ФФС Кембридж Процесс представляет собой 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. [1]
История
Процесс электрохимического производства титана описан в немецком патенте 1904 года. [2] [3] [1] В растворе расплавленного CaCl 2 диоксид титана (TiO 2 ) электролитически восстановлен до металла. [4]
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). [5] Интеллектуальная собственность, относящаяся к технологии, была приобретена Metalysis (Шеффилд, Великобритания). [6]
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, потому что 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
Рекомендации
- ^ a b Takeda, O .; Ouchi, T .; Окабе, TH (2020). «Последние достижения в добыче и переработке титана» . Металл. Матер. Пер. B . 51 : 1315–1328. DOI : 10.1007 / s11663-020-01898-6 .
- ^ Borchers W., W. Hupperts, W., DRP 150557 "Verfahren der Gewinnung von Titan aus seinen Sauerstoffverbindungen auf elektrolytischem Wege" . dpma.de
- ^ Райдил, Эрик Кейтли (1919). Промышленная электрометаллургия, включая электролитические и электротермические процессы . D. Van Nostrand co. п. 137.
- ^ Оки, Т .; Иноуэ, Х. (1967). Mem. Фак. Eng., Nagoya Univ . 19 : 164–66. Отсутствует или пусто
|title=
( справка ) - ^ Fray, DJ; Chen, GZ; Фартинг, TW (2000). «Прямое электрохимическое восстановление диоксида титана до титана в расплавленном хлориде кальция». Природа . 407 (6802): 361–4. Bibcode : 2000Natur.407..361C . DOI : 10.1038 / 35030069 . PMID 11014188 . S2CID 205008890 .
- ^ Официальный сайт Metalysis
дальнейшее чтение
- Р. Бхагат; М. Джексон; Д. Инман; Р. Дэшвуд (2008). «Производство сплавов Ti-Mo из смешанных оксидных прекурсоров с помощью кембриджского процесса FFC». J. Electrochem. Soc. 155 (6): E63–69. DOI : 10.1149 / 1.2904454 .
- Р. Бхагат; М. Джексон; Д. Инман; Р. Дэшвуд (2009). «Производство сплавов Ti-W из смешанных оксидных прекурсоров с помощью кембриджского процесса FFC» . J. Electrochem. Soc. 156 (1): E1–7. DOI : 10.1149 / 1.2999340 .
- Рёске О. Судзуки (февраль – апрель 2005 г.). «Кальциотермическое восстановление TiO 2 и электролиз на месте CaO в расплавленном CaCl 2 ». Журнал физики и химии твердого тела . 66 (2–4): 461–465. Bibcode : 2005JPCS ... 66..461S . DOI : 10.1016 / j.jpcs.2004.06.041 .
- Il Park; Такаши Абико; Тору Х. Окабе (февраль – апрель 2005 г.). «Производство титанового порошка непосредственно из TiO 2 в CaCl 2 посредством электронно-опосредованной реакции (ЭМИ)». Журнал физики и химии твердого тела . 66 (2–4): 410–413. Bibcode : 2005JPCS ... 66..410P . DOI : 10.1016 / j.jpcs.2004.06.052 .
- X. Ge; X. Wang; С. Ситхараман (2009). «Извлечение меди из медной руды электровосстановлением в расплаве CaCl 2 –NaCl». Electrochimica Acta . 54 (18): 4397–4402. DOI : 10.1016 / j.electacta.2009.03.015 .
Внешние ссылки
- Видео на YouTube: процесс Metalysis FFC
- Сайт компании Metalysis Ltd.