Технология металлов и неметаллов на Луне.

[Wert]

лазером горячий газ сразу же охлаждается

Такой горячий кислород будет иметь огромную коррозионную актвиность. Еще у вас на стенках пары будут оседать и забьют в том числе и источник лазерного света.

[Алихан Исмаилов]

Кстати, Луна обогащена цирконием и его можно будет добывать на месте.

Это да. Удача для нас. Его количество на границе между макроэлементами и микроэлементами.

[Алихан Исмаилов]

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009457652500284X

Прочитал я эту статью. Там они сами и пишут о проблемах: коррозия материалов, низкий выход кислорода, сложность конструкции и т.д
Вряд ли получится без обогащения или предварительной подготовки реголита. Вот взял реголит прямо с поверхности и начал плавить.
 

[Nwimki]

Теперь про добычу циркония на Луне.
На Земле руды циркония формируются так: очаг горячей лавы в глубинах земли медленно остывает, в нём формируются мелкие кристаллики нерастворимого в лаве циркона ZrSiO4. Через миллионы лет, при выветривании, прочный тяжёлый циркон остаётся и концентрируется в россыпях, из которых его и добывают.

На Луне нет выветривания. Но зато там магма жидкая базальтовая, а на Земле более вязкая. Поэтому циркон, имеющий плотность 4,6 будет тонуть в базальтовой жидкости плотностью 2,7. Остывание очагов магмы в глубинах Луны занимает сотни тысяч лет, поэтому разделение будет полным. На Земле в глубинных базальтовых магмах тоже такое происходит, но образующиеся на глубинах более 10 км скопления циркона добыть невозможно. Луну же бомбардировали астероиды, которые в некоторых местах могли извлечь глубинные скопления циркона на поверхность. Это означает, что на Луне в некоторых местах вблизи поверхности должны быть месторождения циркона, и их надо искать. Не рассеянный в породе цирконий концентрацией где-то 100 частей на миллион, найденный везде в лунном реголите экспедициями Аполлона, а именно концентрированные месторождения с содержанием циркона больше 90%. Из этих месторождений цирконий и нужно добывать.

Метод выплавки циркония из руды описан в книге "Выделительная металлургия". Сначала руду разлагают тем самым методом, существование которого отрицают оппоненты в данной теме: нагреванием до +1800 с быстрым шоковым охлаждением:

Термическая диссоциация циркона в дуговой плазме приводит к образованию оксида циркония в каплях жидкого диоксида кремния. Быстрое охлаждение, для минимизации рекомбинации, приводит к образованию плотно перемешанных кристаллов оксида циркония в шарике аморфного оксида кремния

Далее оксид кремния удаляют реакцией с NaOH, оставшийся ZrO2 хлорируют с углём при 900 градусах ZrO2 + C + 2CI2 = ZrCl4 + CO2
Тетрахлорид восстанавливают металлическим магнием в вакууме:

Реторта для восстановления представляет собой вертикальный цилиндр, состоящий из двух секций. Нижняя треть представляет собой тигель с футеровкой из нержавеющей стали, в котором находятся магниевые слитки. В верхних двух третях находится центральная кольцевая труба, немного короче стенки реторты. Пространство между стенкой и центральной трубой заполняется тетрахлоридом циркония, затем две секции соединяются вместе, и к верхней части прикручивается крышка. Затем нижняя секция нагревается до 850°C для расплавления магния. Пары тетрахлорида циркония проходят вниз по центральной трубе, которая сообщается с нижней секцией, и восстанавливаются расплавленным магнием. В конце восстановления в нижнем тигле образуется густая суспензия, или шлам, из мельчайших шариков металлического циркония в жидком магнии под слоем жидкого хлорида магния. Реторта охлаждается и разгружается. Футеровка из нержавеющей стали отделяется от восстановительной массы, а слой хлорида магния механически удаляется с металлического циркониево-магниевого слитка. Несколько слитков складываются и загружаются в перегонную печь для удаления магния и остаточного хлорида магния. Перегонка проводится в вакууме, при этом загрузка располагается в верхнем конце реторты. Колокольная печь вокруг верхней части реторты нагревается программируемыми ступенями, достигая 980°C примерно за 30 ч. По мере нагревания шихты хлорид магния плавится и стекает, а металлический магний медленно испаряется, конденсируясь на охлаждаемой водой стенке реторты. По мере испарения магния гранулы циркония приближаются к поверхности и начинают спекаться. Конечная спеченная пористая масса известна как циркониевая
губка.

Губчатый металл можно превратить в компактный цирконий прессованием, и из получившегося ковкого свободного от примесей кислорода циркония можно производить какие угодно изделия.

[Dem]

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.

Исходя из наиболее вероятной версии образования Луны - именно что первый.
При тотальной фрагментации с нагревом и последующем слиянии все газы улетели в вакуум.

[Nwimki]

Нет, всегда улетает только часть газов, и никогда - все.
Вот здесь:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,217875.0.html
есть обзор по Луне, в котором ясно написано, что среднее измеренное содержание хлора в лунных породах 0,31 ppm. Этого более чем достаточно для концентрации хлора в фумарольных газах и формирования месторождений хлорида натрия в местах выхода вулканических газов.

[Алихан Исмаилов]

MnCl₂=2,977 г/см³
FeCl₂=3,162 г/см³
Силлиманит-Al[AlSiO₅]= 3,23-3,25 г/см³
 Не знаю, делать это в том же реакторе где получаем сероводород или отдельный делать.
Нужна температура +400°С. Вроде сера ещё не кипит.
1.Добавляем в эту смесь газов. SO₂ и O₂.
2FeCl₂+3SO₂+3O₂=Fe₂(SO₄)₃+2Cl₂
Остальное остаётся неизменным.
2.Там же не вынимая из реактора, убираем газы SO₂ и O₂.
Создаём вакуум. И при этой же температуре Fe₂(SO₄)₃ начинает разлагаться.
Fe₂(SO₄)₃=Fe₂O₃+3SO₃
Получили такую смесь.
MnCl₂=2,977 г/см³
Fe₂O₃=5,242 г/см³
Силлиманит-Al[AlSiO₅]= 3,23-3,25 г/см³
3.Разделяем её с помощью SiI₄.
4.И из полученного оксида, с помощью водорода получаем железо Fe  и воду H₂O
Fe₂O₃+3H₂=3Fe+3H₂O

И никаких тебе лазеров, инопланетян и электролизов.

[библиограф]

 Пиши ещё!
Я буду рассказывать коллегам в лаборатории про полет мысли диванного специалиста в технической химии и космической металлургии.
Интерес к химии - это своеобразная мутация, причём, сцепленная с полом, видели ли вы когда нибудь девочку интересующуюся
опасными химическими опытами?
Я видел, но это исключение из правила:
 наша завкафедрой как-то рассказывала нам, как она в 12 лет устроила взрыв на кухне коммунальной квартиры.
В Советском Союзе с 1956 года, а в Европе и Америке ещё с 20-х годов прошлого века выпускались наборы для юных химиков,
подчас довольно дорогие и позволяющие поставить множество опытов.
Про американский набор Atomic Energy Lab многие слышали, а к нему были ещё и дополнительные наборы.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AE%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D0%BA_(%D0%BD%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%80)?ysclid=mlqrxzuml9426418099
Сейчас правила безопасности строго ограничили комплектацию таких наборов, до самого минимума.
Теперь юным химикам остается только теоретизировать, они лишены возможности ставить сколько-нибудь интересные опыты
Раньше было иначе:
http://journal-shkolniku.ru/kataev-vzriv.html?ysclid=mlqwjfbcl5329689591
Только, азотная кислота вместо серной в рассказе для усиления драматического эффекта.

[Алихан Исмаилов]

 Материки на Луне(Светлые участки)-это три основных минерала.
АНОРТОЗИТ>ТРОКТОЛИТ>НОРИТ-в порядке убывания.
Но почему-то из всего перемешенного на поверхности вещества, реголита, преобладает АНОРТОЗИТ-НОРИТ.
Чистый НОРИТ-большая редкость.
Почему?

[библиограф]

 https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%82%D0%B0%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F?ysclid=mlt6n3geq1361995328

[Алихан Исмаилов]

 Может Троктолит и не подойдёт как руда. Если только не найти приличные его залежи.
Он же бывает не только обычным, оливиновым, но и шпинелевым. Может содержать более 10% по массе.
Ой как не хочется связываться с хлоридом алюминия AlCl₃.
А может смешивать его вместе с Анортозитом. Тогда здравствуй хром Cr. И титан Ti впридачу.
Впрочем шпинель, оливин и плагиоклаз есть и в Троктолите и в Анартозите.
Пойти сначала по сульфатному пути, потом по хлоридному. Или сначала по хлоридному, потом по сульфатному.

Про шпинель на Луне. Бывает Материковая и Морская.
1.FeAl₂O₄  MgAl₂O₄  FeCr₂O₄  MgCr₂O₄
2.FeAl₂O₄  FeCr₂O₄  Fe₂TiO₄.
На Материке в основном первая 1. В Морях и первая 1 и вторая 2.

[Nwimki]

Но почему-то из всего перемешенного на поверхности вещества, реголита, преобладает АНОРТОЗИТ-НОРИТ.
Чистый НОРИТ-большая редкость.
Почему?

У меня сейчас нет времени перелопачивать литературу для поиска точного ответа, но общее правило такое, что такие вопросы нужно рассматривать в контексте происхождения. Если не существует чистой магматической породы состава А, это значит, что возможный диапазон исходных магм не включает состав А - какого-то элемента в расплавах всегда слишком мало, каких-то в избытке. Если же порода А кристаллизуется из лавы в смеси с породой Б, это означает, что исходная лава - однородная жидкость, но однородной кристаллической решётки такого состава не существует, и поэтому при кристаллизации лава вынуждена разделиться на несколько минералов разного состава. И при вычитании минерала Б остаток может дойти до состава А, который был невозможен исходно, и закристаллизоваться в этой форме.

Оливин, выделенный из троктолита, будет прекрасной рудой для получения магния. Приличные его залежи будут гарантированно, поскольку оливин - ведущий минерал верхней мантии Луны. Ударами астероидов во многих местах вещество верхней мантии переместилось близко к поверхности, поэтому месторождения, содержащие большое количество оливина, найти труда не составит.

Шпинель FeCr2O4 будет основной рудой, из которой будут добывать хром на Луне (и на Земле тоже она является основной рудой хрома). Процесс образования месторождений хрома на Земле и на Луне идентичен, так что на Луне их остаётся только найти, они должны быть.

Из ильменита на Луне будут добывать титан и железо. В данном случае даже известно, где расположены основные и наиболее богатые залежи - на зеверо-западе Океана Бурь и в море Спокойствия.

Алюминия на Луне много, но, в отличие от Земли, залежей боксита на Луне не ожидается. Корунд как минерал на Луне есть, но только в виде небольшой примеси. Механизмов, которые бы его концентрировали в месторождения, к сожалению, на Луне не ожидается.  Вопрос, насколько сложнее добывать алюминий из силикатов по сравнению с добычей из оксида, нужно рассматривать.

[Wert]

формирования месторождений хлорида натрия в местах выхода вулканических газов.

Месторождения хлорида натрия формируются при испарении морей. И больше никак. Да и дихлора в выбросах газов нет и быть не может. К тому же на Луне очень мало следов фумарольной активности.

[Nwimki]

В газах не Cl₂, a HCl. Который, в щелочных условиях ультраосновных пород, закономерно даёт NaCl. Ни один из исследователей, изучавших Луну, никогда не отрицал так категорично возможность нахождения месторождений хлорида натрия, поскольку испарение морей - далеко не единственный способ формирования его месторождений. Сейчас, при недостаточной геологической изученности Луны, учёные выражаются обтекаемо, дескать, может быть и так, а может быть, и иначе:

Эти соображения привели Папике и др. (1991) к выводу о возможности существования на Луне «слоистых рудных месторождений, подобных земным или даже более крупных, чем они». Кроме того, хотя истинные гидротермальные процессы на Луне не могли происходить, существуют некоторые свидетельства того, что летучие элементы (например, F, S, Cl, Zn, Cd, Ag, Au, Pb) концентрировались в результате вулканической дегазации, ответственной за образование пирокластических отложений (например, Хаскин и Уоррен, 1991). Более того, необходимо учитывать, что уникальная лунная среда может позволять концентрацию экономически ценных материалов посредством процессов, которые не происходят на Земле.

Поэтому нужно отправить экспедицию на Луну к формации Ина. Я утверждаю, что очень высок шанс найти там пригодные для разработки залежи хлорида натрия и элементарной серы. Вы конечно, можете не верить этому, если хотите. Менделееву, когда он предсказывал германий и галлий, тоже не верили. Будущее покажет, кто прав.

[Алихан Исмаилов]

Из ильменита на Луне будут добывать титан и железо. В данном случае даже известно, где расположены основные и наиболее богатые залежи - на зеверо-западе Океана Бурь и в море Спокойствия.

Хорошо. Понятно. Но у нас проблема. У нас нет 10-20 лунных баз разбросанных по Луне.
У нас она ОДНА. На Южном полюсе Луны. Ну или на Северном полюсе Луны.
И дорог никаких на Луне пока нет, ни автомобильных, ни железных. К этим самым месторождениям.
В существовании которых я не сомневаюсь.
Я сейчас исхожу из того, что кроме материковой породы Луны у нас под ногами ничего нет.
Посмотрите как выглядят полярные области. До Морей очень далеко.
http://portal.geokhi.ru/Lab41/SitePages/Maps-of-the-Moon.aspx

[Алихан Исмаилов]

Алюминия на Луне много, но, в отличие от Земли, залежей боксита на Луне не ожидается. Корунд как минерал на Луне есть, но только в виде небольшой примеси. Механизмов, которые бы его концентрировали в месторождения, к сожалению, на Луне не ожидается.  Вопрос, насколько сложнее добывать алюминий из силикатов по сравнению с добычей из оксида, нужно рассматривать.

Алюминий можно добывать из шпинели. Есть месторождения с содержанием шпинели до 30% по массе. Если не больше.
Эти залежи были открыты ещё АМС Чандраян-1.
Так называемая ,,розовая шпинель,,. Pink Spinel Anorthosite, сокращенно PSA.
Опять же. Ты пойди до них доберись.

[cryon]

Алюминия на Луне много, но, в отличие от Земли, залежей боксита на Луне не ожидается. Корунд как минерал на Луне есть, но только в виде небольшой примеси. Механизмов, которые бы его концентрировали в месторождения, к сожалению, на Луне не ожидается.  Вопрос, насколько сложнее добывать алюминий из силикатов по сравнению с добычей из оксида, нужно рассматривать.

Алюминий можно добывать из шпинели. Есть месторождения с содержанием шпинели до 30% по массе. Если не больше.
Эти залежи были открыты ещё АМС Чандраян-1.
Так называемая ,,розовая шпинель,,. Pink Spinel Anorthosite, сокращенно PSA.
Опять же. Ты пойди до них доберись.

А кто будет добывать? Роботы? Возможно. А у человека в скафандре из за отсутствия внешнего давления за несколько дней работы предплечье получает перетренированность. Можно предположить экзоскелет для предплечья.

[Алихан Исмаилов]

Возможные реакции. Я не уверен.
4NaAlSi3O8+2S2Cl2=4NaCl+SO2+3S+2Al2O3SiO2+10SiO2
4KAlSi3O8+2S2Cl2=4KCl+SO2+3S+2Al2O3SiO2+10SiO2
2CaAl2Si2O8+2S2Cl2=2CaCl2+SO2+3S+2Al2O3SiO2+2SiO2

Обратим внимание на то что CaCl2 и SiO2 образуются и при хлорировании Оливина.
Al2O3SiO2-у нас на Земле это соединение называется безводная глина.

Есть другая версия. Плагиоклаз просто не может перестроиться при хлорировании в другой минерал.
Или хлорирование идёт до конца с образованием хлоридов металлов. Или вообще не идёт.
Сложная каркасная структура.
https://sketchfab.com/3d-models/plagioclase-na-or-ca-feldspar-supercell-578f7772bf1942a1b0dc6f0622655948
CaAl₂Si₂O₈+4S₂Cl₂=CaCl₂+2AlCl₃+2SO₂+2SiO₂+6S
Или так если пропускать S₂Cl₂ +Cl₂
CaAl₂Si₂O₈+4SCl₂=CaCl₂+2AlCl₃+2SO₂+2SiO₂
2KAlSi₃O₈+4SCl₂=2KCl+2AlCl₃+2SO₂+6SiO₂+2S
2NaAlSi₃O₈+4SCl₂=2NaCl+2AlCl₃+2SO₂+6SiO₂+2S
 Реакция не должна идти до температуры +350°С. Я просто предполагаю.
Но если это так, то перемолов Анортозит и Троктолит в муку, можно было бы использовать его КАК СРЕДУ для хлорирования.
Других минералов содержащихся в них.
 

[Алихан Исмаилов]

 На Луне, в материковой породе ильменит FeTiO₃ содержится только в Анартозите.
В Троктолите его нет.
Допустим мы нагреваем эту смесь до температуры +300..+330°С.
Этой температуры должно хватить для разложения ильменита FeTiO₃, фаялита из оливина Fe₂SiO₄, герцинита из шпинели FeAl₂O₄.
В осадке получим смесь из оксида титана TiO₂ и оксида алюминия Al₂O₃.
Хлорид железа FeCl₂ должен перейти в FeCl₃ и улетучится из смеси.
Хотя мой расчёт показывает что реакция перехода из одного хлорида в другой начинается только при +373°С.
 Но алюминий содержащийся в других минералах при такой температуре точно должен остаться в них.

[Nwimki]

Ильменит на Луне нужно извлекать не из материкового анортозита, где его мало, а из морского базальта, где его много.
Вот образец 10058 найденный экипажем Аполлона-11.



Он состоит из ильменита (тёмный), пироксена и плагиоклаза. На Земле бы это считалось богатой титановой рудой, и компании бы дрались за право на её добычу. Подвергать обработке сложную смесь всегда невыгодно, поэтому используют технологии обогащения. Ильменитовый лунный базальт, как хорошо видно на картинке, легко рассыпается на отдельные зёрна. Поэтому нужно механически разделить его и получить ильменитовый концентрат, содержащий только ильменит FeTiO₃ при минимуме посторонних веществ. Из него будет удобно получить чистый титан.

А вот карта концентрации TiO2 в поверхностных породах:

Максимум концентрации в морских базальтах на северо-западе Океана Бурь и в Море Спокойствия. Там концентрация в 500 раз больше, чем средняя по Луне, поэтому и добывать его там будет в 500 раз легче и дешевле.

Хорошо. Понятно. Но у нас проблема. У нас нет 10-20 лунных баз разбросанных по Луне.
У нас она ОДНА. На Южном полюсе Луны. Ну или на Северном полюсе Луны.
И дорог никаких на Луне пока нет, ни автомобильных, ни железных.

На Луне нужно развивать транспорт, ничего не поделаешь. И для освоения Луны понадобится много баз, а не одна, тут тоже ничего не поделаешь. Неужели гусеничный вездеход с большими солнечными батареями так уж невозможен на Луне? Или рельсотрон, стреляющий на дальние расстояния грузами, заключёнными в защитную упругую оболочку? Или был ещё проект в 1960-е годы прыгающей машины с выдвижным стержнем, которым она отталкивалась от грунта и передвигалась прыжками?

Извлекать все нужные вещества из одной породы под ногами - это очень сложная технология. В принципе это возможно - так делают растения и грибы. Но человеческая цивилизация ещё не достигла такого уровня.