Кембриджский процесс FFC - FFC Cambridge process

Процесс ФФС Кембридж является электрохимический способ получения титана из оксида титана путем электролиза в расплавах солей кальция. Считается, что этот процесс в конечном итоге позволит производить титан более эффективно, чем с помощью существующих традиционных процессов.

История

Процесс электрохимического производства титана описан в немецком патенте 1904 года. В растворе расплавленного CaCl 2 диоксид титана (TiO 2 ) электролитически восстановлен до металла.

Кембриджский процесс FFC был разработан Джорджем Ченом , Дереком Фрэем и Томасом Фартингом в период с 1996 по 1997 год в Кембриджском университете . (Название FFC происходит от первых букв фамилий изобретателей). Интеллектуальная собственность, относящаяся к технологии, была приобретена Metalysis (Шеффилд, Великобритания).

Процесс

Процесс обычно происходит при температуре от 900 до 1100 ° C с анодом (обычно углеродным) и катодом (восстанавливается оксид) в растворе расплавленного CaCl 2 . В зависимости от природы оксида он будет существовать при определенном потенциале относительно анода, который зависит от количества CaO, присутствующего в CaCl 2 .

Механизм катодной реакции

Механизм электрокальциотермического восстановления может быть представлен следующей последовательностью реакций, где «М» представляет металл, подлежащий восстановлению (обычно титан).

(1) МО
Икс
+ x Ca → M + x CaO

Когда эта реакция протекает сама по себе, ее называют « кальциотермическим восстановлением» (или, в более общем смысле, примером металлотермического восстановления). Например, если катод изначально был сделан из TiO, кальциотермическое восстановление будет выглядеть следующим образом:

TiO + Ca → Ti + CaO

Хотя катодную реакцию можно записать, как указано выше, на самом деле это постепенное удаление кислорода из оксида. Например, было показано, что TiO 2 не просто восстанавливается до Ti. Фактически он восстанавливается через низшие оксиды (Ti 3 O 5 , Ti 2 O 3 , TiO и т. Д.) До Ti.

Затем полученный оксид кальция подвергается электролизу:

(2а) x CaO → x Ca 2+ + x O 2−

(2b) x Ca 2+ + 2 x e -x Ca

а также

(2c) x O 2−x / 2 O 2 + 2 x e -

Реакция (2b) описывает образование металлического Ca из ионов Ca 2+ в соли на катоде. Затем Са будет восстанавливать катод.

Конечный результат реакций (1) и (2) - это просто восстановление оксида до металла плюс кислород:

(3) МО
Икс
→ М + х / 2 О 2

Механизм анодной реакции

Использование расплавленного CaCl 2 важно, поскольку эта расплавленная соль может растворять и переносить ионы «O 2– » на анод для разряда. Анодная реакция зависит от материала анода. В зависимости от системы на угольном аноде можно производить либо CO, либо CO 2, либо смесь:

С + 2O 2- → CO 2 +4
е-
С + О 2- → СО + 2
е-

Однако, если используется инертный анод, например, из SnO 2 высокой плотности , разряд ионов O 2– приводит к выделению газообразного кислорода. Однако использование инертного анода имеет недостатки. Во-первых, когда концентрация CaO низкая, выделение Cl 2 на аноде становится более благоприятным. Кроме того, по сравнению с угольным анодом для достижения такой же восстановленной фазы на катоде требуется больше энергии. Инертные аноды страдают от проблем со стабильностью.

2O 2− → O 2 + 4
е-

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки