Технология металлов и неметаллов на Луне.

[Konstantin Schtsch]

Если же вообще ничего нет - то вполне можно использовать прямое терморазложение/электролиз расплава оксидов.
В конечном счёте затраты энергии одни и те же.

Вот, кстати, да. Вот эти циферки в формулах - сколько джоулей отдаст/поглотит 1 моль - это тот самый параметр который больше всего влияет на добавленную стоимость.
Поэтому на земле извращаются как могут - у кого-то тепло есть бросовое, у кого-то химические отходы, которые продать без очистки - не получается, очищать дорого а сжечь жалко.

Не все металлы поддаются электролизу, и на луне есть тепло - на большой глубине, ближе к металлическому ядру, но поначалу(если какой-нидь реактор нулевой точки не изобретут)- экономически всё зарешают солнечные панели и электричество. Вот от него и плясать.

[Алихан Исмаилов]

 Посмотрел я много литературы по растворам. Почему-то растворять хлориды в PBr₃ желающих не нашлось. Вообще это соединение как растворитель никто не рассматривает.
 Вот допустим, такой показатель как диэлектрическая проницаемость ε₀. Она определяет способность растворителя разрушать кристаллическую решётку растворяемого вещества.
Смотрим:
NH₃=22
SO₂=13,8
PBr₃=3,9
CCl₄=2,2
 Она на уровне углеводородов. Которые растворяют хлориды очень плохо.
Сравнивать SO₂ и PBr₃ никак нельзя. Но всё же.
SO₂ способно растворять такие соединения как NaI и KBr.
Они образуют соединения. ДА СОЕДИНЕНИЯ, а не раствор. NaI*2SO₂ и KBr*4SO₂.
Но, это не аддукты, а СОЛЬВАТЫ.
Рассмотрим их свойства. Ну насколько они крепки.
NaI*2SO₂-разлагается при +15 °С.
KBr*4SO₂-разлагается при -1 °С.
То есть не очень прочные соединения и выпадают в осадок.

[Алихан Исмаилов]

KCl=1,989  г/см³
NaCl=2,161 г/см3
MgCl₂=2,325 г/см³
CaCl₂=2,512 г/см³
SiO₂=2,655 г/см³
Дальше.
Это то что всплыло при первом разделении. Предлагаю два варианта.
1.У нас при хлорировании выделяется SO₂
В жидком виде он способен растворять NaCl и KCl. При 0°С они растворяются приблизительно одинаково. При +25°С KCl растворяется лучше. NaCl почти не растворяется. Можно промыть всю смесь, а потом выпарить.
Но есть сомнение что удастся сразу вымыть NaCl и KCl. Потому  что если понизить темпера туру до 0°С когда они оба растворяются, MgCl₂ и CaCl₂ начинают образовывать с SO₂ соединения, полурастворимые, видимо желеобразные, которые не дадут провести процесс. Но это не точно. Я предпологаю. Может кто точно знает.
2. CrO₂Cl₂-Диоксид-​дихлорид хрома​(VI)​.
Молекулярная жидкость. Плотность равна 1,911 г/см³.
Видим что по плотности близка к KCl. Но если её охладить до -50°С её плотность упадёт ниже 2 г/см³.
В этой жидкости, если залить её в эту смесь, KCl должен всплыть.
Никаких реакций, как я передполагаю, с NaCl,KCl,MgCl₂,CaCl₂,SiO₂ протекать не должно.

[Алихан Исмаилов]

 Пришла в голову идея. Аппарат Сокслета в лунном кратере.
Находим кратер 100-200 м. Ставим в центре реактор. На него светит Солнце и нагревает.
SO₂ закипает и превращается в пар.
От центра кратера(от реактора) к валу кратера идёт труба по которой поднимается пар. Труба серого цвета.
Пар проходит по дугообразной трубе охлаждается и попадает в белую трубу.
По ней он стекает в ёмкость с хлоридами, вымывает KCl и из ёмкости стекает в реактор. И так по кругу, пока не наступит вечер.
Потом реактор выпаривается и на его дне остаётся чистая соль KCl.
Никаких насосов, никакого электричества. Высота вала 30 м.

[Алихан Исмаилов]

 Теперь надо отделить NaCl.
NaCl=2,161 г/см³
MgCl₂=2,325 г/см³
CaCl₂=2,512 г/см³
SiO₂=2,655 г/см³
 Для этого придётся везти на Луну жидкий аммиак NH₃
Он хорошо растворяет NaCl. Промываем смесь. Промываем при низкой температуре.
Тогда CaCl₂ и MgCl₂ будут образовывать твёрдые нерастворимые аммиакаты. MgCl₂*6NH₃ и CaCl₂*8NH₃.

[Алихан Исмаилов]

 Теперь немного о том как хранятся некоторые вещества на Луне.
Допустим мы на поверхности Луны имеем некоторую сферическую ёмкость из титана окрашенную в белый цвет.
Ёмкость заполнена жидким NH₃ и SO₂. Место , где она стоит, ограничено от 45° С.Ш или Ю.Ш, до полюсов соответственно.
 Тогда её равновесная температура, ну то есть собственно жидкости, будет колебаться от -30°C на 45° до -90°C на Северном или Южном полюсе Луны. Это означает что их КИПЕНИЕ в таких условиях(когда на них светит Солнце) невозможно.
Хранить их довольно просто.

[Nwimki]

Для описанных здесь технологических процессов необходимо много хлора. Обычно считается, что хлора на Луне нет и его придётся везти с Земли, что очень дорого. Но так ли это?
Следует чётко различать два варианта:
- на планете А не может быть полезного ископаемого В, потому что это следует из законов геологии и химии.
- на планете А пока не найдено полезное ископаемое В, но его присутствие возможно, нужно искать.
И хлор на Луне - это как раз второй случай.
Выяснено, что среднее содержание хлора в лунной коре намного меньше, чем в земной, но из этого не следует отсутствия месторождений. Имеет значение, действовал ли при формировании горных пород какой-либо из процессов разделения веществ. Например, на Земле в среднем в земной коре германия на много порядков больше, чем ртути (ртути на Земле даже меньше, чем хлора на Луне), но германий рассеян, а ртуть в ходе геологических процессов концентрировалась в месторождения. Поэтому ртуть, несмотря на редкость, добывалась и была дешёвой с древности, а германий был неизвестен до 2-й половины 19 века.
Хлор, как известно, не сочетается с кристаллическими решётками силикатов, поэтому в ходе кристаллизации магмы накапливается в остатках. Эти остаточные вулканические флюиды при выходе из лунного вулканического очага будут остывать и должны давать отложения пород, содержащих хлор, например, хлорида натрия (на Земле горячие сухие фумаролы также выделяют хлорид натрия). На Луне как раз есть места выхода на поверхность газов из отмирающих вулканических очагов - это формация Ина и другие подобные образования, общим числом около 15 штук. В этих местах есть весьма большой шанс найти удобные для добычи отложения хлорида натрия прямо в реголите или немного глубже. Ну а выделить хлор из добытого хлорида натрия - это уже дело техники. Поэтому при планировании добывающией промышленности на Луне нужно будет провести геологические исследования вышеупомянутых регионов - и скорее всего окажется, что хлор с Земли везти вовсе не придётся, его можно добыть на месте.
Кстати, отложения самородной серы в тех же регионах тоже могут быть.

[Nwimki]

Вот типичный образец троктолита (это образец № 76535, найденный экипажем Apollo17):

"https://freeimage.host/i/qdKGRJs"


Белое - это плагиоклаз (его 60%), а жёлтое - оливин (35%), ещё есть примесь ортопироксена (5%). Оливин - на 87 % форстерит, т.е. отношение 87% атомов магния и 13% атомов железа. Плагиоклаз почти чистый кальциевый (96%), поэтому натрий добывать из него невыгодно. Исследователи отмечают, что троктолит непрочен и легко разделяется на отдельные зёрна (что хорошо видно на картинке). Это значит, что неразумно хлорировать непосредственно сам троктолит. Лучше сначала ударить его молотком, он рассыплется на зёрна, и дальше нужно отделить оливин от плагиоклаза - например, по плотности или по смачиваемости каким-либо ПАВ. Оливин плотнее плагиоклаза, поэтому нужно подобрать доступную на Луне жидкость, в которой плагиоклаз будет всплывать, а оливин тонуть. Дальше нужно хлорировать отдельно плагиоклаз, отдельно оливин. В результате будет меньше мороки с разделением хлоридов.

Итак, из этой горной породы мы сможем получить на Луне магний, железо (хотя на Луне есть источники железа и получше чем этот), алюминий, кальций, кремний и кислород (кислород, впрочем, легко добыть из любой лунной породы, и его скорее всего будут получать отдельным техпроцессом). Легко подсчитать, что с учётом небольших технологических потерь мы получим из тонны троктолита около 112 кг алюминия, 95 кг магния, 78 кг кальция и 28 кг железа.
Все три металла - магний, алюминий и даже кальций - прекрасно подходят для изготовления лунных металлоконструкций. Кальций, конечно, непрочен, но тем не менее, например, уголковый отражатель из него вполне можно сделать.

Но это далеко не все металлы и неметаллы, которые можно добыть на Луне. Дальше нужно рассмотреть лунный ильменит на предмет добычи из него титана и железа. Также нужно обсудить, возможна ли добыча на Луне хрома, никеля, меди, марганца, циркония, платины, и других металлов и неметаллов.

[Wert]

То что здесь предлагается работать не будет. У вас будут очень грязные фракции (вещество же испарется не при температуре сублимации, а всегда имеет давление паров), учитывая близкие температуры сублимации. Но там куча и других проблем, таких как нелетучие хлориды, димеризация хлорида алюминия, равновесия не полностью смещаются в сторону продукта (как пример трихлорид железа частично разлагается в нелетучий дихлорид). Малые компоненты в этой грязи и осядут, а их большинство.

[Nwimki]

Откуда у нас возьмётся трихлорид железа? Мы ведь используем вытеснение кислорода хлором, а не окисление.
Если даже в этой форме работать не будет, максимум, технологию придётся модифицировать, чтобы она заработала. Я предлагаю взять за образец техпроцессы получения титана. На земле использовалось для этого хлорирование титановой руды. Были и альтернативы в форме вскрытия руды серной кислотой. Ещё одна альтернатива - сначала восстановить руду, потом разделять получившийся продукт. И ещё один вариант, на этот раз специфичный для Луны: термическое разложение горной породы в вакууме. Все эти варианты можно рассмотреть и выбрать лучший.

[Алихан Исмаилов]

 Процесс выделения и разделения NaCl и KCl считаю законченным.
MgCl₂=2,325 г/см³        NaCl
CaCl₂=2,512 г/см³         KCl
SiO₂=2,655 г/см³   
 Перейдём пока к другой задаче.         

[Алихан Исмаилов]

 Получение сероводорода H₂S на Луне.
Для этого нам нужна металлическая сфера. Допустим, сделанная из чистого хрома Cr.
Но это не просто хром. А ЧЕРНЁНЫЙ ХРОМ. Допусти диаметром 2 м.
Ещё нам потребуется обыкновенная сера S.
Заполняем эту сферу серой примерно на 75%. Ждём восхода Солнца.
Когда Солнце взойдёт, температура начнёт расти. Постепенно она достигнет температуры +113°С.
Сера начнёт плавится и через некоторое время перейдёт из твёрдой фазы в жидкую. Дальше температура будет расти.
И со временем она достигнет +150°С. Это очень важно. Это минимальная требуемая температура при которой начинается образовываться сероводород H₂S.
Начинаем подавать снизу в сферу водород. Он проходит сквозь жидкую сферу, происходит реакция. Вверху сферы образуется смесь из сероводорода и водорода, которая удаляется и охлаждается.

[Алихан Исмаилов]

 Я когда-то делал вычисления.
Приблизительно, Солнце будет продолжать нагревать сферу до +200°C...+220°C.
Что ещё важно. До температуры +300°C хром вообще не реагирует с серой.
Но есть одна проблема. Чистый хром очень хрупкий. И на Земле это никак не обойти.
Хрупким его делают газы. Даже содержание в газовой фазе (при литье хрома) 0,0001% N₂ или O₂ сделают его хрупким.

[Алихан Исмаилов]

 2H₂S+SO₂=3S+2H₂O
Это основной способ получения кислорода на Луне.
Кислород в SO₂, который мы получили при хлорировании, это тот самый кислород который  изначально содержался в связанном состоянии в минерале Троктолит.

[Nwimki]

Получение сероводорода H2S на Луне. Для этого нам нужна металлическая сфера. Допустим, сделанная из чистого хрома Cr. Но это не просто хром. А ЧЕРНЁНЫЙ ХРОМ.

Может быть, лучше сделать сферу из кварцевого стекла? SiO2 у нас получается при разложении любой лунной породы, а хром попробуй ещё найди и выплави. Заодно не придётся беспокоиться о том, что смесь перегреется и хром начнёт реагировать с серой. Окружаем сферу зеркалами из пластин металлического кальция, как это делается в солнечных электростанциях, которые будут концентрировать солнечный свет на сфере и нагревать её до нужной температуры.

В довольно простой установке можно получать на Луне и кислород методом пиролиза в вакууме. Проводились эксперименты, когда образец лунной породы нагревали в вакууме, причём много экспериментов в разных вариантах на установках разного типа и устройства:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009457652500284X
При +1800 лунные породы разлагаются, образуя поток газообразных кислорода, SiO и немного Mg и Fe общим давлением 10^-4 бар, в твёрдом остатке остаётся Al₂O₃ и CaO. Если нагреть ещё сильнее, до +2300, разложатся и эти оксиды и получится ещё больше кислорода. Затем этот горячий разреженный газ пропускаем через холодный реголит, из-за быстрого охлаждения кислород не реагирует с металлами и мы получим чистый кислород и смесь металлов, осевшую на зёрнах реголита. Есть прямая зависимость между температурой и производительностью установки, поскольку температура разложения и давление связаны. Можно разлагать реголит медленно даже при +1300, когда давление образующихся газов над ним будет 10-¹⁰ бар, но это будет означать очень медленное разложение и мы получим слишком мало кислорода в единицу времени. Поэтому температура +2300 лучше. На первый взгляд, здесь будет сложность сделать сосуд, выдерживающий температуру 2300 градусов, это в принципе возможно хотя и не просто, однако исследователи нашли более простой выход, нагревая породу лазером. Итак, мы размещаем на Луне поле солнечных батарей либо ядерный реактор и запитываем от произведённого электричества лазер. Луч лазера направляем на лунную породу, она нагревается до +2300 и разлагается. Облако горячего разреженного пара встречает на своём пути охладитель и насос, и разделяется на твёрдый остаток и кислород, который закачивается в баллон. По-видимому, это самый простой способ добывать кислород на Луне.

[Wert]

Луч лазера направляем на лунную породу, она нагревается до +2300 и разлагается.

Такую температуру ни один сплав не выдержит. А пар просто разлетится во все стороны.

[библиограф]

 А в чём вольфрам плавят?

[Nwimki]

Такую температуру ни один сплав не выдержит. А пар просто разлетится во все стороны.

На Земле при нагревании на воздухе ни один металл кроме иридия не выдержит. Но на Луне нет атмосферы. Тигель из молибдена, вольфрама, ниобия прекрасно можно нагреть до +2300, и ничего ему не будет. А ещё есть двуокись или карбид циркония - в общем, полно материалов. Кстати, Луна обогащена цирконием и его можно будет добывать на месте. Ещё раз: пиролиз в вакууме - это не разговоры. Это результат эксперимента, который уже сделан. Оборудование выдержало температуру, и это экспериментальный факт.

[Wert]

Тигель из молибдена, вольфрама, ниобия прекрасно можно нагреть до +2300, и ничего ему не будет.

Эти металлы будут испаряться и разлетаться. Учитывая их ничтожное содержание в реголите, то будет у вас мартышкина работа. Тратить вы будете больше, чем получать. Почитайте эту тему.

[Nwimki]

Эти металлы будут испаряться и разлетаться. Учитывая их ничтожное содержание в реголите, то будет у вас мартышкина работа. Тратить вы будете больше, чем получать. Почитайте эту тему.

Никакие абстрактные рассуждения не могут опровергнуть реальный опыт. В электрической лампочке вольфрам нагревался даже не до +2300, а до +2800 градусов, и в первых вариантах в лампе был вакуум, а не газ, и всё равно испарение было таким медленным, что лампы накаливания имели полезное применение. Тонкий волосок в лампе испарялся годы, а меня здесь уверяют, что большой массивный тигель испарится быстрее, чем мы сделаем новый.

Кстати, тема, которую вы предлагаете почитать, немного о другом. Там предлагали перегонять горную породу тем же способом, каким перегоняют жидкости в лабораториях, и разделять её на все элементы без исключения, там содержащиеся, по отдельности. Я же говорю об экспериментальной установке, которая выделяет при пиролизе только газообразный кислород и смесь твёрдых продуктов, которую нужно разделять отдельно, выделяя из неё 3-4 избранных элемента, а не все. Это совсем другая технология, и ваша критика к ней неприменима. Наиболее серьёзный аргумент, который там есть - большие потери энергии на тепловое излучение - это действительно будет при перегонке, но не будет при испарении лазером, когда испарённый лазером горячий газ сразу же охлаждается пропусканием через реголит или другой охладитель и разделяется на газообразный кислород и смесь твёрдых продуктов.