El proceso FFC Cambridge es un método electroquímico para producir titanio a partir de óxido de titanio por electrólisis en sales de calcio fundidas. Se cree que este proceso eventualmente será capaz de producir titanio de manera más eficiente que mediante los procesos convencionales actuales. [1]
Historia
Un proceso para la producción electroquímica de titanio se describió en una patente alemana de 1904. [2] [3] [1] En solución de CaCl 2 fundido , el dióxido de titanio (TiO 2 ) se ha reducido electrolíticamente al metal. [4]
El proceso FFC 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). [6]
Proceso
El proceso tiene lugar típicamente entre 900 y 1100 ° C, con un ánodo (típicamente carbono) y un cátodo (óxido que se reduce) 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 CaCl 2 .
Mecanismo de reacción del cátodo
El mecanismo de reducción electrocalciotérmica puede estar representado por la siguiente secuencia de reacciones, donde "M" representa un metal a reducir (típicamente titanio).
(1) MO
X+ x Ca → M + x CaO
Cuando esta reacción tiene lugar por sí sola, se denomina " reducción calciotérmica " (o, más generalmente, un ejemplo de reducción metalotérmica). Por ejemplo, si el cátodo estuviera hecho principalmente de TiO, la reducción calciotérmica aparecería como:
TiO + Ca → Ti + CaO
Si bien la reacción del cátodo se puede escribir como anteriormente, de hecho es una eliminación gradual de oxígeno del óxido. Por ejemplo, se ha demostrado que el TiO 2 no se reduce simplemente a Ti. De hecho, se reduce a través de los óxidos inferiores (Ti 3 O 5 , Ti 2 O 3 , TiO, etc.) a Ti.
A continuación, se electroliza el óxido de calcio producido:
(2a) x CaO → x Ca 2+ + x O 2−
(2b) x Ca 2+ + 2 x e - → x Ca
y
(2c) x O 2− → x / 2 O 2 + 2 x e -
La reacción (2b) describe la producción de metal Ca a partir de iones Ca 2+ dentro de la sal, en el cátodo. El Ca procedería entonces a reducir el cátodo.
El resultado neto de las reacciones (1) y (2) es simplemente la reducción del óxido en metal más oxígeno:
(3) MO
X→ M + x / 2 O 2
Mecanismo de reacción del ánodo
El uso de CaCl 2 fundido es importante porque esta sal fundida puede disolver y transportar los iones "O 2 - " al ánodo para su descarga. La reacción del ánodo depende del material del ánodo. Dependiendo del sistema, es posible producir CO o CO 2 o una mezcla en el ánodo de carbono:
- C + 2O 2− → CO 2 +4
mi- - C + O 2− → CO + 2
mi-
Sin embargo, si se utiliza un ánodo inerte, como el de SnO 2 de alta densidad , la descarga de los 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.
- 2O 2− → O 2 + 4
mi-
Ver también
Referencias
- ^ a b Takeda, O .; Ouchi, T .; Okabe, TH (2020). "Avances recientes en la extracción y el reciclaje de titanio" . Metall. Mater. Trans. 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
- ^ Rideal, Eric Keightley (1919). Electrometalurgia industrial, incluidos procesos electrolíticos y electrotérmicos . D. Van Nostrand co. pag. 137.
- ^ Oki, T .; Inoue, H. (1967). Mem. Fac. Eng., Nagoya Univ . 19 : 164–66. Falta o vacío
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( ayuda ) - ^ Fray, DJ; Chen, GZ; Farthing, TW (2000). "Reducción electroquímica directa de dióxido de titanio a titanio en cloruro de calcio fundido". Naturaleza . 407 (6802): 361–4. Código Bibliográfico : 2000Natur.407..361C . doi : 10.1038 / 35030069 . PMID 11014188 . S2CID 205008890 .
- ^ Sitio web oficial de Metalysis
Otras lecturas
- R. Bhagat; M. Jackson; D. Inman; R. Dashwood (2008). "Producción de aleaciones de Ti-Mo a partir de precursores de óxidos mixtos a través del proceso FFC Cambridge". J. Electrochem. Soc. 155 (6): E63–69. 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 óxidos mixtos a través del proceso FFC Cambridge" . J. Electrochem. Soc. 156 (1): E1–7. 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 ". Revista de Física y Química de Sólidos . 66 (2–4): 461–465. Código bibliográfico : 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 TiO 2 en CaCl 2 mediante una reacción mediada electrónicamente (EMR)". Revista de Física y Química de Sólidos . 66 (2–4): 410–413. Código bibliográfico : 2005JPCS ... 66..410P . doi : 10.1016 / j.jpcs.2004.06.052 .
- X. Ge; X. Wang; S. Seetharaman (2009). "Extracción de cobre a partir de mineral de cobre por electro-reducción en CaCl 2 -NaCl fundido ". Electrochimica Acta . 54 (18): 4397–4402. doi : 10.1016 / j.electacta.2009.03.015 .
enlaces externos
- Vídeo de YouTube: proceso Metalysis FFC
- Sitio web de Metalysis Ltd.