Processo FFC Cambridge - FFC Cambridge process
O processo FFC Cambridge é um método eletroquímico para a produção de titânio a partir do óxido de titânio por eletrólise em sais de cálcio fundidos. Acredita-se que esse processo acabará sendo capaz de produzir titânio de forma mais eficiente do que pelos processos convencionais atuais.
História
Um processo de produção eletroquímica de titânio foi descrito em uma patente alemã de 1904. Em solução de CaCl 2 fundido , o dióxido de titânio (TiO 2 ) foi reduzido eletroliticamente ao metal.
O processo FFC Cambridge foi desenvolvido por George Chen , Derek Fray e Thomas Farthing entre 1996 e 1997 na Universidade de Cambridge . (O nome FFC deriva das primeiras letras dos sobrenomes dos inventores). A propriedade intelectual relativa à tecnologia foi adquirida pela Metalysis, (Sheffield, Reino Unido).
Processo
O processo normalmente ocorre entre 900 e 1100 ° C, com um ânodo (normalmente carbono) e um cátodo (óxido sendo reduzido) em uma solução de CaCl 2 fundido . Dependendo da natureza do óxido, ele existirá em um potencial particular em relação ao ânodo, que depende da quantidade de CaO presente no CaCl 2 .
Mecanismo de reação catódica
O mecanismo de redução eletrocalciotérmica pode ser representado pela seguinte sequência de reações, onde "M" representa um metal a ser reduzido (tipicamente titânio).
(1) MO
x+ x Ca → M + x CaO
Quando esta reação ocorre por conta própria, é referida como a " redução calciotérmica " (ou, mais geralmente, um exemplo de redução metalotérmica). Por exemplo, se o cátodo fosse feito principalmente de TiO, a redução calciotérmica apareceria como:
TiO + Ca → Ti + CaO
Embora a reação do cátodo possa ser escrita como acima, ela é, na verdade, uma remoção gradual do oxigênio do óxido. Por exemplo, foi demonstrado que o TiO 2 não se reduz simplesmente a Ti. Na verdade, ele se reduz através dos óxidos inferiores (Ti 3 O 5 , Ti 2 O 3 , TiO etc.) a Ti.
O óxido de cálcio produzido é então eletrolisado:
(2a) x CaO → x Ca 2+ + x O 2−
(2b) x Ca 2+ + 2 x e - → x Ca
e
(2c) x O 2− → x / 2 O 2 + 2 x e -
A reação (2b) descreve a produção de Ca metálico a partir de íons Ca 2+ no sal, no cátodo. O Ca então procederia para reduzir o cátodo.
O resultado líquido das reações (1) e (2) é simplesmente a redução do óxido em metal mais oxigênio:
(3) MO
x→ M + x / 2 O 2
Mecanismo de reação do ânodo
O uso de CaCl 2 fundido é importante porque este sal fundido pode dissolver e transportar os íons "O 2 - " para o ânodo para ser descarregado. A reação do ânodo depende do material do ânodo. Dependendo do sistema, é possível produzir CO ou CO 2 ou uma mistura no ânodo de carbono:
- C + 2O 2− → CO 2 +4
e- - C + O 2− → CO + 2
e-
Porém, se um ânodo inerte for usado, como o do SnO 2 de alta densidade , a descarga dos íons O 2 leva à evolução do gás oxigênio. No entanto, o uso de um ânodo inerte tem desvantagens. Em primeiro lugar, quando a concentração de CaO é baixa, a evolução de Cl 2 no ânodo torna-se mais favorável. Além disso, quando comparado a um ânodo de carbono, mais energia é necessária para atingir a mesma fase reduzida no cátodo. Ânodos inertes sofrem de problemas de estabilidade.
- 2O 2− → O 2 + 4
e-
Veja também
Referências
Leitura adicional
- R. Bhagat; M. Jackson; D. Inman; R. Dashwood (2008). "Produção de ligas de Ti-Mo a partir de precursores de óxidos mistos por meio do processo FFC Cambridge". J. Electrochem. Soc. 155 (6): E63–69. doi : 10.1149 / 1.2904454 .
- R. Bhagat; M. Jackson; D. Inman; R. Dashwood (2009). "Produção de ligas de Ti-W a partir de precursores de óxidos mistos por meio do processo FFC Cambridge" . J. Electrochem. Soc. 156 (1): E1–7. doi : 10.1149 / 1.2999340 .
- Ryosuke O. Suzuki (fevereiro a abril de 2005). "Redução calcotérmica de TiO 2 e eletrólise in situ de CaO no CaCl 2 fundido ". Jornal de Física e Química dos Sólidos . 66 (2–4): 461–465. Bibcode : 2005JPCS ... 66..461S . doi : 10.1016 / j.jpcs.2004.06.041 .
- Il Park; Takashi Abiko; Toru H. Okabe (fevereiro a abril de 2005). "Produção de pó de titânio diretamente de TiO 2 em CaCl 2 por meio de uma reação mediada eletronicamente (EMR)". Jornal de Física e Química dos Sólidos . 66 (2–4): 410–413. Bibcode : 2005JPCS ... 66..410P . doi : 10.1016 / j.jpcs.2004.06.052 .
- X. Ge; X. Wang; S. Seetharaman (2009). "Extração de cobre do minério de cobre por eletro-redução em CaCl 2 - NaCl fundido ". Electrochimica Acta . 54 (18): 4397–4402. doi : 10.1016 / j.electacta.2009.03.015 .