月球矿物资源的原位利用技术是月球基地建立和后续深空探索的基础。由于月球特殊环境及地月运输成本的限制，现有矿冶技术难以直接应用于月球矿物的原位开发。各国的科研人员围绕月球矿物资源原位利用方向开展了卓有成效的研究工作，发展了几种极具应用潜力的技术。这些方法可分为材料化成型和提取冶金两类，其中材料化成型工艺如烧结法、3D增材制造法等，主要用于将月壤直接材料化成型以制备月球基地建材。提取冶金工艺包括碳/氢化学介质还原法、电解还原法以及真空热解法等，可生产月壤矿物对应的金属单质或其低价氧化物，并获得氧气。本文概述了已有月壤原位利用技术的一般原理、基本过程、热力学动力学基础及近期研究进展。探讨了这些方法的一些优缺点，并展望了其在月球矿物原位利用上的应用前景

4.1 二元系相图. 4 4.1.1 二元系相图的基本知识. 4 4.1.2 简单低共熔型二元系相图. 9 4.1.3 含有中间化合物的二元系相图.11 4.1.4 含固溶体的二元系相图.12 4.1.5 冶金过程中主要的二元系渣系相图.13 4.2 三元系相图.15 4.2.1 三元系相图的基本知识.15 4.2.2 完全互溶型三元系相图.19 4.2.3 简单低共熔三元系相图.20 4.2.4 实际三元系相图的分析方法.22 4.2.5 物系点冷却过程分析实例.25 4.4 熔渣的结构理论.28 4.4.1 分子结构假说（理论）——辛克（申克）提出的关于熔渣结构最早的理论.28 4.4.2 离子结构理论.30 4.6 熔渣的离子结构模型.32 4.6.1 完全离子溶液模型.32 4.6.3 离子聚合反应模型（马森模型）.34 4.7 熔渣的活度曲线图.36 4.7.2 CaO − SiO2 − Al2O3 三元系组分的活度.36 4.7.3 CaO− SiO2 − FeO 三元系组分的活度.37 4.8 熔渣的化学性质.39 4.8.1 酸碱性.39 4.8.2 氧化性和还原性.40 4.8.3 容量性质（熔渣吸收有害物质的能力）.41 4.9 熔渣的物理性质.42 4.9.1 熔化温度.42 4.9.2 密度.42 4.9.3 粘度.42 4.9.4 电导率（比电导）.44 4.9.5 表面性质（表面张力和界面张力）.44 4.9.6 扩散.47

以纯Al粉为主要原料,添加Cu单质粉末以及Al-Mg、Al-Si中间合金粉,利用粉末冶金压制烧结方法制备出相对密度98%以上的Al-Mg-Si-Cu系铝合金.研究表明,烧结致密化过程主要分为3个阶段:初始阶段(室温~460℃),坯体内首先形成Al-Mg合金液相,液相中的Mg原子分别扩散至Al或Al-Si粉末中,与Al2O3反应并破除氧化膜,形成Al-Mg-O等化合物;同时,Al-Cu发生互扩散,形成Al2Cu等金属间化合物.第二阶段(460~560℃),Al-Cu、Al-Si液相快速填充颗粒缝隙或孔洞,坯体相对密度显著提高;此阶段的致密化机制主要是毛细管力引起的颗粒重排,以及溶解析出导致的晶界平直化.第三阶段(560~600℃),随温度的升高,液相润湿性提高,晶粒快速长大,使得大尺寸孔洞填充,烧结体基本实现全致密,此阶段的致密化主要由填隙机制控制.在铝合金晶界处发现了MgAl2O4和MgAlCuO氧化物的存在,推测Al粉表面氧化膜的破除机制与合金成分有关.由于Al-Cu液相在Al表面的润湿速率远高于AlN的生长速率,因为在本体系中未发现AlN的存在

1.稀土元素在纯铁液、生铁液以及熔渣中之挥发量均较小。其与熔渣、大气以及耐火材料均有剧烈的作用,致使金属中稀土残留量较少且不稳定。稀土硫化物等稀土夹杂物上浮符合一级反应规律,稀土在金属熔体中之扩散、烧损也符合一级反应规律,但斜率较小。2.稀土元素与粘土砖、高铝砖、镁砖、铝镁砖、硅砖、刚玉、电熔氧化镁、氧化锆等多种耐火材料均有不同程度的作用。其作用产物会剥落而进入钢液形成稀土夹杂。稀土脱氧、脱硫产物以及与耐火材料作用产物上浮时有相当一部分未浮至液面而粘附在坩埚壁上,这一实验结果有助于了解钢包中非金属夹杂物的去除机理。用自射线照相研究了稀土与耐火材料作用机理。3.各单一稀土金属加入铸铁液时之吸收率按递减的顺序可排列为:Y≈Dy≈Gd>Ce≈Sm≈Nd≈Pr>La。按单位稀土原子浓厚的脱硫率的递减顺序则为:La≥Sm≥Ce≈Pr≈Nd>Y≈Dy≈Gd。用35硫自射线照相证实了稀土在钢液脱硫及回硫现象。4.用金相显微镜、电子探针、X光结构分析研究了各单一稀土元素在铸铁液中所形成之物相及其特征。稀土物相多为RE2O2,RES,RE2S3,REAlO3、C6C2用Y2C3等。5.用141Ce测定铈在CaO一SiO2一Al2O3及CaO一SiO2一Al2O3一CeO2两渣中之扩散系数及其与温度的关系

利用DSD酸生产过程产生的铁泥,研制出既能用作常规冶金原料,又能用于处理DSD酸氧化废水的水处理用海绵铁.研究表明:在配碳量27%、反应温度1160℃、反应时间16min的情况下,以铁泥为原料制备的常规海绵铁的金属化率可达90%以上;用于处理DSD酸氧化废水的海绵铁适宜配碳量为29%,用制备出的海绵铁处理DSD酸氧化废水,在pH值3~5、反应时间40min时,出水的CODCr去除率可达68%、色度的去除率达90%、可生化性指标BOD/COD提高到0.425.海绵铁中所含C,Fe3C和其他一些杂质元素,这些元素能与铁在水中形成无数微小原电池产生大量[H],[OH]和[Fe2+],从而氧化还原废水中的有机物,达到污染物降解和提高废水可生化性的目的.海绵铁的微孔结构非常发达,使其具有比表面积大、活性高的特点.是一种替代常规铁屑的理想材料

基于国内转底炉直接还原炼铁在起步阶段亟待解决的热工系统问题，分别以系统分析、热模拟实验和数值模拟为手段，对转底炉分段热工参数进行了研究.建立了转底炉冶金模型和热模型（涉及变量83个、参数20个），模拟计算结果表明，每生产1t金属化球团，需铁精粉1213kg，消耗煤粉283kg、煤气615kg.基于转底炉分区域系统分析，分别进行了预热段、加热段、还原段条件下的热模拟实验研究，确定出不同工况下（nC：nO=0.8~1.2）含碳球团于各段的实时还原进度，并依据含碳球团自还原吸热与热工参数的匹配，确定出各段燃料供应参数.使用Fluent模拟软件对分段热工参数进行了验证，结果表明分段热工参数设计合理，能有效实现转底炉的分段职能，为转底炉的优化设计提供了基础

提出了一种可以制备冶金结合界面双金属复合板带的水平连铸复合成形新工艺，其具有短流程、高效的特点。采用该工艺制备了截面尺寸为70 mm×24 mm（宽度×厚度）的铜铝复合板，获得了可行的制备参数，研究了所制备板坯的组织形貌和性能。结果表明，铜铝复合板制备成形过程中，会形成由金属间化合物和共晶相组成的复合界面层。铝液和铜板表面接触，发生固液转变形成（II）层：θ相。随着铜原子不断的向铝液中扩散，当铜原子含量达到一定程度，θ相发生固相转变形成（I）层：γ相。达到共晶温度时，发生共晶转变形成（III）层：α+θ共晶组织。其中I层和II层均为铜铝金属间化合物，是裂纹产生和扩展的主要区域，因此界面层厚度是决定结合强度的重要因素。通过调整工艺参数可以优化凝固过程中铜铝复合板内的温度场分布，进而控制复合界面层的形成过程，因此工艺参数之间的合理匹配是改善复合层组织结构和增大板坯结合强度的关键

提出板材成型技术中存在技术革命。第一次技术革命以板材成形从工场走向工厂为标志;第二次技术革命以实验成形性评定和实验变形分析为标志;第三次技术革命以理论成型性评定及成型CAD/FMS的出现为标志,它是原材料工业迎接材料科学技术革命的一条有效途径。板材成型成为一个科学领域必然要与板材生产密切结合,这就提出了发展板材系统工程的需要。板材系统工程的基本内容是:（a）板材生产,（b）板材成型,（c）板材冶金过程与板材成形过程的协同。回顾计算机辅助成型性分析和工艺优化的发展,提出了计算机辅助战形性分析体系、计算机辅助成形工艺优化体系及板材成型学科体系并给出了这三种体系的框图

以电炉镍铁渣和普通高炉渣为主要原料，采用Petrurgic一步法制备了微晶玻璃，并结合力学性能测试，对样品进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析，讨论了电炉镍铁渣和普通高炉渣配比、Mg2+含量以及晶核剂TiO2对成品微观结构及性能的影响规律.结果表明：将熔渣冷却至900℃结晶和650℃退火，能够制备出性能优良的微晶玻璃.当Mg2+含量增加且析出晶体为单一辉石族矿物时，微晶玻璃具有较高的力学性能.电炉镍铁渣或Mg2+含量增加，会导致其辉石族矿物含量增加，当两种渣混合掺量达到90%(镍铁渣质量分数50%，高炉渣质量分数为40%)且外掺2% MgO时，所制备微晶玻璃结构致密，仅含有单一辉石族矿物，包括透辉石、普通辉石和斜顽辉石，从而具有最优的力学性能，其抗折强度达210 MPa，抗压强度达1162 MPa.电炉镍铁渣或者MgO含量进一步增加，会导致镁橄榄石析出，此时微晶玻璃的力学性能显著下降.TiO2含量的增加不改变微晶玻璃晶体种类，合适掺入TiO2(本实验为质量分数2%)能够增强透辉石含量，提升性能；但过量掺入会抑制晶体生长，导致其性能下降

综述了钨冶炼渣中有用金属回收利用现状与研究进展，介绍了黑钨和白钨的冶炼工艺、钨、锡、钽、铌、钪回收工艺与理论、钨冶炼渣的减量化处理研究进展.重选和浮选工艺可回收钨锡，得到钨锡精矿后再进行冶炼，选矿工艺流程简单易工业生产且成本低，但适应性较差，对于较细物料无法有效回收，湿法冶金工艺可回收钨、锡、钽、铌、钪，适应性强但流程复杂，酸碱废水对环境影响大；钨冶炼渣减量化是综合利用的根本要求，目前主要用来制做水泥辅料、建筑胶砂、多孔材料、微晶玻璃等，介绍了目前减量化处理的研究现状.最后提出了问题与建议，钪钽铌稀有金属提取工艺的进步依赖萃取剂和离子交换树脂的发展，可利用材料领域内第一性原理和化学配位理论，研发选择性强的萃取剂和交换容量大的离子交换树脂，解决萃取剂选择性差、离子交换树脂交换容量小、废水量大的问题，从原子层面研究出相互作用机理，最终筛选出高效萃取剂及离子交换树脂.指出选冶联合工艺，开发短流程绿色提取技术、冶炼渣高附加值材料研制技术可能是今后研究的重点