Proceso de FFC Cambridge

El proceso FFC Cambridge es un método electroquímico para producir titanio (Ti) a partir de óxido de titanio mediante electrólisis en sales de calcio fundidas. ^[1]

Un proceso para la producción electroquímica de titanio a través de la reducción de óxido de titanio en una solución de cloruro de calcio se describió por primera vez en una patente alemana de 1904, ^{[1] [2] [3]} y en 1954 se otorgó la patente estadounidense 2845386A a Carl Marcus Olson para la producción de metales como el titanio mediante la reducción del óxido metálico con un agente reductor de sal fundida en un aparato de gravedad específica. ^[4]

El proceso FFC de Cambridge fue desarrollado por George Chen , Derek Fray y Thomas Farthing entre 1996 y 1997 en la Universidad de Cambridge . (El nombre FFC deriva de las primeras letras de los apellidos de los inventores). ^[5] La propiedad intelectual relacionada con la tecnología ha sido adquirida por Metalysis (Sheffield, Reino Unido). ^{[ cita requerida ]}

El proceso suele tener lugar entre 900 y 1100 °C, con un ánodo (normalmente de carbono) y un cátodo (el óxido que se está reduciendo) en una solución de CaCl ₂ fundido . Dependiendo de la naturaleza del óxido, existirá a un potencial particular en relación con el ánodo, que depende de la cantidad de CaO presente en el CaCl ₂ .

El mecanismo de reducción electrocalciotérmica puede representarse mediante la siguiente secuencia de reacciones, donde "M" representa un metal a reducir (normalmente titanio).

(1) mes
_incógnita+ x Ca → M + x CaO

Cuando esta reacción se produce por sí sola, se denomina " reducción calciotérmica " (o, de forma más general, un ejemplo de reducción metalotérmica). Por ejemplo, si el cátodo estuviera hecho principalmente de TiO, la reducción calciotérmica aparecería así:

TiO + Ca → Ti + CaO

Aunque la reacción del cátodo puede escribirse como se indica más arriba, en realidad se trata de una eliminación gradual del oxígeno del óxido. Por ejemplo, se ha demostrado que el TiO2 no _se reduce simplemente a Ti. De hecho, se reduce a través de los óxidos inferiores (Ti3O5 _{, Ti2O3} , _{TiO ,} etc.) a Ti.

El óxido de calcio producido se electroliza luego:

(2a) x CaO → x Ca2 ⁺ + x ^O2−

(2b) x Ca ²⁺ + 2 x e ⁻ → x Ca

y

₍ ^2c ) xO2− → x / 2O2 + ² xe−​

La reacción (2b) describe la producción de Ca metálico a partir de iones Ca ²⁺ dentro de la sal, en el cátodo. El Ca luego procedería a reducir el cátodo.

El resultado neto de las reacciones (1) y (2) es simplemente la reducción del óxido en metal más oxígeno:

(3) mes
_incógnita→ M + x /2 O ₂

_{El uso de CaCl2} fundido es importante porque esta sal fundida puede disolver y transportar los iones "O2− ^" al ánodo para su descarga. La reacción en el ánodo depende del material del mismo. Según el sistema, es posible producir CO o CO2 _o una mezcla en el ánodo de carbono:

C+ ^2O2− → CO2 ₊ 4
mi⁻

C+O2− ^→ CO+2
mi⁻

Sin embargo, si se utiliza un ánodo inerte, como el de SnO ₂ de alta densidad , la descarga de iones O ²⁻ conduce a la evolución de gas oxígeno. Sin embargo, el uso de un ánodo inerte tiene desventajas. En primer lugar, cuando la concentración de CaO es baja, la evolución de Cl ₂ en el ánodo se vuelve más favorable. Además, en comparación con un ánodo de carbono, se requiere más energía para lograr la misma fase reducida en el cátodo. Los ánodos inertes sufren problemas de estabilidad.

2O2− ^→ O2 ₊ 4
mi⁻

• R. Bhagat; M. Jackson; D. Inman; R. Dashwood (2008). "Producción de aleaciones de Ti-Mo a partir de precursores de óxido mixto mediante el proceso FFC Cambridge". J. Electrochem. Soc. 155 (6): E63–69. Bibcode :2008JElS..155E..63B. doi :10.1149/1.2904454.
• R. Bhagat; M. Jackson; D. Inman; R. Dashwood (2009). "Producción de aleaciones de Ti-W a partir de precursores de óxido mixto mediante el proceso FFC Cambridge". J. Electrochem. Soc. 156 (1): E1–7. Código Bibliográfico :2009JElS..156E...1B. doi :10.1149/1.2999340.
• Ryosuke O. Suzuki (febrero-abril de 2005). "Reducción calciotérmica de TiO ₂ y electrólisis in situ de CaO en el CaCl ₂ fundido ". Journal of Physics and Chemistry of Solids . 66 (2–4): 461–465. Bibcode :2005JPCS...66..461S. doi :10.1016/j.jpcs.2004.06.041.
• Il Park; Takashi Abiko; Toru H. Okabe (febrero-abril de 2005). "Producción de polvo de titanio directamente a partir de TiO2 _en CaCl2 _mediante una reacción mediada electrónicamente (EMR)". Journal of Physics and Chemistry of Solids . 66 (2–4): 410–413. Bibcode :2005JPCS...66..410P. doi :10.1016/j.jpcs.2004.06.052.
• X. Ge; X. Wang; S. Seetharaman (2009). "Extracción de cobre de mineral de cobre por electrorreducción en CaCl2 _- NaCl fundido". Electrochimica Acta . 54 (18): 4397–4402. doi :10.1016/j.electacta.2009.03.015.

• Vídeo de YouTube: Proceso FFC de metálisis
• Sitio web de Metalysis Ltd.