انواع گرید هلیوم

گاز هلیوم در خلوص یا گرید مختلف جهت استفاده وجود دارد. هلیوم گرید 4 ، هلیوم گرید 5 ، هلیوم گرید 5.5 هلیوم گرید 6 ناخالصی های گریدهای مختلف هلیوم با هم متاوت است. هر چه خلوص گاز هلیوم بالاتر باشد، میزان ناخالصی ها آن پایین تر است. به عنوان مثال، ناخلصی های گاز هلیوم گرید 5 نهایتا 10 ppm میباشد، چنانچه از این مقدار تجاوز کند، دیگر گاز هلیوم گرید 5 اطلاق نمیشود. این درحالی است که گاز هلیوم گرید 6 به طور چشمگیری ناخالصی ها آن کم میشود، میزان ناخالصی گاز هلیوم گرید 6 نهایتا 1ppm میباشد. در ادامه به  چگونگی بوجود آمدن گاز هلیوم و نحوه خالص سازی آن اشاره شده است.

هلیوم توسط پراکندگی رادیواکتیو از عناصر سنگین مانند اورانیوم و توریم ساخته شده است. بخشی از تابش این عناصر شامل ذرات آلفا است که هسته های اتم های هلیوم را تشکیل می دهند. بعضی از این هلیوم راه خود را به سطح می رساند و وارد جو می شود، جایی که به سرعت بالا می رود و به فضا فرار می کند. بقیه تحت لایه های غیر قابل نفوذ سنگ به دام افتاده و با گازهای طبیعی که در آن وجود دارد مخلوط میشود. میزان هلیم موجود در ذخایر گازی مختلف متفاوت از تقریبا صفر تا 4 درصد از حجم است. تنها حدود یک دهم از منایع گاز طبيعی دارای غلظت های قابل ملاحظه ای از هلیوم هستند که بیش از 0.4 درصد است. هلیوم همچنین می تواند توسط مایع سازی هوا و جداسازی گازهای هوا تولید شود. هزینه های تولید این روش بالا است و میزان هلیوم موجود در هوا بسیار ناچیز است. اگر چه این روش اغلب برای تولید گازهای دیگر مانند نیتروژن و اکسیژن استفاده می شود، اما به ندرت برای تولید هلیم استفاده می شود.

هلیوم استخراج شده از میادین گازی میبایست خالص سازی شود. این معمولا یک فرایند چند مرحله ای است که شامل چندین روش جداسازی مختلف بسته به خلوص هلیوم خام و کاربرد مورد نظر محصول نهایی است.

هلیوم خام برای اولین بار به حدود -315 درجه فارنهایت (-193 درجه سانتیگراد) سرد می شود. در این دما، بیشتر نیتروژن و متان به یک مایع متصل شده و از بین می روند. مخلوط گاز باقی مانده در حال حاضر حدود 90٪ هلیوم خالص است. هوا به مخلوط گاز اضافه می شود تا اکسیژن را فراهم کند. گاز در یک بخاری گرمایش گرم می شود و پس از آن از یک کاتالیزور عبور می کند که اکثر هیدروژن موجود در مخلوط را با اکسیژن در هوا واکنش می دهد و بخار آب را تشکیل می دهد. گاز سپس خنک می شود، و بخار آب تخلیه می شود. مخلوط گاز به واحد جاذب نوسان فشار (PSA) متشکل از چندین مخزن جذب می شود که به طور موازی عمل می کنند. در هر ربع هزاران ذره پر از منافذ کوچک است. به عنوان مخلوط گاز از طریق این ذرات تحت فشار تحت فشار قرار می گیرند، گازهای خاصی درون حفره های ذره گیر قرار می گیرند. سپس فشار کاهش می یابد و جریان گاز به منظور پاکسازی گازهای عقب افتاده تغییر می یابد. این چرخه پس از چند ثانیه یا چند دقیقه تکرار می شود، بسته به اندازه عروق و غلظت گازها. این روش بسیاری از بخار آب باقی مانده، نیتروژن و متان را از مخلوط گاز حذف می کند. هلیوم در حال حاضر حدود 99.99٪ خالص است. مراحل یکی به یک با دقت خاص انجام میشود تا خلوصها بالاتر گاز هلیوم بدست آید

خلوص گاز هلیوم در برخی از پروژه های پیشرفته تحقیقاتی در دانشگاه ها و آزمایشگاه اهمیت ویژه ای دارد.

بعنوان مثال گاز هلیوم مایع شده شده که به عنوان یک ماده تشخیص ذرات مورد استفاده قرار می گیرد. کارکرد موفقیت آمیز این آشکارسازها مستلزم این است که مایع  هلیوم تقریبا به طور کامل از ناخالصی های غیر قابل جذب مانند O2 و H2O آزاد باشد، زیرا این گونه ناخالصی های هلیوم، شارژ یونیزاسیون را مختل می کند. دستیابی به سطوح بسیار پایین ناخالصیهای الکترونگاتیو، نگرانی خاص برای آشکارسازهای یونیزاسیون است. آنها می توانند برای خالص سازی هلیوم از تجهیزات متفاوتی استفاده کنند و میزان ناخالصی H2O، O2، CF4 و C2F6 که معمولا در گاز هلیوم حضور دارند را حذف کنند. از کاربردهای دیگر گاز هلیوم گرید 5 و گاز هلیوم گرید 6 بعنوان گاز حامل در دستگاههای کروماتوگرافی گازی GC میباشد