歴史 塩化カルシウム 溶液中で酸化チタンを還元して チタンを電気化学的に製造する方法は、1904年のドイツ特許で初めて記載され、[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 溶融塩 還元剤によって金属酸化物を還元してチタンなどの金属を製造する方法が米国特許2845386A でカール・マーカス・オルソン に付与された。[ 4 ]
FFCケンブリッジプロセスは、 1996年から1997年にかけてケンブリッジ大学で ジョージ・チェン 、デレク・フレイ 、トーマス・ファーシングによって開発されました。（FFCという名前は、発明者の姓の頭文字に由来しています。）[ 5 ]
プロセス このプロセスは通常、900～1100 ℃の温度で、溶融CaCl₂ 溶液中に陽極（通常は炭素）と陰極（還元される酸化物）を置いて行われます。酸化物の性質に応じて、陽極に対する特定の電位が存在し、その電位は CaCl₂ 中に存在するCaOの量に依存します。
陰極反応機構 電気カルシウム熱還元機構は、以下の反応系列で表すことができる。ここで「M」は還元される金属（典型的にはチタン）を表す。
（１） MOx x Ca → M +x CaO この反応が単独で起こる場合、「カルシウム 還元」（またはより一般的には、金属還元の一例）と呼ばれます。例えば、陰極が主にTiOでできている場合、カルシウム還元は次のように現れます。
TiO + Ca → Ti + CaO 陰極反応は上記のように記述できますが、実際には酸化物から酸素が徐々に除去される反応です。例えば、TiO₂は単純 に Tiに還元されるのではなく、より低い酸化物（Ti₃O₅、Ti₂O₃、TiOなど）を経てTiに還元されること が示さ れ ています。
生成された酸化カルシウムは、その後電気分解される。
(2a) x CaO → x Ca 2+ + x O 2− (2b) x Ca 2+ + 2 x e − → x Ca そして
(2c) x O 2− → x /2 O 2 + 2 x e − 反応（2b）は、陰極において塩中のCa2 + イオンからCa金属が生成される様子を示している。生成されたCaはその後、陰極を還元する。
反応（1）と（2）の最終的な結果は、酸化物が金属と酸素に還元されるという単純なものである。
（３） MOx x /2 O2
アノード反応機構 溶融CaCl₂ の使用は、この溶融塩が「 O²⁻ 」イオンを溶解して陽極に輸送し、放電させることができるため重要である。陽極反応は陽極の材料に依存する。システムによっては、炭素陽極でCOまたはCO₂ 、あるいはその混合物を生成することが可能である。
C + 2O 2− → CO 2 +4 e − C + O 2− → CO + 2 e − しかし、高密度SnO₂などの不活性陽極を使用すると、 O²⁻ イオンの放電により酸素ガスが発生します。ただし、不活性陽極の使用には欠点があります。まず、CaOの濃度が低い場合、陽極でのCl₂の発生 がより有利になります。さらに、炭素陽極と比較すると、陰極で同じ還元相を達成するためにより多くのエネルギーが必要になります。不活性陽極は安定性の問題を抱えています。
2O 2− → O 2 + 4 e −
参考文献 1 2 Takeda, O.; Ouchi, T.; Okabe, TH (2020). "Recent Progress in Titanium Extraction and Recycling" . Metall. Mater. Trans. B. 51 ( 4): 1315– 1328. Bibcode : 2020MMTB...51.1315T . doi : 10.1007/s11663-020-01898-6 . ↑ DE150557C、 ↑ Rideal, Eric Keightley (1919). Industrial Electrometallurgy, Including Electrolytic and Electrothermal Processes . D. Van Nostrand co. p. 137. ↑ US2845386A 、 マーカス・オルソン・カール、 「金属の製造」、 1958年7月29日発行 ↑ Fray, DJ; Chen, GZ; Farthing, TW (2000). "溶融塩化カルシウム中での二酸化チタンのチタンへの直接電気化学的還元". Nature . 407 ( 6802): 361–4 . Bibcode : 2000Natur.407..361C . doi : 10.1038/35030069 . PMID 11014188. S2CID 205008890 .
さらに読む R. Bhagat; M. Jackson; D. Inman; R. Dashwood (2008). "FFCケンブリッジプロセスによる混合酸化物前駆体からのTi-Mo合金の製造". 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). "FFC Cambridge プロセスによる混合酸化物前駆体からの Ti-W 合金の製造" . J. Electrochem. Soc. 156 (1): E1–7. Bibcode : 2009JElS..156E...1B . doi : 10.1149/1.2999340 . 鈴木亮介 (2005 年 2 月～4 月) 「TiO 2のカルシウム還元と溶融 CaCl 2 中での CaO のその場電気分解」. 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 (2005年2月～4月)「CaCl2中のTiO2から電子媒介反応（EMR）によるチタン粉末の直接製造」 『固体 物理化学ジャーナル』 66 ( 2–4 ) : 410–413 . Bibcode : 2005JPCS...66..410P . doi : 10.1016/j.jpcs.2004.06.052 . X. Ge; X. Wang; S. Seetharaman (2009). "溶融CaCl 2 –NaCl中での電気還元による銅鉱石からの銅抽出". Electrochimica Acta . 54 (18): 4397– 4402. doi : 10.1016/j.electacta.2009.03.015 .
外部リンク YouTube動画：メタリシスFFCプロセス Metalysis Ltd.のウェブサイト 
