[發明專利]一種在月球原位制備水、氧氣及金屬單質的方法

在審

• 申請號: 202010053261.5
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111172342A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 盧惠民;曹媛;楊文文;劉建學;鄧佳瑤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C21B13/00
• 分類號: C21B13/00;C25B1/04;C22B5/00;C25B1/00;C25C3/28;C25C3/02;C01B3/02;C01B33/021;B03C1/30
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王術娜

本發明提供了一種在月球原位制備水、氧氣及金屬單質的方法，屬于探月領域。本發明在月球，將月球月海玄武巖進行加熱，得到H₂；將月球月海玄武巖進行磁選，得到鈦鐵精礦，所述鈦鐵精礦中FeTiO₃的質量含量為85～95％；利用所述H₂還原鈦鐵精礦，得到鐵、二氧化鈦渣和水；將所述水進行電解，得到H₂和O₂；將所述二氧化鈦渣進行鋰熱還原，得到鈦硅合金和鈦單質；將所述鈦硅合金進行電解精煉，得到鈦單質。本發明利用月球月海玄武巖中鈦鐵礦制備水、氧氣和金屬鐵、鈦及硅，使得月球原位制備水、氧氣和金屬能夠經濟并且可行。

技術領域

本發明涉及探月工程技術領域，尤其涉及一種在月球原位制備水、氧氣及金屬單質的方法。

背景技術

我國已經進入載人登月、建立月球基地的前期階段。建立月球基地，需要金屬結構材料，基地人員需要呼吸氧氣、載人飛船需要燃料補給。因此，月球原位制備水、氧氣及金屬十分重要。

月球潛在資源有四種，一是月球高低硅酸鹽礦物，富含鋁、鎂、稀土、鈾、釷等，這類礦物含氧量高，但破壞硅酸鹽之間結構需要溫度高達1500～2500℃，而且高溫分解后再還原溫度高，并且礦物中富含放射性元素，原位制氧難度大；二是月球月海礦物，主要鈦鐵礦、橄欖石、輝石等礦物，特別是月海玄武巖，是巨大的鈦鐵礦的儲存庫。所謂的“月海”是月球表面的平原或盆地，是被一種暗色的、稱為玄武巖的物質所覆蓋的區域。把這些區域上的玄武巖稱為月海玄武巖。根據目前的探測與分析結果，月球上有22個月海都被玄武巖所充填。據計算，分布在這些月海平原或盆地上的玄武巖的總體積大約有100萬立方公里，月海玄武巖蘊藏著豐富的鈦鐵礦，而且，鈦鐵礦不僅是生產金屬鐵、鈦的原料，還是生產水和火箭燃料-液氧的主要原料。三是月壤表巖層的太陽風化物，含H、C及N。四是月球極地永久陰影區月壤中的水冰。

現有技術中介紹了月球原位制備水、氧氣及金屬技術，但多數操作性差，經濟成本高并且不具備可操作性。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種在月球原位制備水、氧氣及金屬單質的方法。本發明利用月球月海玄武巖中鈦鐵礦制備水、氧氣和金屬鐵及鈦、和硅的技術，使得月球原位制備水、氧氣和金屬能夠經濟并且可行。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種在月球原位制備水、氧氣及金屬單質的方法，所述金屬單質包括鐵和鈦，包括以下步驟：

在月球，將月球月海玄武巖進行加熱，得到H₂；

將月球月海玄武巖進行磁選，得到鈦鐵精礦，所述鈦鐵精礦中FeTiO₃的質量含量為85～95％；

利用所述H₂還原鈦鐵精礦，得到鐵、二氧化鈦渣和水；

將所述水進行電解，得到H₂和O₂；

將所述二氧化鈦渣進行鋰熱還原，得到鈦硅合金和鈦單質；

將所述鈦硅合金進行電解精煉，得到單質硅和鈦單質。

優選地，所述加熱的溫度為500～600℃。

優選地，所述磁選的磁場強度為15000～20000GS。

優選地，所述還原的溫度為930～950℃，時間為2～3h。

優選地，所述電解的溫度為60～70℃。

優選地，所述鋰熱還原為將二氧化鈦渣加入到190～200℃的Li液中。

優選地，所述鋰熱還原后還包括用水將鋰熱還原產物洗滌分離，得到LiOH溶液，將所述LiOH溶液濃縮結晶，得到LiOH晶體。