(A) Изображения метеорита NWA 13876 в отраженном свете (tae: тэнит, tro: троилит, kam: камасит) и (B) соответствующая карта минералов в искусственных цветах, созданная с помощью SEM-EDX-анализа. Фото: Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-023-44152-0.
Внеземная добыча полезных ископаемых и обработка металлов являются ключевыми стратегиями освоения космоса. В новом исследовании, опубликованном в Scientific Reports, Родольфо Марин Ривера и группа учёных в области материаловедения провели каталитическое растворение металлов из метеоритов-прокси богатых металлами астероидов, используя глубокий эвтектический растворитель. Эти растворители важны для внеземной добычи полезных ископаемых, поскольку они могут иметь относительно низкое давление паров и могут содержать органические отходы внеземных поселений.
Команда изучила три типа метеоритов, два хондрита и один железный метеорит. Образцы хондрита содержали силикаты с богатыми металлами фазами, такими как самородные сплавы, сульфиды и оксиды, из которых металлические железо-никель и троилит образовывали наиболее распространенные металлсодержащие фазы во всех трех образцах со специфическими оттенками железистости. богатый метеорит.
Ученые подвергли образцы экспериментам по химическому микротравлению с использованием йода и хлорида железа (III) в качестве окислителей в глубоком эвтектическом растворителе, полученном путем смешивания хлорида холина и этиленгликоля.
Внеземные железные метеориты
Возможно наладить жизнеспособную внеземную добычу металлов, а эффективное использование местных материалов и восстановление ресурсов из космоса может значительно снизить массу, стоимость и экологические ограничения космических миссий. Эти большие богатые металлами астероиды являются родительскими телами железных метеоритов и богатых металлами углеродистых хондритов. Эти металлы могут стать местным источником материалов для создания человеческого поселения в космосе или на других земных телах. Околоземные астероиды содержат больше ценных металлов платиновой группы, а также железа, никеля и кобальта, чем на поверхности Земли.
Минеральное распределение железа и никеля, определенное с помощью автоматического анализа SEM-EDX в (a) NWA 13876, (b) NWA 7160 и (c) Campo del Cielo. Фото: Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-023-44152-0.
Сигнатуры астероидов были очень похожи на астероид 16 Психея, крупнейшее богатое металлами тело в Солнечной системе. В этой работе исследовался экспериментальный метод извлечения металлов из метеоритов-прокси астероидов с использованием неводных глубоких эвтектических растворителей.
Ривера и его команда определили глубину и скорость растворения, анализируя трехмерную топографию протравленных образцов до и после травления. Хондритовые метеориты характеризуются разнообразным минералогическим составом, где наиболее заметными являются минералы оливина, пироксена, плагиоклаза и камасита, а состав зависит от степени метаморфоза, которому они подверглись.
Разнообразие образцов
Разнообразные образцы хондритов содержат железо-никелевые сплавы, минералы сульфида железа и оксида железа, в то время как менее распространены железо-никелевые минералы с более высокой долей сульфида железа. Силикатная матрица состоит из хондр, образующих оливин и пироксен, со следами плагиоклазового полевого шпата.
Они продемонстрировали способность петрографически классифицировать хондры хондритов H3 на шесть широко рассредоточенных хондр. Образец Кампо-дель-Сьело, например, представляет собой железо-никелевый метеорит, полностью состоящий из минеральных фаз, богатых железом и никелем. Документально подтверждено, что камасит содержит значительные компоненты микроэлементов.
-
Глубина травления образцов (а) NWA 13876 и (б) NWA 7160, после 60 мин травления 0,1 моль дм-3 йода в качестве окислителя. В левой части описаны трехмерные изображения в отраженном свете (с профилями линий), тогда как профили топографических линий показаны в правой части соответствующего трехмерного изображения. Фото: Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-023-44152-0.
-
Протравить по глубине богатые железом фазы метеорита Кампо-дель-Сьело 0,1 моль дм-3 йода и FeCl3 в качестве окислителей в эвтектической системе ChCl:2EG при 50 °С. Прямые линии описывают соответствующую тенденцию. Столбики ошибок указывают на стандартное отклонение трехкратных экспериментов. Фото: Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-023-44152-0.
Ривера и его команда изучили распределение минералов железа и никеля в образцах метеоритов, где железо в основном содержалось в силикатных фазах, включая оливин, пироксен и авгит, а также несколько различных весьма примечательных элементов. Команда исследовала каталитическое окисление металлов, включая суперсплавы и минералы, а также химическое травление хондритовых метеоритов. Ривера и его команда провели дополнительное химическое травление метеоритов Кэмп-дель-Сьело с использованием йода и хлорида железа в качестве окислителей до и после химического травления.
Перспективы
Таким образом, Родольфо Марин Ривера и его команда использовали хлорид железа (III) и йод в качестве окислителей для растворения металлов из трех метеоритов-прокси околоземных астероидов, используя глубокий эвтектический растворитель.
Аналитические исследования подтвердили химическую связь никеля с металлическими фазами, богатыми железом, в исходных образцах. Исследователи также определили дополнительные металлы, представляющие интерес для космических технологий, включая следы рутения и родия.
Использование астероидов в качестве минеральных и металлических ресурсов является ключевым шагом в освоении космоса, а дальнейшие исследования необходимы для жизнеспособной экономической деятельности. Предлагаемая технология находится на начальной стадии и весьма перспективна для извлечения металлов.
