Гелий: сферы применения и способы добычи

Гелий — это химический элемент, который представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса. Впервые был замечен при спектроскопии света (расщеплении света на лучи разного цвета), источаемого солнцем во время затмения. В 1868 году французский астроном Пьер Жюль Жансен вместе с английским коллегой Джозефом Норманом Локьером смогли наблюдать новую светло-желтую линию, до этого неизвестную науке. Как выяснилось, так отобразился ранее не известный элемент, который позже назвали гелием. По распространению во вселенной гелий находится на втором месте после водорода, но на нашей планете этого газа не много. Лишь в 1895 году химик из Шотландии Уильям Рамзай выделил гелий из минерала клевеита.

Классификация месторождений

На сегодняшний день столь редкий элемент добывают из природного газа. Оренбургский газоперерабатывающий завод занимается этим в России. В найденных месторождениях находится всего 0,055 % гелия в природном газе, что относит этот источник к «бедному». «Богатыми» месторождениями можно называть те, в которых процент искомого вещества составляет не ниже 0,5 %. Если доля гелия в газе составляет 0,1–0,5 %, то такое месторождение носит имя «рядовое».

Гелий в природе

Земной гелий чаще всего образуется при распаде урана-235, тория и урана-238, а также нестабильных продуктов их распада. Газ медленно накапливается в земной коре. За миллионы лет одна тонна гранита, в которой содержится 10 г тория и 2 г урана, вырабатывает всего 0,5 см3 (или 0,09 мг) элемента. Лишь немногие минералы, богатые торием и ураном, могут похвастаться высоким содержанием гелия. Кроме того, большая часть минералов подвергается выветриванию, перекристаллизации и другим процессам, в результате которых гелий уходит. Высвободившиеся пузырьки могут раствориться в подземных водах или выйти в атмосферу через трещины и поры в минералах.

Производство гелия

На нашей планете всего насчитывается до 41 млрд кубометров гелия. Большое количество месторождений расположено в Китае, США, России, Алжире. Всего в мире человечеством добывается приблизительно 175 млн кубометров гелия в год, из которых в России производится не более 5 млн м³. Вызвано это тем, что самые богатые месторождения данного газа находятся в Сибири и на Дальнем Востоке, где производство пока что не налажено.

Как добывается гелий из природного газа

Добыча гелия из природного газа состоит из двух этапов. Вследствие проведения низкотемпературной конденсации можно получить гелиевый концентрат, в котором необходимого вещества уже имеется 80 %. Далее необходимо очисть полученный концентрат от примесей (методы зависят от элементов): водорода, аргона, неона, азота, метана.

Сферы применения гелия

Гелий имеет много полезных свойств, среди которых электропроводимость и теплопроводность. Во многих сферах требуются именно эти свойства. Газ часто применяется в авиации, ракетостроении, атомной и электронной промышленности, в медицине.

Впервые гелий применили в Германии в 1915 году, им стали наполнять дирижабли. Очень быстро этот легкий и негорючий газ стал незаменимым наполнителем для воздухоплавательных аппаратов. В 30-х годах интерес к дирижаблестроению спал, что повлекло за собой сокращение объемов производства гелия, правда лишь на короткое время, так как на элемент начали обращать внимание химики, металлурги и машиностроители. Гелий очень легкий, что позволяет применять его при погружении в воду или для воздухоплавания (воздушные шары, дирижабли).

Данный газ не токсичен, его можно вдыхать без вреда для здоровья. Именно по этой причине из него часто изготовляют различные дыхательные смеси.

Это могут быть составы для проведения кессонных работ или подводного плавания с аквалангами. Такая сфера применения газа связана с его низкой реактивностью и растворимостью в воде и крови.

В последнее время гелий стали часто применять в атомной промышленности: из данного вещества получается неплохой теплоноситель для атомных реакторов. Нашел свою нишу газ и в металлургии: из гелия можно создать защитную среду при сварке металлов.

Гелий, позволяющий получать сверхнизкие температуры, выполняет роль охлаждающего агента в Большом адронном коллайдере. Его используют при создании аппаратов МРТ, ракет «Аполлон» и спутниковой аппаратуры. Его применяют в качестве инертного газа при производстве оптоволокна и полупроводников. Газовые лазеры с гелием используют на кассах в супермаркетах для сканирования штрих-кодов.

Благодаря низкой плотности газ используется в качестве наполнителя для шаров, которые применяют как для декора, так и в исследовательских целях. Например, в метеорологии гелиевые шары нужны для того, чтобы поднять измерительные приборы на нужную высоту.

Хватит ли нам гелия?

По прогнозам ООО «Газпром ВНИИГАЗ», для всей индустрии понадобится около 238–312 млн кубометров уже к 2030 году, что значительно превышает предполагаемый объем добычи (213–238 млн кубометров). Естественно возникнет дефицит, избежать который можно только с помощью повышения уровня производства гелия по всему миру. Правительство Российской Федерации уже сейчас предпринимает необходимые меры по строительству центров производств столь важного ресурса в Чаядинском, Ковытинском и в других регионах Сибири.

Предыдущая статья Следующая статья

Вас могут заинтересовать статьи

Жидкий гелий в сосуде Дьюара

Данный газ получают, в основном, из широко распространенного природного или нефтяного газа. Впервые как химический элемент его идентифицировали в третьей четверти девятнадцатого века.

Что может гелий?

Гелий легче воздуха, а подъёмная сила шариков среднего размера составляет 1,5 грамма. Это значит, что 50 шаров смогут поднять шоколадку весом 100 г или небольшой подарок.

Гелий для шариков

Гелий — это средство для лечения астмы, защитная среда для сварки, часть искусственного воздуха, подаваемого водолазам.

Применение гелия в Адронном коллайдере

БАК или Большой Адронный коллайдер известен во всем мире как LHC (Large Hadron Collider). Его размер действительно огромен, т.к. в периметре это кольцо составляет около 27 километров.