Methoden zum Schmelzen von Metallen im Weltraum

Ich habe mich gefragt, wie man im Asteroidengürtel abgebaute Mineralien am besten in brauchbare Materialien umwandeln kann. Bisher habe ich drei Methoden entwickelt, die Verwendung von Kernkraft, Elektromagneten und schließlich die Verwendung von Sonnenlicht, um alles zu erwärmen, was ich wollte . Sind diese drei akzeptable Möglichkeiten, oder gibt es Optionen, die ich übersehe?

Guter erster Beitrag Daikeal. Bitte nehmen Sie an der Tour teil und stöbern Sie in der Hilfe, wenn Sie etwas Zeit haben, um diesen Ort herauszufinden. Willkommen beim Weltenbau.
Danke, dass Sie meine Antwort akzeptiert haben. Hier beim Weltenbau empfehlen wir jedoch, mindestens 24 Stunden zu warten, bevor Sie eine Antwort akzeptieren. Worldbuilding-Probleme sind normalerweise nicht so dringend, und nicht gelöste Fragen ziehen mehr Antworten nach sich. Wenn Sie also allen Benutzern in verschiedenen Zeitzonen erlauben, eine Chance zu geben, haben Sie bessere Chancen, interessante Antworten zu erhalten.
Ah, okay. Danke, dass du mich darüber informiert hast, ich werde versuchen, es für zukünftige Fragen zu berücksichtigen!
Aluminium wird genauso viel verwendet wie Stahl, oder? Dies wird eine Variation der Bayer- und Herault-Prozesse sein, mit Kernkraft für elektrische Energie und möglicherweise der Nutzung der Abwärme der Kernkraft. Stahl wird viel schwieriger sein. Druckbehälter sind offensichtlich einfacher als offene Tiegel.
Ja, ich würde Metalle wie Aluminium so oft wie möglich verwenden, um die Veredelung zu erleichtern.

Antworten (3)

Beim Schmelzen geht es nicht darum, den Stein flüssig zu machen, sondern darum, dass eine chemische Reaktion stattfindet: Der Metallgehalt eines Erzes wird chemisch an andere Elemente gebunden, vor allem an Sauerstoff, und ist in dieser oxidierten Form nutzlos. Wenn Sie ein Erz schmelzen, um das reine Metall zu erhalten, geben Sie diesen anderen Elementen etwas, das sie viel lieber binden würden als mit dem Metall, das Sie herausbekommen möchten .

Beim Schmelzen von Eisen können Sie mit einem Eisenoxid beginnen und diesem Kohlenmonoxid zuführen. Das Kohlenmonoxid reagiert mit dem Sauerstoff, an den das Eisen gebunden war, zu Kohlendioxid und hinterlässt das reine Eisen. Das Kohlenmonoxid entsteht durch das Verbrennen von Kohle im Schmelzofen, achten Sie darauf, dass Sie nicht zu viel Sauerstoff hinzufügen. Sie können diese Reaktion nicht stattfinden lassen, es sei denn, Sie liefern das Kohlenmonoxid .

So muss beispielsweise das Schmelzen von Eisen immer durch Verbrennen von Kohle erfolgen. Sie haben vielleicht unorthodoxe Wege, um Kohle und Sauerstoff zu beschaffen, aber am Ende müssen Sie das Kohlenmonoxid zusammen mit dem Erz in einem chemischen Reaktor haben, den wir normalerweise als Hochofen bezeichnen.


Es gibt nureine mögliche Alternative: elektrische Untersetzung. In diesem Fall erhitzen Sie das Erz auf eine Temperatur, bei der es flüssig wird, bringen es mit Elektroden in Kontakt und leiten Strom durch das Erz. So entsteht Aluminium. Leider benötigt es viel elektrische Energie (Energie, die durch die Reaktion von Kohlenmonoxid und Sauerstoff im Schmelzprozess bereitgestellt würde) und funktioniert nur gut, wenn Sie ein Elektrodenmaterial finden, das nicht mit dem Sauerstoff / anderen Elementen reagiert die Sie aus dem Erz entfernen möchten. Wenn Sie beispielsweise eine Graphitelektrode mit einem Oxiderz verwenden, wird der produzierte Sauerstoff Ihre Elektrode schnell auffressen. Da der Sauerstoff / andere Elemente, die Sie entfernen möchten, ziemlich reaktiv sind und die Temperatur ziemlich hoch sein muss, ist es ziemlich schwierig, ein geeignetes Elektrodenmaterial zu finden.


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Wie Adrian Colomitchi in einem Kommentar richtig anmerkte, gibt es tatsächlich eine zweite Alternative: Das Erz in ein Plasma zu verwandeln und die Ionen massenspektroskopisch zu untersuchen. Sehr energieintensiv, mit einem massiven Abwärmeproblem, und ich glaube, dass es zu schwierig ist, auf signifikante Durchsätze zu skalieren, aber es ist eine Möglichkeit, die in Betracht gezogen werden könnte.

Sie können die Erze in einen ionisierten Zustand – Plasma – bringen und massenspektrometrisch trennen. Auf diese Weise sammeln Sie alle Elemente in den Erzen, einschließlich Sauerstoff. Ja, es wird viel Energie kosten, aber das ist die Natur des Biests – das gleiche passiert auf der Erde.
@adrianColomitchi Theoretisch ja. Dieser Ansatz ist jedoch völlig unpraktikabel: 1) Sie benötigen viel höhere Temperaturen als für die elektrische Reduktion, und 2) Sie arbeiten mit wirklich niedrigen Dichten. Da der Wärmeverlust durch Strahlung mit der vierten Potenz der Temperatur und linear mit der Zeit und der Oberfläche wächst, haben Sie im Grunde eine riesige Wärmebirne, die zufällig winzige Mengen reiner Elemente produziert. Wenn Sie dies auf einem Raumschiff platzieren, leuchtet das gesamte Raumschiff rot, bevor Sie eine nennenswerte Menge produziert haben. Ich möchte kein Arbeiter auf diesem Schiff sein...
1. theoretisch ja. In der Praxis wird das Material durch Elektronenbeschuss lokal erhitzt, effizienter verdampft und ionisiert. Femtosekunden-Gigawatt-Laserpulse werden die gleiche 2. niedrige Dichte, hohe Effizienz erreichen. Aus diesem Grund ist dies für die automatische Bergbausonde geeignet.
@AdrianColomitchi Ok, habe ich jetzt als zweite Alternative hinzugefügt :-)

Beachten Sie, dass Elektromagnete keine primäre Energiequelle sind, sie benötigen etwas, um den Strom zu erzeugen, um sie zu speisen.

Abgesehen davon vergisst du:

  • HF-Schmelzen. Auf der Erde wird es zum Beispiel zur Reinigung von Siliziumwafern verwendet.
  • Auswirkung. Wenn zwei Körper aufeinanderprallen, wird der größte Teil ihrer Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt. So wurde die Erde als Kugel aus geschmolzenem Gestein geboren.
  • Gezeitenheizung könnte eine weitere Option sein, wenn Sie sich in der Reichweite eines massiven Körpers befinden. Schwingen Sie den Materialklumpen nahe genug an ihn heran, so dass die Gezeitenkräfte ihn verformen und schließlich seine Temperatur erhöhen.
  • Aerobraking wäre eine weitere Option. Werfen Sie das Mineral in die Atmosphäre eines Planeten und lassen Sie die Atmosphäre die kinetische Energie in Wärme umwandeln. Stellen Sie sicher, dass Sie gut planen, wo das geschmolzene Erz landen wird.
Gute Arbeit Holländer! Mir fielen keine anderen Methoden außer diesen OP ein, und hier haben Sie 4. Ich mag Ihre besser als OP, weil keine routinemäßig auf der eigenen Erde verwendet wird und sie daher aufregendere Fiktion machen würden.
Bauchgefühl: nein für Gezeitenheizung - wenn Sie an den Punkt kommen, an dem alles zu Lava schmilzt (und Sie die Mineralien immer noch nicht getrennt haben), wird Ihre Wärmestrahlung das Ding schneller abkühlen. Die Temperaturen, die Sie erreichen können, reichen vielleicht aus, um das Eis zu schmelzen, aber nicht genug, um Asteroiden abzubauen . Aerobraking ist schrecklich ineffizient - nicht nur der größte Teil Ihres Asteroiden wird durch Ablation in der Atmosphäre enden, sondern Sie haben noch ein weiteres Problem: Sie müssen Ihren überlebenden Kern aus dem Gravitationsschacht herausholen (ich hoffe, Sie möchten nicht die Erdatmosphäre verwenden Asteroideneisen abbauen)
Zwei weitere Methoden zum Schmelzen von Metallen unter Vakuum sind Elektronenstrahl- und Vakuum-Lichtbogenöfen.

Dies funktioniert nur bei Metallen, die unter 1084 °C (1984 °F) schmelzen:

Ein mit ungeschmolzenem Metall gefüllter und mit Riegeln verschlossener Kupfertopf konnte in eine geschlossene Keramikbox gestellt werden. Um den Kupfertopf herum befinden sich Glühbirnen mit hoher Wattleistung. Die Glühbirnen werden dann alle auf einmal für einen langen Zeitraum mit Strom versorgt, um Wärme zu erzeugen, um die Glühbirnen mit Energie zu versorgen. Danach kann der Kupfertopf aus der Schachtel genommen und geöffnet werden, um das geschmolzene Metall freizulegen.

So funktionieren Easy-Bake-Öfen eigentlich: https://entertainment.howstuffworks.com/easy-bake-oven2.htm

Kupferwärmeleitung: https://www.metalsupermarkets.com/which-metals-conduct-heat-best/

Metallschmelzpunkte: https://en.wikipedia.org/wiki/Metals_of_antiquity

Das kann zum Schmelzen einiger Metalle funktionieren. Metall aus Erzen/Mineralien extrahieren... das ist eine andere Geschichte. Wissen Sie zB, wie Aluminium bei 660°C schmilzt? Nun, das wird nicht helfen, das Aluminiumoxid zu Aluminium zu reduzieren - bei 2072 ° C schmilzt Aluminiumoxid, weigert sich aber immer noch, sich zu zersetzen.