[发明专利]一种在月球原位制备水、氧气及金属单质的方法

说明书

本发明提供了一种在月球原位制备水、氧气及金属单质的方法，属于探月领域。本发明在月球，将月球月海玄武岩进行加热，得到H₂；将月球月海玄武岩进行磁选，得到钛铁精矿，所述钛铁精矿中FeTiO₃的质量含量为85～95％；利用所述H₂还原钛铁精矿，得到铁、二氧化钛渣和水；将所述水进行电解，得到H₂和O₂；将所述二氧化钛渣进行锂热还原，得到钛硅合金和钛单质；将所述钛硅合金进行电解精炼，得到钛单质。本发明利用月球月海玄武岩中钛铁矿制备水、氧气和金属铁、钛及硅，使得月球原位制备水、氧气和金属能够经济并且可行。

本申请是申请日为2020年01月17日、申请号为CN202010053261.5、发明名称为《一种在月球原位制备水、氧气及金属单质的方法》的分案申请。

技术领域

本发明涉及探月工程技术领域，尤其涉及一种在月球原位制备水、氧气及金属单质的方法。

背景技术

我国已经进入载人登月、建立月球基地的前期阶段。建立月球基地，需要金属结构材料，基地人员需要呼吸氧气、载人飞船需要燃料补给。因此，月球原位制备水、氧气及金属十分重要。

月球潜在资源有四种，一是月球高低硅酸盐矿物，富含铝、镁、稀土、铀、钍等，这类矿物含氧量高，但破坏硅酸盐之间结构需要温度高达1500～2500℃，而且高温分解后再还原温度高，并且矿物中富含放射性元素，原位制氧难度大；二是月球月海矿物，主要钛铁矿、橄榄石、辉石等矿物，特别是月海玄武岩，是巨大的钛铁矿的储存库。所谓的“月海”是月球表面的平原或盆地，是被一种暗色的、称为玄武岩的物质所覆盖的区域。把这些区域上的玄武岩称为月海玄武岩。根据目前的探测与分析结果，月球上有22个月海都被玄武岩所充填。据计算，分布在这些月海平原或盆地上的玄武岩的总体积大约有100万立方公里，月海玄武岩蕴藏着丰富的钛铁矿，而且，钛铁矿不仅是生产金属铁、钛的原料，还是生产水和火箭燃料-液氧的主要原料。三是月壤表岩层的太阳风化物，含H、C及N。四是月球极地永久阴影区月壤中的水冰。

现有技术中介绍了月球原位制备水、氧气及金属技术，但多数操作性差，经济成本高并且不具备可操作性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在月球原位制备水、氧气及金属单质的方法。本发明利用月球月海玄武岩中钛铁矿制备水、氧气和金属铁及钛、和硅的技术，使得月球原位制备水、氧气和金属能够经济并且可行。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种在月球原位制备水、氧气及金属单质的方法，所述金属单质包括铁和钛，包括以下步骤：

在月球，将月球月海玄武岩进行加热，得到H₂；

将月球月海玄武岩进行磁选，得到钛铁精矿，所述钛铁精矿中FeTiO₃的质量含量为85～95％；

利用所述H₂还原钛铁精矿，得到铁、二氧化钛渣和水；

将所述水进行电解，得到H₂和O₂；

将所述二氧化钛渣进行锂热还原，得到钛硅合金和钛单质；

将所述钛硅合金进行电解精炼，得到单质硅和钛单质。

优选地，所述加热的温度为500～600℃。

优选地，所述磁选的磁场强度为15000～20000GS。

优选地，所述还原的温度为930～950℃，时间为2～3h。

优选地，所述电解的温度为60～70℃。