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Overview of in-situ oxygen production technologies for lunar resources

International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials 2025年第02期 233-255页

作者： Youpeng Xu Sheng Pang liangwei Cong Guoyu Qian Dong Wang laishi li Yusheng Wu Zhi Wang College of Materials Science and Engineering Shenyang University of Technology CAS Key Laboratory of Green Process and Engineering National Engineering Research Center for Green Recycling of Strategic Metal ResourcesInstitute of Process EngineeringChinese Academy of Sciences Innovation Academy for Green Manufacture Chinese Academy of Sciences School of Chemical Engineering University of Chinese Academy of Sciences

The rich resources and unique environment of the Moon make it an ideal location for human expansion and the utilization of extraterrestrial resources. Oxygen, crucial for supporting human life on the Moon, can be extracted from lunar regolith, which is highly rich in oxygen and contains polymetallic oxides. This oxygen and metal extraction can be achieved using existing metallurgical techniques. Furthermore, the ample reserves of water ice on the Moon offer another means for oxygen production. This paper offers a detailed overview of the leading technologies for achieving oxygen production on the Moon, drawing from an analysis of lunar resources and environmental conditions. It delves into the principles, processes, advantages, and drawbacks of water-ice electrolysis, two-step oxygen production from lunar regolith, and one-step oxygen production from lunar regolith. The two-step methods involve hydrogen reduction, carbothermal reduction, and hydrometallurgy, while the one-step methods encompass fluorination/chlorination, high-temperature decomposition, molten salt electrolysis, and molten regolith electrolysis(MOE). Following a thorough comparison of raw materials, equipment, technology, and economic viability, MOE is identified as the most promising approach for future in-situ oxygen production on the Moon. Considering the corrosion characteristics of molten lunar regolith at high temperatures, along with the Moon's low-gravity environment, the development of inexpensive and stable inert anodes and electrolysis devices that can easily collect oxygen is critical for promoting MOE technology on the Moon. This review significantly contributes to our understanding of in-situ oxygen production technologies on the Moon and supports upcoming lunar exploration initiatives.

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Role of Crystal Seed in Aluminum Hydroxide Crystallization from Ammonia System with Added NH_(4)Al(SO_(4))_(2)·12H_(2)O

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2024年第4期39卷 945-953页

作者：王俊凯李来时 liU Feng WANG Yuzheng 吴玉胜 School of Material Science and Engineering Shenyang University of TechnologyShenyang 110870China

A method to promote aluminum hydroxide crystal growth through pickling Al(OH)_(3)as seed in the ammonia system was proposed to overcome these *** experimental results show that,under the conditions of pickling time of 15 min,the acid concentration of 10%,the addition of 70 g/L pickling-Al(OH)_(3)seed,and the coarse granular Al(OH)_(3)products(d0.5=85.667)can be *** characterization results show that the phase of the product is gibbsite,consistent with the ***,the steps and ledges can be formed on pickling Al(OH)_(3)seed surface under the ammonia system,effectively promoting crystal *** crystal growth,the roughness of the crystal surface was first increased and then decreased,and the lamellar structure was deposited on the crystal seed *** final particles are approximately round,the surface is compact and *** growth of the product is surface reaction *** addition,the content of the AlO_(6)unit is increased and contributed to Al(OH)_(3)crystal growth.

关键词： reactive crystallization coarse-grained Al(OH)_(3) crystal seed crystal growth process

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基于软测量技术在线分析仪表在氧化铝溶出生产过程控制中的应用

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轻金属 2017年第12期 48-51页

作者：杨琦李来时沈阳铝镁设计研究院有限公司辽宁沈阳110001

本文对氧化铝溶出生产过程控制现状和存在的主要问题进行了分析,并介绍了一种氧化铝生产核心工序——溶出工序的主要生产指标:苛性比和苛性碱浓度的在线测量方法。通过现场数据反馈,使用效果良好。为建立氧化铝溶出智能优化控制策略,实... 详细信息

本文对氧化铝溶出生产过程控制现状和存在的主要问题进行了分析,并介绍了一种氧化铝生产核心工序——溶出工序的主要生产指标:苛性比和苛性碱浓度的在线测量方法。通过现场数据反馈,使用效果良好。为建立氧化铝溶出智能优化控制策略,实现氧化铝过程控制的智能生产提供了有效的基础条件。

关键词：氧化铝拜耳法软测量在线分析苛性比苛性碱浓度现场应用

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硫酸氢铵溶液法处理粉煤灰生产冶金级氧化铝工业化可行性分析

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轻金属 2015年第10期 10-13页

作者：李来时吴玉胜沈阳铝镁设计研究院有限公司辽宁沈阳110001 沈阳工业大学辽宁沈阳110870

本文介绍了粉煤灰生产氧化铝的意义,实验室研究打通了硫酸氢铵法处理粉煤灰生产冶金级氧化铝的整体流程,得到了最佳的工艺条件,粉煤灰中氧化铝经济提取率83.5%,硫酸铵循环使用。进行了初步技术经济分析及成本测算,综合成本仅为1536.9元/... 详细信息

本文介绍了粉煤灰生产氧化铝的意义,实验室研究打通了硫酸氢铵法处理粉煤灰生产冶金级氧化铝的整体流程,得到了最佳的工艺条件,粉煤灰中氧化铝经济提取率83.5%,硫酸铵循环使用。进行了初步技术经济分析及成本测算,综合成本仅为1536.9元/t-Al2O3,大大低于目前氧化铝的平均成本和氧化铝售价。通过工业装备可靠性分析阐明了该工艺具有极大的工业化前景。

关键词：粉煤灰氧化铝硫酸氢铵溶液可行性分析

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以粉煤灰为原料制备高纯氧化铝

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化工学报 2006年第9期57卷 2189-2193页

作者：李来时翟玉春秦晋国吴艳刘瑛瑛东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110004 润泽投资有限公司山西朔州038500

Ammonium aluminum sulfate hydroxide[NH4Al（SO4）2·12H2O], the precursor of Al2O3, was prepared with the method of sintering, leaching and adjusting the pH value by using fly ash and ammonium sulfate as raw ***-purity alumina was prepared by calcining NH4Al（SO4）2·*** effects of the temperature and time of sintering, molar ratio of（NH4）2SO4 vs the Al2O3 in fly ash and the grain size of fly ash on the extraction efficiency of Al2O3 from fly ash were *** efficiency of Al2O3 extraction could reach 95.6 percent under the optimum *** purity of the Al2O3 from calcining NH4Al（SO4）2·12H2O that was refined by recrystallization was higher than 99.9 percent.

关键词：粉煤灰氧化铝硫酸铝铵工艺最佳条件

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基于BP神经网络的氧化铝溶出苛性比值预测方法

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轻金属 2017年第9期 53-58页

作者：张羽飞李来时杨琦沈阳铝镁设计研究院有限公司辽宁沈阳110001

针对拜耳法生产氧化铝的溶出工序中苛性比值难以实时获得的问题,提出了一种通过BP神经网络模型对溶出苛性比值进行提前预测的方法。根据溶出生产物料输入输出关系,提出了基于物料平衡的溶出苛性比值机理计算模型,并对计算模型的输入变... 详细信息

针对拜耳法生产氧化铝的溶出工序中苛性比值难以实时获得的问题,提出了一种通过BP神经网络模型对溶出苛性比值进行提前预测的方法。根据溶出生产物料输入输出关系,提出了基于物料平衡的溶出苛性比值机理计算模型,并对计算模型的输入变量进行优化,使其能够满足BP神经网络输入的要求。最终设计了一种具有误差反传学习及历史数据训练功能的BP神经网络,经山西某铝厂实际数据测试,BP神经网络能够较好的预测溶出苛性比值。

关键词：氧化铝溶出苛性比值模型 BP神经网络预测

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不同铝合金基体黑色微弧氧化膜的厚度对其结构和性能的影响

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中国表面工程 2023年第6期36卷 163-177页

作者：刘磊李来时吴玉胜王昱征张伟鲍泽斌乔自平沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110020 中国科学院金属研究所师昌绪创新材料中心沈阳110016 广东省科学院新材料研究所现代表面工程技术重点实验室广州510700 中国兵器工业第208研究所瞬态冲击技术重点实验室北京102200

铝合金广泛应用于各个领域,铝合金表面防腐技术前景十分广阔。采用恒流的方式分别在7075、7A04和2A12三种不同铝合金基体表面进行黑色微弧氧化膜层的制备。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、摩擦磨损试验机和电化学试... 详细信息

铝合金广泛应用于各个领域,铝合金表面防腐技术前景十分广阔。采用恒流的方式分别在7075、7A04和2A12三种不同铝合金基体表面进行黑色微弧氧化膜层的制备。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、摩擦磨损试验机和电化学试验研究不同铝合金基体表面黑色微弧氧化膜的微观组织、硬度、耐磨性和耐蚀性。随着膜层厚度的增加,膜层的致密度大幅提高,平均孔隙率降低至0.8%,膜层中α-Al_(2)O_(3)的比例增加,耐磨性显著提高,在黑色陶瓷颗粒的自润滑作用下,复合膜层的摩擦因数从0.6降至0.3,摩擦曲线的变化趋势更平稳。黑色膜层厚度从40μm提高到60μm,三种铝合金基体的黑色氧化膜层均明显提高,最高达到916 HV。电化学试验结果60μm黑色微弧氧化膜层的腐蚀电流密度比40μm的降低两个数量级,自腐蚀电位可提高200 mV,钝化性能增强,膜层耐蚀性显著提升。

关键词：铝合金微弧氧化耐蚀性耐磨性

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响应曲面法优化钾长石活化工艺

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轻金属 2018年第12期 5-8,20页

作者：王宏涛吴玉胜李来时沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870

为确定氢氧化钾溶液对钾长石的最佳活化工艺条件,采用响应曲面法的中心复合设计对钾长石活化工艺条件进行了优化设计。通过对不同工艺条件下获得的氧化铝的提取率进行二次多项式回归得到了相应数学模型。结果表明,活化钾长石的主要影响... 详细信息

为确定氢氧化钾溶液对钾长石的最佳活化工艺条件,采用响应曲面法的中心复合设计对钾长石活化工艺条件进行了优化设计。通过对不同工艺条件下获得的氧化铝的提取率进行二次多项式回归得到了相应数学模型。结果表明,活化钾长石的主要影响因素依次为活化温度、活化时间、氢氧化钾浓度和过量率。活化温度为279. 3℃、活化时间为143. 1min、氢氧化钾的浓度为45%、氢氧化钾的过量率为90%时为最优影响因素指标组合,该条件下氧化铝的提取率可达99. 28%。

关键词：钾长石氢氧化钾氧化铝响应曲面法

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硫酸铵分解过程及其热分解动力学研究

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无机盐工业 2023年第10期55卷 86-92页

作者：吴迪李来时王俊凯吴玉胜王昱征李明春沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870

硫酸铵热分解能为硫酸氢铵溶液浸出粉煤灰提取氧化铝工艺过程提供硫酸氢铵溶液和氨水,研究硫酸铵热分解过程的机理和热分解动力学具有重要意义。通过X射线衍射、质谱和傅里叶变换红外光谱等对硫酸铵热分解过程的产物进行了表征,结果表... 详细信息

硫酸铵热分解能为硫酸氢铵溶液浸出粉煤灰提取氧化铝工艺过程提供硫酸氢铵溶液和氨水,研究硫酸铵热分解过程的机理和热分解动力学具有重要意义。通过X射线衍射、质谱和傅里叶变换红外光谱等对硫酸铵热分解过程的产物进行了表征,结果表明硫酸铵的热分解产物为硫酸氢铵、焦硫酸铵、氨气、水、氮气和二氧化硫。采用X射线衍射、质谱和傅里叶变换红外光谱等表征方法并与热重分析技术联用对硫酸铵进行了分析,结果发现硫酸铵的热分解过程分为3个阶段:硫酸铵分解形成硫酸氢铵和氨气;硫酸氢铵脱水形成焦硫酸铵;焦硫酸铵分解。采用Ozawa-Flynn-Wall和Kissinger-Akahira-Sunose无模型方法计算每个阶段的活化能。采用Coats-Redfern方法确定每个阶段最可能的机理函数。结果表明:第一阶段的平均活化能(E)为125.21 kJ/mol,ln A为18.46;第二阶段的平均活化能(E)为110.21 kJ/mol,ln A为13.94;第三阶段的平均活化能(E)为97.70 kJ/mol,ln A为8.44。

关键词：硫酸铵热分解分解动力学热重分析

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锶掺杂对氧化铝气凝胶高温热稳定性的影响

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功能材料 2018年第9期49卷 9078-9081,9086页

作者：孙雪峰吴玉胜李来时王昱征李明春沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870

以AlCl_3·6H_2O为原料,Sr(NO_3)_2为添加剂,通过溶胶-凝胶法并结合超临界干燥技术制备了氧化铝气凝胶。利用X射线衍射分析(XRD)、氮气吸附-脱附比表面积测定和场发射扫描电镜(FESEM)等对样品进行了表征,考察了SrO含量对氧化铝气凝胶热... 详细信息

以AlCl_3·6H_2O为原料,Sr(NO_3)_2为添加剂,通过溶胶-凝胶法并结合超临界干燥技术制备了氧化铝气凝胶。利用X射线衍射分析(XRD)、氮气吸附-脱附比表面积测定和场发射扫描电镜(FESEM)等对样品进行了表征,考察了SrO含量对氧化铝气凝胶热稳定性的影响。结果表明,掺杂SrO的氧化铝气凝胶是由片状和针状颗粒经过相互搭接构成的三维多孔网络结构。高温条件下,SrO的掺杂能明显抑制氧化铝气凝胶的相变,随着SrO含量的增加,氧化铝气凝胶的比表面积变大。经1 200℃焙烧后,SrO掺杂量为5%(质量分数)的气凝胶焙烧产物中有SrO·6Al_2O_3相生成,形成的SrO·6Al_2O_3可显著抑制氧化铝气凝胶的物相转变,获得的氧化铝气凝胶产物的比表面积高达122m^2/g,比相同条件下焙烧纯氧化铝气凝胶获得的产物的比表面积增加113m^2/g。

关键词：氧化铝气凝胶溶胶-凝胶法掺杂改性热稳定性超临界干燥

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