Khí Heli được sản xuất như thế nào?

Mục lục

0.1 Khí Heli có ở đâu?
0.2 Nguồn heli thô trên trái đất
0.3 Phương thức khác sản xuất khí heli
0.4 Sử dụng, bảo quản và phân phối

1 Tư vấn kỹ thuật và bán hàng: Điện thoại/zalo 0902 336 426 – email sales@kattashop.com

Heli được xem là một loại khí hiếm. Thế nhưng nhu cầu sử dụng của nó ngày càng lớn trên khắp thế giới. Những ứng dụng của heli đem lại rất nhiều lợi ích trong đời sống hiện đại. Có thể kể đến những ứng dụng quan trọng của Heli như: sử dụng trong y tế, trong ngành sản xuất các thiết bị bán dẫn điện tử, trong nghiên cứu siêu dẫn, làm khí nâng cho khinh khí cầu,…. Vậy phải làm thế nào để sản xuất khí Heli tinh khiết?

Xem thêm những ứng dụng của khí heli

Khí Heli có ở đâu?

Heli là một trong những nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ. Nhưng phần lớn nó tồn tại bên ngoài khí quyển trái đất. Heli đã không được biết đến cho đến năm 1868. Nhà thiên văn Pháp Pierre Janssen và nhà thiên văn người Anh Joseph Lockyer đã phát hiện ra Heli một cách độc lập và cùng lúc khi nghiên cứu về nhật thực của Mặt trời. Tên heli (helium) bắt nguồn từ chữ helios tên của thần mặt trời trong thần thoại Hy lạp.

Lần đầu tiên Heli được phân lập trên Trái đất vào năm 1895. Do nhà hóa học người Scotland William Ramsay chiết xuất từ khoáng phóng xạ cleveite. Năm 1905, khí tự nhiên lấy từ lòng giếng gần Dexter, Kansas, được xác định có chứa khoảng 2% heli. Phân tích các nguồn khí tự nhiên khác trên thế giới đã phát hiện ra các nồng độ heli khác nhau. Tập trung chủ yếu ở Qatar, Algeria, Mỹ và Nga. Nồng độ cao nhất được tìm thấy ở Mỹ và một số nước khác cũng có nguồn đáng kể.

Nguồn heli thô trên trái đất

Heli được tạo ra bởi sự phân rã phóng xạ của các nguyên tố nặng như urani và thori dưới lòng đất. Một phần của bức xạ từ các nguyên tố này bao gồm các hạt alpha tạo thành hạt nhân của các nguyên tử heli. Một số heli này thoát lên bề mặt trái đất và đi vào bầu khí quyển. Rồi nhanh chóng thoát vào không gian. Phần còn lại bị mắc kẹt dưới lớp không thấm qua của đá. Trộn lẫn với các khí tự nhiên khác hình thành ở đó.

Lượng heli được tìm thấy trong các mỏ khí tự nhiên khác nhau. Dao động từ gần như bằng không tới cao hơn 0.4% theo thể tích.Người ta khai thác heli từ các mỏ khí tự nhiên này để phục vụ cho nhu cầu sử dụng ngày càng cao hiện nay.

Phương thức khác sản xuất khí heli

Heli có thể được chiết xuất từ khí tự nhiên bằng cách hoá lỏng và tách các thành phần khí. Phương thức này dựa trên nguyên lý là mỗi loại khí đều có nhiệt độ hóa lỏng khác nhau.

Dòng khí tự nhiên được nén và làm lạnh đến những mức nhiệt độ nhất định. Ở mỗi phân đoạn nhiệt độ khác nhau sẽ có một loại khí bị ngưng tụ ở dạng lỏng và được tách ra. Loại khí nào có nhiệt độ hóa lỏng cao hơn sẽ được tách ra trước. Dòng khí tiếp tục được làm lạnh ở nhiệt độ sâu hơn để tách riêng lần lượt các loại khí. Cụ thể Oxy hóa lỏng ở -183^oC, Argon hóa lỏng ở -186^oC, Nito hóa lỏng ở -196^oC, Heli hóa lỏng ở nhiệt độ -269^oC (khoảng 4,2^oK hay -452,2^oF).

Sản xuất khí heli tinh khiết phải qua hai giai đoạn. Đầu tiên, trong quá trình ngưng tụ khí ở nhiệt độ thấp, sẽ thu được sản phẩm chứa heli đậm đặc, với hàm lượng khoảng 80%. Sau đó, sản phẩm này được tinh chế để loại bỏ các tạp chất như metan, nitơ, hydro, neon, argon để thu được heli tinh khiết.

Chi phí sản xuất khí heli cho phương pháp này khá cao. Trong khi lượng heli chứa trong không khí rất thấp. Phương pháp này thường được sử dụng để sản xuất các loại khí khác, như nitơ và oxy. Nhưng hiếm khi được sử dụng để sản xuất khí Heli.

Sử dụng, bảo quản và phân phối

Sử dụng

Tùy vào mục đích sử dụng mà người ta sử dụng helium với các độ tinh khiết khác nhau:

Helium 4.5 tương ứng với độ tinh khiết 99.995% : Thường được sử dụng trong bơm bong bóng bay, tạo lá chắn khí trong hàn hồ quang điện,…

Helium 5.0, 5.5 tương ứng với độ tinh khiết 99.999%, 99.9995% : Được sử dụng trong phòng thí nghiệm, dùng làm khí mang trong sắc ký khí,…

Bảo quản

Khí helium được nén vào trong các chai chứa khí bằng thép để tồn trữ và vận chuyển. Áp suất nén 150bar, áp suất thử của chai 250bar. Dung tích chứa gồm các loại chai 7lít, 10lít, 40lít, 47lít, 50lít.