти дискови
Зашто је хелијум у неком природном гасу?
Сматра се да се највећи део хелијума који је уклоњен из природног гаса формира радиоактивним распадом уранијума и торијума у гранитоидним стијенама земаљске континенталне коре. Као врло лаган гас, уздаран је и тежи да се креће према горе чим се формира. Најбогатије накупине хелија налазе се тамо где постоје три услова: 1) гранитоидне стене у подруму су богате уранијумом и торијумом; 2) стене у подруму су ломљене и распуштене како би се обезбедили путеви за излазак хелија; и 3) порозне седиментне стијене изнад расједа подрума затворене су непропусним заптивачем халита или анхидрита. Када су сва три ова услова испуњена, хелијум се може акумулирати у порозном седиментном слоју стијена.
Хелијум има најмањи атомски радијус било којег елемента, око 0,2 нанометра. Дакле, када се формира и почне да се креће према горе, може се уклопити кроз веома мале поре између простора у стијенама. Халит и анхидрит су једине седиментне стијене које могу блокирати миграцију атома хелијума према горе. Шкриљеви на којима су поре поре натопљени обилним органским материјалима (кероген) понекад служе као мање ефикасна баријера.
Депозити природног гаса који садрже хелијум: Карта која приказује поља природног гаса која служе као важан извор хелијума у Сједињеним Државама. Природни гас произведен из ових поља садржи између 0,3% до преко 7% хелијума. Хелијум је уклоњен из гаса за комерцијалну продају. Слика помоћу података о локацији из Геолошког завода Сједињених Држава.
Где је природни гас богат хелијем?
Већина необрађеног природног гаса садржи најмање хелијума у траговима. Врло мало поља природног гаса садржи довољно да оправда процес обнављања хелијума. Извор природног гаса мора да садржи најмање 0,3% хелијума да би се сматрао потенцијалним извором хелијума.
У 2010. години, сав природни гас који је прерађен за хелијум у Сједињеним Државама дошао је из поља у Колораду, Канзасу, Оклахоми, Тексасу, Јути и Вајомингу, као што је приказано на приложеној мапи. Поље Хуготон у Оклахоми, Канзасу и Тексасу; поље Панома у Канзасу; поље Кеиес у Оклахоми; Панхандле Вест и Цлиффсиде Фиелд у Тексасу и Рилеи Ридге Фиелд у Виомингу представљају већину производње хелијума у Сједињеним Државама.
Током 2010. године Сједињене Државе произвеле су 128 милиона кубичних метара хелијума. Од тог износа 53 милиона кубичних метара хелијума је извађено из природног гаса, а 75 милиона кубичних метара повучено је из Националног резервата хелијума. Остале земље са познатим количинама производње биле су: Алжир (18 мцм), Катар (13 мцм), Русија (6 мцм) и Пољска (3 мцм). Канада и Кина произвеле су мале, али непријављене количине хелијума.
Хелијум у МРИ машинама: Употреба хелијума број један је хлађење магнета у МРИ (магнетној резонанци) машинама које се користе за дијагностицирање болести и повреда у медицинским установама.
Нова употреба хелијума: Први чврсти диск са хелијумом је произведен 2013. године. Хелијум омогућава уређају да троши мање енергије, производи мање топлоте, ствара мање буке, заузима мање простора, држи више података и ствара мање вибрација од стандардног тврдог диска. Сазнајте више.
Употреба хелијума
Хелијум има мноштво својстава која га чине изузетно погодним за одређене намене. У неким од ових примена, хелијум је најбољи могући гас за употребу, а у неколико њих нема адекватне замене за хелијум. У наставку је описано неколико употреба хелијума, заједно са својствима која га чине погодним за употребу.
Магнетна резонанца
Употреба хелијума број један је у машинама за магнетну резонанцу које се користе у медицинским установама за процену повреда и дијагностиковање болести. Ове машине користе магнетно поље које производи суперпреводни магнет. Ови магнети стварају огромну количину топлоте. Течни хелијум је расхладна супстанца избора за регулацију температуре ових магнета. Пошто хелијум има другу најнижу специфичну топлоту било ког гаса и најнижу тачку кључања / талишта било ког елемента, не постоји предвиђена замена за хелијум у овој веома важној употреби.
Подизање гаса
Хелијум има другу најмању атомску тежину било којег елемента. Само водоник има мању атомску тежину. Као гас лакши од ваздуха, хелијум је коришћен као "подизни гас" за ваздушне бродове и балоне. Ударци, диригирали, зепелини, противавионски балони, балони и други бродови лакши од ваздуха користили су хелијум као плин за дизање. Много је сигурнији од водоника јер није запаљив. Ово је била најважнија категорија употребе хелијума до краја Другог светског рата. Много ниже количине хелијума сада се користе као плин за дизање.
Прочишћавање гаса: НАСА и Министарство одбране користе хелијум за прочишћавање течног кисеоника и течног водоника из резервоара за гориво и ракетних система за довод горива. Хелијум је инертан и има температуру смрзавања која је толико ниска да током процеса испирања остаје гас. Доток хелијума у ове системе се чак користио чак и у хитним случајевима за гашење пожара. Слика НАСА-е.
Хелијуме за дисање: Хелијум се користи за припрему мешавина гаса за дисање за роњење у дубокој води. Хелијум је инертан и има ниску вискозност под притиском што омогућава лакше дисање. Слика НОАА.
Прочишћавање гаса
Хелијум има најнижу тачку топљења и врелишта било ког гаса. Топи се и кључа на температурама близу апсолутне нуле. Будући да остаје гас на врло ниским температурама, може се користити као прочишћавајући гас за резервоаре за гориво и системе за довод горива који су напуњени веома хладним течностима, као што су течни водоник и течни кисеоник. Будући да је инертан и има ниску температуру смрзавања, може лако избацити та горива без смрзавања. Велике количине хелијума користе НАСА и Министарство одбране за чишћење ракетних погонских система.
Контролирана производња атмосфере
Хелијум је инертан гас. Једини гас ниже реактивности је неон. Ова ниска реактивност хелијума чини вредним гасом који се користи у производњи и поправци када је потребна инертна атмосфера. Хелијум такође има другу најнижу густину било којег гаса, уз веома високу топлотну проводљивост. Ова својства гаса хелијума чине атмосферу избора за многе металуршке процесе, узгајање савршених кристала у хемијским испаравањима, производњу оптичких влакана и другу употребу.
Детекција пропуштања
Хелијум има веома ниску вискозност, висок коефицијент дифузије и најмањи атом било којег елемента. Ове карактеристике чине хелијум веома тешким за задржавање. Ако систем има цурења, хелијум ће изаћи. Стога се хелијумски гас користи за тестирање система високог вакуума, система за гориво и других задржавања на цурење.
Мешавине за дисање
Хелијум и други инертни гасови користе се за припрему мешавина за дисање за роњење у дубокој води и медицинских третмана. Овде се користи хелијум јер је инертан, има веома ниску вискозност и лакше дише под притиском него било који други гас.
Гас за заваривање
Хелијум се користи као заштитна атмосфера при заваривању. Атмосфера инертног гаса штити вруће метале од оксидације и других реакција које се могу нагло појавити на високим температурама.
Употреба хелијума: Релативне количине хелијума конзумиране у разне сврхе у Сједињеним Државама током 2011. Графикујте користећи податке из УСГС-а.
Хелијум: необновљиви извори
Хелијум је гас који се налази само тамо где се догоди случајност мало вероватних ситуација. Иако се континуирано производи распадањем радиоактивног минерала у земљиној кори, његова природна производња и акумулација су тако спори да се могу сматрати необновљивим ресурсом.
Хелијумски олуци и недостаци хелијума
1925. године Сједињене Државе основале су Национални резерват хелијума који служи као стратешко снабдевање хелијума за употребу у ваздушним бродовима и у друге одбрамбене сврхе. У то време земља је производила много више хелијума него што се конзумирала. Након Другог светског рата количина хелијума који се користи као гас за дизање опада, али потражња за хелијем као прочишћавајућим гасом за пуњење ракетних мотора и као расхладно средство у објектима за нуклеарно оружје је порасла. Ипак, произведено је више хелија него што га се конзумира.
Конгрес је 1995. одлучио да резерва за хелијум није битна и покренуо је програм продаје хелијума у оквиру Закона о хелијумској приватизацији из 1996. Готово две деценије Конгрес је дозволио продају хелија на огромном попусту слободном тржишту цене. До половине светске потражње за хелијем задовољавало се продајом из Националног резервата за хелијум. У неким годинама, више хелија се извозило из Сједињених Држава у друге земље, него што се конзумирало у земљи. Они који су купили хелијум од владе добили су фантастичан посао, а они који су купили хелијум на слободном тржишту платили су много већу цену.
Избацивање залиха националних хелијумских резерви на тржиште толико је снизило цену хелијума да је коришћен као јефтина замена за аргон и друге гасове који имају много мање ограничену понуду.
Пошто комерцијална производња хелијума није награђена или није много коришћена, тржиште је недовољно искоришћено када је продаја Националних резерви хелијума замењена аукцијским системом у 2014. На првој аукцији два понуђача су купила целокупну годишњу издвајање од 93 милиона кубичних хелијума на више него што је удвостручила тржишну цену претходних година. Након аукције, иста два понуђача продата је још милијарда кубних метара.
Од прве аукције, цена хелијума је наставила расти јер производња новог хелијума нема мању потрошњу. Повећање цијена покренуло је улагање у нова постројења за прераду хелија. Међутим, хелијум се може произвести само из поља природног гаса са соли или анхидратом у облику клопке. Оне се јављају само у неколико делова света.
Према важећем закону, Национални резерват хелијума биће распродан до 2021. Надам се да ће све већа инвестиција у постројења за обнављање хелијума бити довољна да задовољи потребе потрошача хелијума када тај важни извор хелијума нема.