3.1.4 Линия титана

Обзор

Параметр Значение
Вход Магнитная фракция (ильменит FeTiO₃ + троилит FeS)
Выход TiO₂, S, Fe₂O₃
Производительность ~33 т/день
Назначение Электрохромика зеркал

← Назад к обзору

Назначение линии

Извлечение TiO₂ для электрохромики зеркал. Титан (<1% в коре Меркурия) находится в ильмените (FeTiO₃) — слабомагнитном минерале.

Параметр Значение
Потребность TiO₂ 1 кг × 600 зеркал = 0.6 т/день
Доступно (Ti <1%) ~4.5 т TiO₂ из 270 т реголита
Запас ×7.5 (избыток)

Схема процесса

flowchart TD
    subgraph ВХОД["МАГНИТНАЯ ФРАКЦИЯ"]
        MF[/"Ильменит + Троилит<br/>33 т/день"/]
    end

    subgraph ВОЗГОНКА["ВОЗГОНКА СЕРЫ"]
        MF --> TS["Нагрев до 450°C<br/>(в вакууме)"]
        TS -->|"S↗"| S_COND["Конденсатор"]
        S_COND --> S_OUT[/"Сера<br/>~18 т/день"/]
    end

    subgraph ОБЖИГ["ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ОБЖИГ"]
        TS -->|"FeS → FeO"| OX["Обжиг 900°C<br/>+ O₂"]
        OX --> FeTi["FeO + TiO₂"]
    end

    subgraph СЕПАРАЦИЯ["МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ"]
        FeTi --> SEP["Магнитный<br/>сепаратор"]
        SEP -->|"магнитное"| FE_OUT[/"Fe₂O₃<br/>→ MRE"/]
        SEP -->|"немагнитное"| TI_OUT[/"TiO₂<br/>→ электрохромика"/]
    end

    style ВОЗГОНКА fill:#fff3cd
    style ОБЖИГ fill:#f8d7da
    style СЕПАРАЦИЯ fill:#d4edda

Этап Описание Температура
Возгонка серы Нагрев магнитной фракции в вакууме 450°C
Окислительный обжиг Окисление FeS → Fe₂O₃ 900°C
Магнитная сепарация Разделение Fe₂O₃ (магнитное) и TiO₂ (немагнитное) —

Возгонка серы

Троилит (FeS) — источник серы для NaS-батарей.

Параметр Значение
Реакция FeS → Fe + S↑ (при 450°C в вакууме)
Сера испаряется Конденсируется на холодной поверхности
Выход ~18 т серы/день

Конденсатор серы: - Холодная поверхность в тени (−150°C) - Сера осаждается жёлтыми кристаллами - Переплавка: жидкая сера (>115°C) → в аккумуляторный цех

Примечание: Вакуум снижает температуру сублимации серы, что экономит энергию.

Окислительный обжиг

После удаления серы остаётся смесь FeO и FeTiO₃. Обжиг в присутствии кислорода:

Реакция Продукт
2FeO + ½O₂ → Fe₂O₃ Гематит (магнитный)
2FeTiO₃ + ½O₂ → Fe₂O₃ + 2TiO₂ Гематит + рутил

Параметры:

Параметр Значение
Температура 900°C
Атмосфера O₂ (из MRE-ячейки)
Время 2-4 часа

Магнитная сепарация Fe₂O₃/TiO₂

После обжига смесь разделяется магнитным сепаратором:

Фракция Магнитные свойства Продукт
Fe₂O₃ (гематит) Магнитный Возвращается в MRE-ячейку
TiO₂ (рутил) Немагнитный Идёт на электрохромику

Примечание: Fe₂O₃ — ценное сырьё, возвращается в основной цикл для извлечения железа.

Электрохромика зеркал

TiO₂ используется для управления ориентацией зеркала в космосе:

Компонент Функция
Слой TiO₂ Изменяет отражательную способность при подаче напряжения
Эффект Неравномерное давление света → крутящий момент
Управление Наклон зеркала без двигателей и топлива

Принцип: Зеркало 100×100 м с электрохромным покрытием. При подаче напряжения на один край отражательная способность снижается → давление света становится неравномерным → зеркало медленно поворачивается. Это позволяет направлять отражённый свет на приёмник без расхода топлива.

Масса электрохромного слоя: ~1 кг/зеркало (из 116 кг общей массы).

Преимущества электрохромного управления

  • Нет расходуемого топлива
  • Нет механических частей
  • Работает от солнечных батарей
  • Срок службы = срок службы зеркала

Выход продуктов

Продукт Количество Применение
TiO₂ (рутил) ~3 т/день Электрохромика зеркал
Сера (S) ~18 т/день NaS батареи
Fe₂O₃ (гематит) ~12 т/день Возврат в MRE → железо

Источники

  • MESSENGER Mission (2011-2015) — Данные о составе поверхности Меркурия
  • Electrochromic Materials — Исследования TiO₂ покрытий
  • Space Mirror Control — Технологии ориентации космических зеркал

См. также