一種從月壤月巖型混合氧化物提取金屬并制備氧氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，特別涉及一種從月壤月巖型混合氧化物提取金屬并制備氧氣的方法。本發(fā)明方法是以金屬鋁為還原劑，于940-2200℃對月壤月巖型混合氧化物進(jìn)行鋁熱還原2~6h，然后進(jìn)行渣金分離，得到Al-Si-Fe合金和富Al2O3的混合氧化物，將富Al2O3混合氧化物溶解在冰晶石基熔鹽電解質(zhì)Na3AlF6-AlF3中，以Fe-Ni合金、Fe-Ni-Al2O3金屬基復(fù)合材料為陽極，于930-985℃進(jìn)行電解，控制電解過程中電流密度在0.4-1.2A/cm2，在陽極析出氧氣，在陰極得到金屬鋁。本發(fā)明是將含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、Na2O的混合氧化物在高溫下鋁熱還原，然后采用惰性陽極進(jìn)行電解制備金屬鋁和氧氣，不僅能夠應(yīng)用到工業(yè)實際中，實現(xiàn)零碳耗、零溫室氣體排放的綠色冶金和潔凈生產(chǎn)，還對未來建立月球基地、前沿基站具有重要意義。
【專利說明】一種從月壤月巖型混合氧化物提取金屬并制備氧氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，特別涉及一種從月壤月巖型混合氧化物提取金屬并制備氧氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類太空探索活動的進(jìn)一步發(fā)展，建立月球基地、前沿基站，需要金屬和氧氣等。我國探月工程預(yù)計2020年前取樣返回，2030年前后實現(xiàn)載人登月、建設(shè)深空觀測站，屆時將需要基建原材料，在月表所需要的原材料如鋁、硅、鈦、鐵等如果從地球上輸送，每公斤運費約20萬美元。如能利用月球或火星資源進(jìn)行原位制造金屬和氧氣，可得到Si做太陽能電池板，F(xiàn)e和Al可做結(jié)構(gòu)材料，Ca、Mg等可做高效儲能電池電極,氧氣供生命維持或作推進(jìn)劑(氧化劑)，如此便可原位利用月球資源進(jìn)行生產(chǎn)，較為經(jīng)濟(jì)地在外星提供原材料，從而較為經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)月表活動。
[0003]月球表面的土壤和巖石是一種混合氧化物，含有與地球土壤較為相似的成分及含量。主要含有 20-60%Si02，20-60%Al203,0-10%Fe0, l_8%Fe203，2_8%Mg0，15%Ca0 和少量其他氧化物，其相組成主要以鈣長石等形式存在，如表1所示。
[0004]表1地殼、月表、火星表面土壤主要化學(xué)兀素(mass%)
【權(quán)利要求】
1.一種從月壤月巖型混合氧化物提取金屬并制備氧氣的方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行: (1)在隔絕空氣條件下，以金屬鋁為還原劑，金屬鋁用量為還原月壤月巖型混合氧化物所需理論還原劑用量摩爾數(shù)的2~4倍，于940-2200°C對月壤月巖型混合氧化物進(jìn)行鋁熱還原2飛h，然后進(jìn)行渣金分離，得到Al-S1-Fe合金和富Al2O3的混合氧化物； (2)將富Al2O3混合氧化物溶解在冰晶石基熔鹽電解質(zhì)Na3AlF6-AlF3中，以Fe-Ni合金或Fe-N1-Al2O3金屬基復(fù)合材料為陽極，于930-985°C進(jìn)行電解，控制電解過程中電流密度在0.4-1.2A/cm2，在陽極析出氧氣，在陰極得到金屬鋁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從月壤月巖型混合氧化物提取金屬并制備氧氣的方法，其特征在于所述的步驟(1)中還可以以冰晶石基熔鹽為還原介質(zhì)，將鋁和混合氧化物溶解在冰晶石基熔鹽中進(jìn)行鋁熱還原，冰晶石基熔鹽用量為金屬鋁摩爾數(shù)的2-5倍，還原溫度為 940-1050°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從月壤月巖型混合氧化物提取金屬并制備氧氣的方法，其特征在于所述的步驟(2)中富Al2O3混合氧化物的加入量是富Al2O3混合氧化物與冰晶石基熔鹽電解質(zhì)總重量的4~10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從月壤月巖型混合氧化物提取金屬并制備氧氣的方法，其特征在于所述的冰晶石基熔鹽Na3Al`F6-AlF3中NaF和AlF3的摩爾比為2.0-2.8。
【文檔編號】C25C3/06GK103643259SQ201310644890
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】石忠寧, 劉愛民, 何文才, 胡憲偉, 高炳亮, 王兆文, 徐君莉, 于江玉 申請人:東北大學(xué)