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不怕美国封锁和讹诈中国军用氦气资源有保障

2019-10-08 14:25 weila

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图注:“东风”-5B液体推进洲际弹道火箭,很少有人知道它也要用到大量的氦气

2018年2月16日,美国总统特朗普签署第13817号令,要求美国内政部和国防部公布一份对美国利益至关重要的35种关键矿产目录,其中氦气赫然在列。无独有偶,2019年4月,澳大利亚联邦政府发布《澳大利亚关键矿产战略2019》,列举了对国防、太空、能源和先进制造非常重要的24种关键矿产,其中也包括了氦气。近期,由于美国对中国发动贸易战,并在半导体领域对中国进行单边制裁和封锁,我国指出,不允许美国使用中国的稀土资源(制造的半导体元器件)对中国进行制裁,被世界各国广泛解读为要以稀土为武器反击美国粗暴无理的单边制裁。而美国国内的“鹰派”也发出声音,打算以氦气这一重要的工业资源作为武器,通过禁运来制裁和打击中国的工业和国防发展。

那么氦气为何能获得极大关注并成为未来大发5分3d科技的“宠儿”?它从何而来?有哪些应用?我国年需求与年产量又有多少?我国权威氦气地质专家李玉宏教授和他的研究团队告诉我们:中国军用氦气资源有保障,不怕美国封锁和讹诈!

氦气的来源和理化性质

1868年法国天文学家皮埃尔·让森(Pierre·Janssen)和英国天文学家洛克耶(Lockyer·JosephNorman)各自在观测日全食时,用光谱仪首次在太阳光谱中发现了属于氦的黄线,称之为太阳的元素,但当时并未识别出它是哪种元素。直到1895年,英国化学家威廉·拉姆赛(William·Ramsay)在研究钇铀矿时也发现了这种气体,并由当时英国光谱学家和物理学家威廉·克鲁克斯(William·Crookes)证明其是氦。这样氦正式被发现,并被命名为Helium,在希腊语中为太阳的意思。

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图注:氦气的重要发现者之一,英国化学家威廉拉姆塞

氦是一种惰性气体、非金属元素,元素周期表属于零族元素。氦在空气中的含量仅为0.000524%,但其在整个宇宙中含量仅次于氢元素。它在常温下无色、无味、无臭,在水中的溶解度很低,是除氢气以外密度(0.1786g/L)最小的气体,也是已知熔点、沸点最低的元素,液化温度接近绝对零度,当其液化后导热性很强。由于液氦温度低,用液氦冷却某些金属或金属化合物其电阻会完全消失,这种现象称为超导电性,此温度称为临界温度。氦的化学性质不活泼,基本不形成化合物。氦在自然界中有两种稳定同位素3He和4He,3He主要为元素合成时形成的核素,来源于地幔脱气,随着熔体和火山活动上升到地壳和空气中。 4He主要来源于矿物中铀、钍等元素的放射性衰变,主要产自地壳。

由于空气中氦气含量极低,因此从空气中提纯氦气成本巨大,并不具有经济效益。研究发现,一些储存于沉积盆地内的天然气藏中氦气浓度远高于空气,包括烃类天然气藏、氮气藏和二氧化碳气藏,这些气藏中氦气浓度最高可达10%以上,而氦气浓度达到0.1%就具有工业利用价值。研究表明,那些基底具有古老富铀、钍含花岗岩的盆地内更容易找到富氦天然气藏,氦气进入天然气藏的过程为:①首先矿物中铀、钍元素通过放射性衰变产生氦,然后氦通过扩散作用或者矿物重结晶逃离矿物进入岩石孔隙、裂隙,我们可以称之为氦的初次运移;②氦原子进入孔隙水后,其在孔隙水中以扩散的方式向地壳浅部进行二次运移,但这个运移过程非常缓慢;③当孔隙水中通过气泡时,氦迅速进入气相,孔隙水中的氦浓度迅速降低,气相中氦浓度不断升高,最终,这些氦气伴随其他气体快速向上运移并在构造高部位聚集形成天然气藏。④形成富氦天然气藏后在气水界面附近继续发生溶解交换,氦气持续在气藏中富集,最终形成富氦天然气藏。地质学家通过勘探发现富氦天然气藏后,通过钻探开发将富氦天然气开发到地表,然后利用氦气低沸点的性质,通过膜分离、冷却法等方法将氦气从天然气中分离提纯,最终液化后储运出售。