Цахилгааны инженерчлэл, дэвшилтэт үйлдвэрлэл, дэлхийн дэд бүтцийн орчин үеийн орчинд зарим химийн нэгдлүүд үл үзэгдэх боловч зайлшгүй үүрэг гүйцэтгэдэг. Хэрэв та асар их цахилгаан сүлжээг тогтвортой байлгах эсвэл нарийн төвөгтэй электроникийн үйлдвэрлэлийг хөнгөвчлөх үл үзэгдэх хүчний талаар бодож байсан бол тусгай тусгаарлагч хий рүү анхаарлаа хандуулах хэрэгтэй. Өнөөдөр бидний судлах гол асуулт бол: үйлдвэрийн хүхрийн гексафторид гэж юу вэ, яагаад энэ нь дэлхийн олон салбаруудад маш их хамааралтай болсон бэ?

Энэхүү иж бүрэн гарын авлага нь химийн шинж чанар, анхан шатны хэрэглээ, байгаль орчны маргаан, аюулгүй байдлын протоколууд болон энэхүү гайхалтай, маргаантай нэгдлийн ирээдүйн хувилбаруудын талаар гүнзгий судлах болно.

1. Химийн профайлын танилцуулга

Түүний үндсэн дээр үйлдвэрийн хүхрийн гексафторид (түүний химийн томъёогоор ихэвчлэн SF гэж нэрлэдэг₆) нь органик бус, өнгөгүй, үнэргүй, шатдаггүй, маш тогтвортой хий юм.

20-р зууны эхээр Францын химич Анри Мойсан, Пол Лебо нар нээсэн бөгөөд нунтагласан хүхрийг цэвэр фторын хийнд оруулах замаар нийлэгжүүлдэг. Үүссэн химийн урвалыг дараах байдлаар илэрхийлнэ: S + 3F₂ → SF₆.

Энэ молекулыг өвөрмөц болгодог зүйл бол түүний гипервалент октаэдр геометр юм. Зургаан фторын атом нь төвлөрсөн хүхрийн атомыг нягт хүрээлдэг. Фтор нь үелэх системийн хамгийн цахилгаан сөрөг элемент учраас хүхрийн эргэн тойронд өтгөн "бамбай" үүсгэдэг. Энэхүү молекулын бүтэц нь хийг гайхалтай идэвхгүй болгодог бөгөөд энэ нь хэвийн нөхцөлд бусад бодисуудтай амархан урвалд ордоггүй гэсэн үг юм.

Физик болон химийн үндсэн шинж чанарууд

• Нягт: Энэ нь агаараас тав дахин хүнд юм. Хэрэв задгай саванд цутгавал доод хэсэгт суурьшиж, хүчилтөрөгчийг нүүлгэн шилжүүлнэ.
• Диэлектрик хүч: Энэ нь ердийн агаараас ойролцоогоор 2.5 дахин их диэлектрикийн хүч чадалтай бөгөөд энэ нь түүнийг гайхалтай цахилгаан тусгаарлагч болгодог.
• Дулааны тогтвортой байдал: Энэ нь 500 ° C (932 ° F) хүртэлх температурт задрахгүйгээр тогтвортой хэвээр байна.
• Дулаан дамжуулалт: Энэ нь өндөр хүчдэлийн төхөөрөмжийг хөргөхөд маш чухал ач холбогдолтой дулаан ялгаруулах шинж чанартай байдаг.

2. Үйлдвэрийн анхдагч хэрэглээ

Үүнийг анх лабораторийн сониуч зан гэж үздэг байсан ч энэхүү хийн өвөрмөц дулаалгын шинж чанар нь арилжааны хэрэгцээг хурдан олжээ. Өнөөдөр түүний хэрэглээ нь хэд хэдэн чухал салбарыг хамардаг.

A. Цахилгаан эрчим хүч, дамжуулах салбар

Дэлхийн үйлдвэрлэлийн дийлэнх буюу 80 орчим хувийг цахилгаан эрчим хүчний салбар хэрэглэдэг. Энэ нь өндөр хүчдэлийн таслуур, трансформатор, хийн тусгаарлагчтай унтраалга (GIS) -ийн амин сүнс юм.

Өндөр хүчдэлийн хэлхээг таслахад цахилгаан нум үүсдэг. Энэ нум нь үндсэндээ аянга юм: гайхалтай халуун (ихэвчлэн 20,000 хэмээс дээш) ба маш их сүйтгэгч. Энэ нь SF6 дүүргэсэн камер дотор тохиолдоход хий нь нум үүсгэх чөлөөт электронуудыг шингээдэг. Молекулууд нь түр зуур бага фторидууд болон хуваагддаг боловч нум унтарсны дараа анхны хэлбэрээ хурдан сэргээдэг. Энэхүү өөрийгөө эдгээх шинж чанар нь цахилгааны эвдрэлийг найдвартай, найдвартай арилгахад хосгүй болгодог.

B. Эмнэлгийн болон мэс заслын хэрэглээ

Анагаах ухааны салбарт энэ нь маш нарийн мэргэжлийн зорилгоор үйлчилдэг. Нүдний өвчинд, ялангуяа торлог бүрхэвч таслах мэс заслын үед мэс засалчид хийн жижиг бөмбөлгийг нүд рүү шахдаг. Хий нь цусны урсгалд маш удаан уусдаг тул бөмбөлөг нь торлог бүрхэвчийн эсрэг даралтыг хадгалж, зохих ёсоор эдгээхэд хангалттай удаан байлгадаг.

Нэмж дурдахад хийн бичил бөмбөлгийг хэт авиан шинжилгээнд тодосгогч бодис болгон ашигладаг. Эдгээр бичил бөмбөлөгүүд нь цусны урсгалд тарих үед дууны долгионыг маш үр дүнтэй тусгаж, цусны судас болон зүрхний камерын гайхалтай тод дүрсийг өгдөг.

C. Хагас дамжуулагч ба электроникийн үйлдвэрлэл

Микрочип болон хагас дамжуулагчийг үйлдвэрлэдэг цэвэр өрөөнд цахиурын хавтан дээр микроскопийн замыг сийлэхэд өндөр цэвэршилттэй хий шаардлагатай байдаг. Плазмын талбарт өртөх үед хий нь задарснаар өндөр реактив фторын ионуудыг ялгаруулдаг. Эдгээр ионууд нь цахиуртай химийн урвалд орж орчин үеийн компьютер, ухаалаг утас, хиймэл оюун ухаант процессоруудад шаардлагатай нарийн, нанометрийн хэлхээг гаргаж авдаг.

D. Төмөрлөг ба магнийн цутгамал

Металлургийн үйлдвэрт хайлсан магни нь өндөр урвалд ордог тул хүрээлэн буй орчны агаар дахь хүчилтөрөгчийн нөлөөнд автвал тэр даруй галд автдаг. Үүнээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд энэ хүнд хийн багахан хувийг агуулсан хамгаалалтын атмосферийн хөнжил хайлсан металл дээр цутгадаг. Энэ нь исэлдэлтээс сэргийлж, автомашины болон сансарын эд ангиудыг жигд, аюулгүй цутгах процессыг баталгаажуулдаг.

3. Тусгаарлагч материалын харьцуулсан шинжилгээ

Инженерүүд яагаад энэ тусгай нэгдлүүдийг ашигладаг болохыг ойлгохын тулд үүнийг өндөр хүчдэлийн орчинд ашигладаг бусад нийтлэг тусгаарлагчтай харьцуулах нь зүйтэй.

Хүснэгт 1: Үйлдвэрийн хэрэглээний цахилгаан тусгаарлагч орчны харьцуулалт.

Хүснэгтээс харахад вакуум технологи нь маш сайн боловч хамгийн өндөр хүчдэлийн шатлалыг тохируулахад хэцүү байдаг. Агаар нь нум үүсэхээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд асар их физик орон зай шаарддаг бөгөөд энэ нь хотын өтгөн дэд станцуудад боломжгүй юм. Энэ нь фторжуулсан хий нь сул талыг үл харгалзан хамгийн практик үйл ажиллагааны сонголт болгодог.

4. Байгаль орчны парадокс

Гайхалтай ашиг тустай хэдий ч бид үүнийг ашиглахтай холбоотой байгаль орчны томоохон маргааныг шийдвэрлэх ёстой.

Хүлэмжийн хийн профайл

Уур амьсгалын өөрчлөлтийн асуудлаарх Засгийн газар хоорондын зөвлөл (IPCC) үүнийг хүн төрөлхтөнд мэдэгдэж байгаа хамгийн хүчтэй хүлэмжийн хий гэж ангилдаг.

Үүнийг хэтийн төлөвтэй болгохын тулд бид дэлхийн дулаарлын боломж (GWP) ашиглан байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг хэмждэг. Нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO₂) нь 1-ийн GWP-тэй. Харьцуулбал, энэ синтетик хий нь яг GWP-тэй. 23,500. Үүний нэг килограммыг агаар мандалд хаях нь 23.5 метр тонн CO-г ялгаруулахтай адил дулааралтын нөлөөтэй гэсэн үг юм.₂. Цаашилбал, энэ нь гайхалтай уян хатан байдаг; Нэгэнт суллагдсан ч 3200 жилийн турш дэлхийн агаар мандалд дарагдсан хэвээр байна.

Дэлхийн дүрэм журам

Энэхүү гайхалтай байгаль орчны аюулын улмаас Киотогийн протоколын дагуу энэ нь ихээхэн онилсон. Өнөөдөр дэлхий даяар зохицуулах байгууллагууд түүний хэрэглээг хязгаарлаж байна:

1. Европын холбооны F-хийн зохицуулалт: ЕХ нь боломжит хувилбарууд байгаа тохиолдолд 2030 он гэхэд ихэнх шинэ цахилгаан тоног төхөөрөмжид ашиглахыг бүрэн хориглохыг зорьж, үе шаттайгаар бууруулах түрэмгий хуваарийг хэрэгжүүлсэн.
2. АНУ-ын EPA удирдамж: АНУ-ын Байгаль орчныг хамгаалах агентлаг нь томоохон аж ахуйн нэгжүүдийн ялгарлын талаар хатуу тайлагнахыг үүрэг болгож, сайн дураараа бууруулах хөтөлбөрүүдийг дэмждэг.
3. Калифорнийн Агаарын нөөцийн зөвлөл (CARB): Калифорни муж нь АНУ-ын муж улсын хэмжээнд хамгийн хатуу дүрэм журам тогтоож, ойрын арван жилийн хугацаанд хийн дулаалгатай тоног төхөөрөмжийг зогсоохыг үүрэг болгов.

5. Ашиглалт, аюулгүй байдал, амьдралын мөчлөгийн менежмент

Байгаль орчны хүчин чадал, физик шинж чанарыг харгалзан энэ бодисыг зохицуулах нь нарийн протоколыг шаарддаг.

Асфиксийн эрсдэл

Энэ нь бүрэн үнэргүй, агаараас хүнд тул хаалттай, агааржуулалт муутай орон зайд (газар доорх кабелийн суваг эсвэл доторх дэд станц гэх мэт) гоожих нь шалны түвшинд хийн суулт үүсгэдэг. Энэ нь хүчилтөрөгчийг чимээгүйхэн нүүлгэн шилжүүлж, техникийн ажилтнуудад амьсгал боогдох аюултай. Байгууламж нь хүчилтөрөгчийн дутагдалд орох тусгай мэдрэгч, идэвхтэй агааржуулалтын системийг ашиглах ёстой.

Хортой дайвар бүтээгдэхүүн

Цэвэр хий нь хоргүй боловч цахилгаан нумын хэт халалт нь хольц үүсэхэд хүргэдэг. Чийг болон өндөр энергитэй нуманд өртөх үед энэ нь тионил фтор (SOF) зэрэг маш хортой дайвар бүтээгдэхүүн болж задардаг.₂) ба хүхрийн декафторид (S₂F₁₀). Хэлхээ таслагчийг засвар үйлчилгээнд нээж байгаа техникчид HazMat-ийн тусгай хувцас өмсөж, эдгээр аюултай нунтагыг аюулгүйгээр зайлуулахын тулд үйлдвэрийн вакуум ашиглах ёстой.

Сэргээх ба дахин боловсруулах

Байгаль орчны хохирлыг багасгахын тулд орчин үеийн үйлдвэрүүд амьдралын мөчлөгийн хаалттай менежментийг ашигладаг. Трансформаторыг ашиглалтаас гаргахад хийг гадагшлуулахгүй. Үүний оронд тусгай зориулалтын машинууд компрессор ашиглан хийг төхөөрөмжөөс сорж, чийгшүүлэгч шүүлтүүр, хөнгөн цагаан исэл цэвэршүүлэгчээр дамжуулдаг. Хийг цэвэрлэж, хатааж, дахин даралтат цилиндрт хийж, шинэ тоног төхөөрөмжид дахин ашиглахын тулд онолын хувьд утаагүй амьдралын мөчлөгт хүрдэг.

6. Ирээдүй: Боломжит хувилбаруудыг судлах

Уур амьсгалын гамшигт нөлөөлөлгүйгээр ижил диэлектрикийн хүчийг санал болгодог орлуулагчийг хайж олох уралдаан үргэлжилж байна. Химийн инженерийн компаниуд судалгаа, хөгжилд олон тэрбумын хөрөнгө оруулалт хийж байна.

A. Флуорокетон ба фторонитрил

3M зэрэг компаниуд Novec™ 4710 тусгаарлагч хий гэх мэт хувилбаруудыг боловсруулсан. Эдгээр синтетик хольцууд нь ихэвчлэн тусгай фторонитрилийг цэвэр CO гэх мэт тээвэрлэгч хийтэй хослуулдаг₂ эсвэл хүчилтөрөгч. Тэд уламжлалт аргуудтай харьцуулахад диэлектрик хүчийг санал болгодог боловч GWP нь 98% бага байдаг.

B. Цэвэр агаар ба хатуу диэлектрик

Дунд хүчдэлийн хэрэглээний хувьд олон үйлдвэрлэгчид синтетик хийнээс бүрэн татгалзаж байна. Тэд дэвшилтэт вакуум таслагчтай хослуулан "Цэвэр агаар" (цэвэршүүлсэн, хуурай агаар) руу буцаж байна. Эдгээр нэгжүүд нь хийн тусгаарлагчтай харьцуулахад арай том боловч хүлэмжийн хийг мэдээлэх, ашиглалтын хугацаа дууссаны дараа тусгайлсан дахин боловсруулах хэрэгцээг бүрэн арилгадаг.

7. Дүгнэлт

Манай гарын авлагын гол асуултад хариулахын тулд: үйлдвэрлэлийн хүхрийн гексафторид нь орчин үеийн химийн нэг гайхамшиг бөгөөд орчин үеийн цахилгаан сүлжээг өргөжүүлэх боломжийг олгож, дэлхийн цаг уурын аюулд ноцтой аюул учруулж байна. Өндөр хүчдэлийг тусгаарлах, цахилгааны гал түймрийг дарах, микрочип үйлдвэрлэхэд туслах өвөрмөц чадвар нь үүнийг манай технологийн дэд бүтцэд гүн гүнзгий шингээж өгдөг.

Гэсэн хэдий ч дэлхий тогтвортой, ногоон эрчим хүч рүү шилжиж байгаа энэ үед салбар чухал эргэлтийн үетэй тулгарч байна. Ирэх хэдэн арван жилийн эцсийн зорилго бол энэхүү хүчтэй химийн бодисыг хариуцлагатай удирдах бус, харин үүнээс гадна шинэлэг зүйл хийж, манай дэд бүтцийг манай гарагийн агаар мандлын ирээдүйд хохирол учруулахгүйгээр найдвартай байлгах явдал юм.

Түгээмэл асуултууд

Асуулт 1: Үйлдвэрийн хүхрийн гексафторид нь амьсгалсан тохиолдолд хүний биед хортой юу?

Цэвэр, ашиглагдаагүй нөхцөлд энэ нь бүрэн хоргүй, биологийн хувьд идэвхгүй байдаг. Гэсэн хэдий ч агаараас хамаагүй хүнд тул битүү орон зайд хүчилтөрөгчийг нүүлгэн шилжүүлэх замаар амьсгал боогдох аюултай. Цаашилбал, хэрэв хий нь өндөр хүчдэлийн төхөөрөмжид ашиглагдаж, цахилгаан нуманд өртсөн бол энэ нь маш хортой, идэмхий бүтээгдэхүүн болж задардаг бөгөөд амьсгалсан тохиолдолд амьсгалын замд ноцтой гэмтэл учруулдаг.

Асуулт 2: Бид яагаад эрчим хүчний сүлжээнд байгаа бүх SF6 хийг аюулгүй хувилбараар нэн даруй сольж болохгүй гэж?

Шууд солих нь хоёр үндсэн шалтгааны улмаас маш хэцүү байдаг. Нэгдүгээрт, сая сая трансформатор, хуваарилах төхөөрөмжөөс бүрдсэн дэлхийн дэд бүтцийг яг энэ хийн өвөрмөц дулааны болон орон зайн шинж чанарт зориулан тусгайлан зохион бүтээсэн. Хоёрдугаарт, эдгээр системийг шинэчлэх нь богино хугацаанд бие махбодийн болон эдийн засгийн хувьд боломжгүй юм. Шилжилтийн хувьд хуучирсан тоног төхөөрөмжийг байгалийн амьдралынхаа төгсгөлд шинээр зохион бүтээсэн, өөр нийцтэй техник хэрэгслээр солих шаардлагатай.

Асуулт 3: Цахилгаан тоног төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацаа дуусахад хийд юу тохиолддог вэ?

Олон улсын хууль тогтоомж, салбарын шилдэг туршлагын дагуу хийг агаар мандалд гаргахыг хатуу хориглодог. Тусгайлан бэлтгэгдсэн техникчид вакуум сэргээх төхөөрөмж ашиглан хуучин тоног төхөөрөмжөөс гаргаж авдаг. Дараа нь олборлосон хийг химийн аргаар шүүж, чийг, нуман шаталтын хортой бүтээгдэхүүн, муудсан тоосонцорыг зайлуулдаг. Цэвэршүүлсний дараа шинэ тоног төхөөрөмжид дахин ашиглах эсвэл химийн бодис устгах тусгай байгууламж руу илгээж, хэт өндөр температурт шатаадаг.