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​除了吹气球,氦气还能干什么?

生日会上的气球能飘起来,靠的是氦气——它比空气轻,而且不会像氢气那样一点就着。

但对工业来说,吹气球大概是氦气最不重要的用途。

医院里那台大机器,靠它撑着

核磁共振仪里有一组超导磁体,只有在极低温下才能保持超导状态。这个极低温,靠的是液氦。

氦的沸点是所有元素里最低的,-268.94℃。一旦液氦供应断了,磁体就会失超,机器只能停机。

手机和光纤,也绕不开它

拉光纤的时候,要在氦气保护下才能把玻璃丝拉得又细又匀;造芯片的时候,光刻、检漏、冷却这些环节也要用到高纯氦。

要求有多高?国家标准 GB/T 4844-2011 规定,高纯氦的纯度要达到 99.999%,里面氖的含量不能超过 4ppm。ppm 是百万分之一,4ppm 差不多是一吨水里滴进四滴。

既然这么重要,为什么国内不够用

据公开行业资料,2023 年我国氦气对外依存度仍在 90% 以上。

原因是氦太难“单独存在”了。它在地球上大多混在天然气和化工尾气里,含量很低,要把它从别的气体里分离出来,还得做到极纯。

办法是有的:把温度降到极低

工业上常用的办法叫深冷分离。简单说,就是把混合气体一路降温,不同的气体在不同的温度下会先变成液体,像筛子一样一层层分出来。

但氦的“邻居”很难缠:氢和氦的分子量只差一倍,氖和氦的沸点相差不大。要分干净,靠的是工艺细节,不是一台设备。

一家重庆企业走的两条路

2021 年成立的重庆科禾化工,走的是两条路。

一条是从天然气里提。液化天然气在储运过程中会产生闪蒸气,也就是 BOG,氦就富集在里面,在 LNG 工厂旁边建装置就能提。

另一条是从化工尾气里提。2021 年底,科禾与重庆建峰集团共同开发的合成氨弛放气提氦装置在重庆涪陵开工,2023 年 1 月投产,每年能产 15 万立方米高纯氦。

现在这家公司的产品覆盖氦气、液氦和氖、氪、氙等稀有气体,主推纯度 5N(99.999%)及以上,部分示范装置能到 6N(99.9999%),销往半导体、光纤、医疗、科研和航天等领域。

说到底,氦气这门生意不太“性感”:没有快钱,只有一座座装置和气源绑定,一个参数一个参数地调。但医院里的那台机器、你手机里的那颗芯片,确实需要它。