فرایند اف اف سی کمبریج

فرایند اف اف سی کمبریج ( به انگلیسی: FFC Cambridge process ) یک فرایند الکتروشیمیایی جهت تولید تیتانیوم از اکسید تیتانیوم از طریق الکترولیز کردن در نمک کلسیم مذاب است. تصور بر این است که در نهایت بازدهی تولید تیتانیوم با این فرایند از بقیه فرایندهای تولید تیتانیوم بیش تر خواهد شد. [ ۱] اگرچه این فرایند به طور خاص برای تولید تیتانیوم توسعه یافت اما امروزه این فرایند به صورت گسترده برای تولید انبوه فلزاتی از جمله تانتالوم و زیرکونیم هم استفاده می شود. [ ۲] به صورت تئوری هر فلزی که به صورت ترکیب اکسیدی وجود داشته باشد را می توان با این فرایند تولید کرد به طوری که حتی قیمت تولید آن از بقیه روش های تولید ارزان تر خواهد بود. هزینه تجهیزات نیز از هزینه روش هایی که از کوره های قوس الکتریکی استفاده می کنند بسیار کم تر است.
در سال ۱۹۰۴ فرایندی جهت تولید الکتروشیمیایی تیتانیوم پیشنهاد شد، [ ۳] به طوری که دی اکسید تیتانیوم به صورت الکترولیتی در محلول کلسیم کلرید به فلز احیا می شود. [ ۴] در زمان توسعه این فرایند و تا امروزه تنها راه حذف لایه اکسیدی ترد، حل کردن این لایه در هیدروفلوریک اسید یا خرد کردن آن است که هر دو روش منجر به تغییر جزئی در ابعاد محصول تولیدی یا تولید زباله های خطرناک می شود. ایده آل ترین راه حذف اکسیژن از فاز آلفا بدون حذف تیتانیوم یا تغییر ابعادی آن است. [ ۵]
جورج چن، درک فری و توماس فارتینگ به دنبال راهی جهت حذف لایه های اکسیدی از سطح تیتانیوم بودند که به نتایج غیرقابل پیش بینی دست یافتند: آن ها یافتند در صورت اعمال جریان الکتریکی می توانند اکسید تیتانیوم را به صورت مستقیم به تیتانیوم تبدیل کنند. همچنین کار آن ها نشان داد الکترولیز نمک مذاب می تواند نمونه های دی اکسید تیتانیوم را به صورت مستقیم به فلز تیتانیوم تبدیل کند. [ ۲] فرایند اف اف سی کمبریج توسط جورج چن، درک فری و توماس فارتینگ بین سال های ۱۹۹۶ و ۱۹۹۷ در دانشگاه کمبریج توسعه یافت ( اسم اف اف سی از حروف ابتدایی نام خانوادگی مخترعین گرفته شده است ) . [ ۶]
در این فرایند نمک مذاب به عنوان الکترولیت برای احیای الکتروشیمیایی اکسید فلز به کار میرود. پودر اکسید فلز درون کاتد موجود می باشد و به صورت مستقیم از طریق الکترودی اکسیداسیون به فلز تبدیل می شود. یون های اکسیژن جریان را در طول سلول حمل می کنند و گاز موجود در آند از فلز خارج می کنند. همچنین این روش تأثیر مخرب بسیار کمی بر محیط زیست دارد. فرایند معمولاً بین دمای ۹۰۰ و ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد با یک آند ( معمولا از جنس تیتانیوم ) و یک کاتد ( اکسید در حال احیا شدن ) در محلول کلسیم کلرید مذاب انجام می شود. بسته به ماهیت اکسید، در پتانسیل خاصی نسبت به آند وجود خواهد داشت که به مقدار اکسید کلسیم موجود در کلسیم کلرید بستگی دارد. یکی از چالش ها پیدا کردن یک نمک بسیار پایدار است که در اثر اعمال پتانسیل برای تجزیه اسید، تفکیک نشده و بتواند یون های اکسیژن را در خود حل کند. کلسیم کلرید چنین نمکی است که از اکسید تیتانیوم پایدارتر بوده و بسیار ارزان است.