El hierro y el aluminio son los dos metales más comunes en la corteza terrestre. Si bien no podemos saber con certeza qué encontraremos como materias primas cuando comencemos a construir fábricas en el espacio, si asumimos que el hierro y el aluminio están fácilmente disponibles, ¿sería más fácil trabajar con uno de estos que con el otro?
Sabemos por esta respuesta que tanto el hierro como el aluminio tienen problemas similares de longevidad y oxidación en el vacío del espacio. A pesar de que el aluminio es mucho más común en la corteza terrestre , fue el segundo de los dos en ser ampliamente utilizado debido a la dificultad comparativa de su fundición.
Parece que se podría usar un horno solar , pero no estoy seguro de por dónde empezar a buscar cómo o qué materias primas serían las más adecuadas como nuestro primer material de construcción de origen espacial.
El hierro se usa generalmente para el acero y me referiré al hierro en la pregunta como si se tratara de acero.
Se necesita una cantidad fenomenal de electricidad para fundir aluminio en el método más utilizado aquí en la Tierra.
El acero, por otro lado, requiere una gestión cuidadosa de los aditivos para producir la resistencia correcta y otras características. El acero con demasiado carbono es frágil y muy poco es débil. Esto se maneja más comúnmente mediante el uso de un tipo especial de carbón llamado carbón de coque . La producción de acero requiere grandes cantidades de oxígeno, ya que lo que está haciendo es quemar el coque para calentar el mineral e infundir oxígeno, luego quemar el oxígeno del acero para quemar las impurezas, lo que produce una inmensa cantidad de calor que debe ser rechazado. para el medio ambiente.
Ninguno de estos sería fácil de trabajar en una nave espacial debido a problemas de calor y oxígeno. En la superficie de un planeta/luna/algo, sería más fácil trabajar con aluminio, debido a la dependencia de los aceros de otros minerales y la enorme necesidad de oxígeno/combustible. El aluminio se funde más comúnmente y los únicos insumos principales son la bauxita y la electricidad. El acero requiere carbón, oxígeno, hierro y otros oligoelementos como el cromo para el acero inoxidable.
Los procesos actuales de hierro y aluminio se basan en la gravedad:
El hierro y el aluminio son muy comunes en la Tierra, pero lo que los hace explotables es que en ciertos lugares cada metal se concentra en cantidades suficientes para que la minería sea viable. La diferencia entre un depósito mineral y un yacimiento es la economía. Un depósito que contenga 15 por ciento de hierro no es económico, pero uno que contenga 66 por ciento es potencialmente económico, dependiendo de las cantidades de cualquier elemento indeseable asociado (minerales de ganga) como silicatos de aluminio y fósforo.
Uno de los problemas de la fundición de Fe y Al en el espacio es qué minerales de cada metal se van a fundir. Diferentes mineralogías dictan diferentes métodos de fundición. La mayoría de las minas a cielo abierto en Brasil y Australia producen un producto de mezcla de mineral de hierro con un 60 por ciento de hierro. Suecia extrae mineral de hierro del subsuelo que contiene un 35 por ciento de hierro. Esto se debe a que están extrayendo diferentes minerales de hierro: principalmente minerales ricos en hematites en Brasil y Australia y predominantemente magnetita en Suecia.
En el Espacio, se pueden descubrir mineralogías que son desconocidas en la Tierra.
El proceso general para obtener metal fundido es: Extraer minerales que contengan el metal Concentrar los minerales requeridos y eliminar la mayor cantidad posible de minerales de ganga Fundir los minerales concentrados para producir metal Cada paso produce sus propias cantidades de desechos y productos. Si la fundición se lleva a cabo en el espacio, ¿qué se debe hacer con los productos de desecho de la fundición?
Lo más probable es que cualquier forma concentrada de metales, disponible para la fundición, se encuentre en grupos similares a los asteroides de nuestro sistema solar o en planetas o lunas. Para cualquier fundición espacial, transportar las materias primas requerirá mucho esfuerzo, equipo y energía. Tener una fundición basada en planetas/luna para minerales planeta/luna sería la opción más factible.
Las otras cosas a considerar son ¿por qué desea establecer una fundición de hierro o aluminio basada en el espacio? ¿Qué y dónde se utilizará su producto? ¿Se operará la fundición de manera continua o por campaña durante su vida útil de producción y cuál será la vida útil de producción de la fundición? ¿Espera que la organización que le debe a la fundición la opere con ganancias? ¿O será un elemento de infraestructura propiedad del gobierno que se utilizará únicamente para el avance de la ciencia?
Un problema específico para la fundición de aluminio es que con nuestras técnicas actuales de fundición basadas en la Tierra se requiere mucha electricidad y no fue hasta que se produjo electricidad a escala industrial que el aluminio estuvo más disponible.
Tal vez la impresión 3D podría ser una opción para el hierro y el aluminio como lo es ahora para el titanio: http://www.smh.com.au/technology/sci-tech/csiro-builds-sophie-a-dragon-20140110-30lpf. html
El hierro en el espacio se puede obtener de asteroides adecuados y, por lo tanto, realmente no requiere "fundición" (reducción de un óxido) en absoluto. El aluminio elemental no se encuentra comúnmente.
El hierro asteroidal probablemente necesitaría algún procesamiento para hacer un material estructural de alta calidad. Se han propuesto muchas ideas para extraer y procesar este material, pero no tengo conocimiento de ningún estudio o experimento realmente detallado. Uno podría imaginarse derritiendo un asteroide de tamaño adecuado flotando en el espacio usando un concentrador solar, pero sin duda no se derretiría sin problemas debido a la presencia de bolsas de otros materiales, por lo que necesitaría una forma de atrapar trozos de hierro al rojo vivo que volaron. apagado cuando algo se hizo añicos. Alternativamente, uno podría moler la roca primero, separar magnéticamente el hierro de todo lo demás y esperar poder derretir el polvo de manera más ordenada.
Para la mayoría de los propósitos, podría ser mejor simplemente cortar el material con un láser o una sierra y usarlo "tal cual" agregando grosor para compensar sus malas cualidades mecánicas.
El aluminio es mucho más difícil. Esta página web analiza una serie de enfoques para extraer metal de aluminio en la luna, la mayoría de los cuales requieren algún material adicional como insumos que sería difícil de reciclar. Otros metales como el magnesio podrían ser más fáciles de extraer.
Es importante comprender los desafíos especiales impuestos por la atmósfera de la Tierra, que no estarían presentes en tal grado en otros cuerpos.
Al principio, la atmósfera de la Tierra tenía muy poco oxígeno libre. Después de un tiempo llegaron organismos capaces de hacer fotosíntesis y comenzaron a generar oxígeno libre. El hierro disuelto reaccionó con este oxígeno y se precipitó de los primeros océanos, convirtiéndose en las vetas de mineral de hierro actuales que son explotadas por la industria del acero. En otras palabras, la mayor parte del mineral de hierro que usamos hoy en día es el resultado de interacciones con una atmósfera rica en oxígeno.
El primer tipo de hierro utilizado por los hombres fue en realidad hierro meteórico . Al no haber existido durante el tiempo suficiente para ser oxidado por la atmósfera, podría convertirse directamente en herramientas. Debería quedar claro ahora que una de las ventajas de estar en el espacio es la posibilidad de encontrar hierro y otros metales que no hayan estado expuestos a la oxidación en absoluto, y que podría ser posible moldearlos en partes simplemente derritiéndolos. La calidad puede no ser tan alta, pero si es lo suficientemente barata, puede que no importe para algunos fines, como las estaciones espaciales, donde una pared de metal más gruesa (para compensar el metal más débil) proporcionaría un blindaje adicional.
Se me ocurre que dos de los principales obstáculos para la fundición al vacío presentados aquí son los requisitos de potencia postulados para fundir Fe y/o Al, así como el entorno gravitatorio de esa fundición.
Tomándolos en orden, es prácticamente una conclusión inevitable que el sol genera y emite varios órdenes de magnitud más de energía de la que podríamos usar en varias vidas. El aprovechamiento de esa energía solar a través de un colector solar o la refracción de un espejo resolvería ese problema.
En segundo lugar, la fuerza centrípeta y/o centrífuga a través de la rotación de la fundición resolvería el problema de la separación gravitacional de los desechos del producto.
En el caso de la fundición de hierro o, más bien, de acero, ¿por qué no funcionaría tomar una página de la industria electrónica? Use una técnica análoga al dopaje de las obleas de silicio para lograr las rutas eléctricas deseadas, excepto que en su lugar inyecte cantidades cuidadosamente medidas de elementos y minerales en el hierro fundido para obtener el grado/calidad del acero necesario o requerido.
Otra idea/sugerencia sería tener el crisol hecho de mezclas cerámicas resistentes a temperaturas extremadamente altas para evitar la absorción de carbono inherente al uso de un crisol de grafito.
Cazador de ciervos
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