FFC ケンブリッジプロセス

FFCケンブリッジ法は、溶融カルシウム塩中での電気分解によって酸化チタンからチタン（Ti）を製造する電気化学的方法である。 ^[1]

塩化カルシウム溶液中の酸化チタンの還元による電気化学的チタン製造法は、1904年のドイツ特許で初めて説明されました^{[1] [2] [3]。}そして1954年に米国特許2845386Aが、比重装置内で溶融塩還元剤による金属酸化物の還元によるチタンなどの金属の製造法でカール・マーカス・オルソンに付与されました^{[4] 。}

FFCケンブリッジ法は、 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] この技術に関する知的財産は、Metalysis（英国シェフィールド）が取得しました。^[要出典]

_{このプロセスは、通常、溶融 CaCl 2}溶液中の陽極 (通常は炭素) と陰極 (還元される酸化物) を使用して、900 ～ 1100 °C で行われます。酸化物の性質に応じて、陽極に対する特定の電位で存在し、これは CaCl ₂中に存在する CaO の量に依存します。

電気カルシウム熱還元機構は、次の一連の反応で表すことができます。ここで、「M」は還元される金属（通常はチタン）を表します。

（１） MO
_x+ x Ca → M + x CaO

この反応が単独で起こる場合、それは「カルシウム熱還元」（または、より一般的には金属熱還元の一例）と呼ばれます。たとえば、カソードが主に TiO で作られている場合、カルシウム熱還元は次のようになります。

TiO + Ca → Ti + CaO

カソード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ます。たとえば、TiO _{2 は}単純に Ti に還元されないことがわかっています。実際には、より低位の酸化物 (Ti ₃ O ₅、Ti ₂ O ₃、TiO など) を経て Ti に還元されます。

生成された酸化カルシウムは電気分解されます。

（２ａ） ｘCaO → ｘCa2 ⁺ + ^ｘO2−

(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、陰極で塩内の Ca ²⁺イオンからCa金属が生成される反応です。その後、Caは陰極を還元します。

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だけである。

（３） MO
_x→ M + x /2 O ₂

_{溶融 CaCl 2}の使用は重要です。この溶融塩は「O ²⁻ 」イオンを溶解し、陽極に輸送して放電させることができるためです。陽極反応は陽極の材料によって異なります。システムに応じて、炭素陽極で CO または CO ₂またはその混合物のいずれかを生成することができます。

C + 2O ²⁻ → CO ₂ +4
e⁻

C + O ²⁻ → CO + 2
e⁻

_{しかし、高密度 SnO 2}などの不活性陽極を使用すると、O ²⁻イオンの放電によって酸素ガスが発生します。しかし、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 Cl ₂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にはより多くのエネルギーが必要です。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⁻

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• 鈴木 良介 (2005 年 2 月～4 月)。「TiO 2 のカルシオサーミック還元と_溶融CaCl ₂中の CaO の in situ 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。
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• _{X. Ge; X. Wang; S. Seetharaman (2009). 「溶融CaCl 2} –NaCl中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.

• YouTube ビデオ: メタリシス FFC プロセス
• Metalysis Ltd.のウェブサイト