矿物岩石地球化学通报BulletinofMineralogy,PetrologyandGeochemistryVol128No12,Apr1·综述·利用月球含氧矿物制取氧气的方法学比较芃1,2,王世杰1,李雄耀1,唐红1,2,陈丰1李1.中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵阳550002;2.中国科学院研究生院,北京100049摘要:氧气作为人类未来在月球上生存的基本条件,研究制取方法是月球基地建设中的一个主要目标。本文分类总结了利用月球含氧矿物制氧方法;就制氧方法适合就地利用月球资源、反应的高效率、反应过程易实现性等方面比较了各类方法的优缺点,提出就地利用微波能加热、氢气作为还原剂、月壤中钛铁矿作为反应物的月球基地制氧的优选方案。关键词:就地资源利用;含氧矿物;制氧方法;微波加热;月球基地文章编号:100722802(2009)0220183206中图分类号:P579文献标识码:AReviewofOxygenProductionUsingOxygenousMineralsontheMoonLIPeng1,2,WANGShi2jie1,LIXiong2yao1,TANGHong1,2,CHENFeng11.StateKeyLaboratoryofEnvironmentalGeochemistry,InstituteofGeochemistry,ChineseAcademyofscience,Guiyang55002,China;2.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,BeijinAbstract:OxygenisafundamentalrequirementforhumantoliveontheMoon.Oxygenpreparationisoneofthemajorobjectivesinlunarresourceutilization.Itwillbeamorecost2efficientmethodtoextractoxygenfromlunarsoilcomparedwithtransportingitdirectlyfromtheEarth.Theexplorationshadshowedthattherearevariousmet2aloxidesandsilicateswithoxygencontentsuptoabout40%inlunarsoil,whichmakesoxygenextractionfromlu2narsoilpossible.Thispapersummarizeddifferentoxygenextractionmethodsusingreductionagentsandheatingtechnology.Microwave,whichisarapidandeffectiveheatingmethod,hasmanyadvantagesoverothertraditionalheatingtechniques.Therefore,thispaperrecommendedmicrowaveheatingasthepreferringheatingmethodforspeedingreductionreactionsofoxygenousmineralstoprepareoxygenontheMoon.Furtherstudyismuchre2quired.在新一轮探月热潮中,建立月球基地,开发利用月球资源是各国进行月球探测的目标之一。月球与地球不一样,没有一个可供人类自由呼吸的含氧环境[1,2]。因此,建立月球基地,首先必须考虑的问题就是氧气的供给。据粗略估算,月球基地仅用于生命维持所需的氧气就要10t/人·a[3]。氧气可以直接从地球输送,也可以从月球含氧矿物中提取。从地球向月球运送氧气的成本相当昂贵,按目前的技术水平估算,每kg的运输成本约为50000～90000美元,一个10人的月球基地,仅氧气运输的费用就高达50～90亿美元/a[3～5]。如此高昂的运输成本决定其不可能成为月球基地氧气供给的主要途径。相反,利用月球矿物资源生产氧气则能免去昂贵的运输成本,不失为一种更有效的途径。目前,不少研究者通过采用不同工艺方法以模拟月壤、岩石矿物原料及月球样品为原料,进行月球氧气就地制取的模拟实验研究[3]。本文详细分析现有制氧方法的优缺点,提出笔者的一孔之见。收稿日期:2008208201收到,2008211203改回基金项目:国家863项目(2008AA12A213);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX22YW2110);国家自然科学基金资助项目(40473053)第一作者简介:李芃(1985—),硕士研究生,专业方向:月球与行星科学.通讯作者王世杰1hiji@ikl物进行氟化实验。生成产物主要为氧气、氟化物和二氧化硅:1现有的月球制氧方法为达到更高的氧气制取效率,选择了不同的还2MO+2F2(气体)→2MF2+O2MF2+2K→M+2KFKF→K+1/2F2(电解)(8)(9)(10)原剂、不同工艺方法和不同的加热方式进行了模拟实验。根据工艺方法的不同,可将当前认为可能实现的几种月球制氧方法划分为:还原法、高温电解法和等离子高温分解法等。1.1还原法还原法主要利用还原剂的强还原性,将金属氧化物中的金属和氧还原分离。目前采用的还原剂主要有H2、C、F2、Cl2等,分别称为氢还原法、碳还原法、氟还原法、碳热氯化还原法和其他还原法等。(1)氢还原法:以氢气作为还原剂,对钛铁矿、模拟月壤、火山玻璃和月球样品进行模拟实验[3,6～8。Gibson...