FFC剑桥法

FFC 剑桥法是一种通过在熔融钙盐中电解从氧化钛生产钛 (Ti) 的电化学方法。

1904 年的德国专利描述了一种电化学生产钛的工艺。 在熔融的 CaCl2 溶液中，二氧化钛 (TiO2) 已被电解还原为金属。

FFC 剑桥法由 George Chen、Derek Fray 和 Thomas Farthing 于 1996 年至 1997 年间在剑桥大学开发。 （名称 FFC 源自发明人姓氏的首字母）。

该过程通常发生在 900 到 1100 °C 之间，阳极（通常是碳）和阴极（氧化物被还原）在熔融的 CaCl2 溶液中。 根据氧化物的性质，它会以相对于阳极的特定电位存在，这取决于 CaCl2 中存在的 CaO 的量。

电钙热还原机制可由以下反应序列表示，其中 M 表示要还原的金属（通常为钛）。

(1) MO_{x+ x Ca → M + x CaO}

当这个反应单独发生时，它被称为钙热还原（或更一般地，金属热还原的一个例子）。 例如，如果阴极主要由 TiO2 制成，则钙热还原将显示为：

TiO + Ca → Ti + CaO

虽然阴极反应可以写成如上，但实际上它是逐渐从氧化物中去除氧气。 例如，已经表明 TiO2 不会简单地还原为 Ti。 事实上，它通过低级氧化物（Ti3O5、Ti2O3、TiO 等）还原为 Ti。

然后电解产生的氧化钙：

(2a) x CaO → x Ca2+ + x O2− (2b) x Ca2+ + 2x e− → x Ca

和

(2c) x O2− → x/2 O2 + 2x e−

反应 (2b) 描述了在阴极从盐中的 Ca2+ 离子生成 Ca 金属。 然后 Ca 将继续还原阴极。

反应 (1) 和 (2) 的最终结果只是将氧化物还原为金属和氧气：

(3) MO_{x→ M + x/2 O2}

使用熔融 CaCl2 很重要，因为这种熔融盐可以溶解 O2- 离子并将其输送到阳极以进行放电。 阳极反应取决于阳极材料。 根据系统的不同，可以在碳阳极产生 CO 或 CO2 或混合物：

然而，如果使用惰性阳极，例如高密度 SnO2，O2- 离子的放电会导致氧气的释放。 然而，惰性阳极的使用具有缺点。 首先，当 CaO 浓度较低时，阳极处的 Cl2 析出变得更加有利。 此外，与碳阳极相比，需要更多的能量才能在阴极实现相同的还原相。 惰性阳极存在稳定性问题。