FFC劍橋法

FFC 劍橋法（英語：FFC Cambridge Process）是一種將固體金屬，尤其是氧化物，囥佇陰極，佇咧熔鹽內底猶原成較純金屬抑是合金的電化學方法。FFC 劍橋法予人看做是一个有潛力的精煉方式，未來可能會當取代某一寡現有的金屬生產方式，比如講長期用佇精煉的克羅爾法。

歷史

FFC 劍橋法佇咧一千九百九十六、一九九七年間由陳政、德雷克 ・ 富雷、湯姆 ・ 法辛（Tom Farthing）三个人佇劍橋大學開發出來。該發號名嘛是號自上述三人的姓首字母。三人成功以熔鹽電化學方法對塗箔頂懸的氧化鱗皮、二氧化學粉漿燒結成的細粒仔、鋪排等等的有鋪排的閣原出純金屬鋪。注意傳統方法大多需要先共含精神通氯氣製成四氯化推，才會當進行這後壁的猶原製程。一九空四年德國專利十五鋪排五百五十七號嘛有類似的製程。

製程

規个製程通常佇咧九百  °C 至千一百  °C 的溫度範圍內底來進行，陽極實務上定用石墨碳棒來製作，陰極是待還原的含氧化物、含鼻芳（有的研究會先以喬網包崁陰極，防止陰極碎裂散落來）， 電解液是愛用氯化鈣熔湯擔當，鋪排去大部份是採用石墨材質。是因為氧化物的性質，存在一對陽極的特定電位，影響氧化鈣佇咧熔湯內底的含量。陰極予人極化到一比陽極閣較低之電位。藉著佇兩極間施加一電壓達成兩極間電位差。當極化至更低的負電位了後，陰極的氧化物傾向於對電解液釋出氧離子，氧離子進入電解液後以氧化鈣的形式存在。為維持電解液的電中性，做一氧離子離開陰極進入電解液時，另外一氧離子對電解液游向陽極，故陽極採石墨電極的時，會當佇咧陽極附近觀測著一氧化碳抑是二氧化碳生成。嘛因為氧離子游向陽極，慢性陽極會當用來產生氧氣。

達到負電壓的時陣，陰極可能開始產生鈣。鈣的還原性足懸的，會進一步將陰極的氧擘離，達到鈣熱還原的效果。猶毋過，當愈來愈濟鈣溶入氯化鈣熔湯的時陣，熔湯電解液導電性會升，致使電流效率降低。

陰極反應機轉

彼規个電－鈣熱猶原反應機轉會用下式表述。

MO

_ x _ + _ x _ Ca → M + _ x _ CaO　　（一）

該反應自發進行的時，叫做鈣熱猶原反應，抑是講嘛會當看做金屬熱還原（metallothermic reduction）反應的其中一例。比如講，若陰極為著 TiO，是鈣熱猶原反應的反應式會使寫為

TiO + Ca → Ti + CaO

雖然上式按呢遮爾仔表示，但實際上這是一个漸漸仔將氧對氧化物上剝離的過程。比如講，陰極的二氧化又閣袂一步到位地產生土地，會先產生一堆中央產物如果 Ti 三 O 五、Ti 二 O 三、TiO 等等低價氧化物。

鈣氧化物的電解反應化學式如下：

_ x _ CaO → x Ca 二 + + x O 二 −　　（二 a）

_ x _ Ca 二 + + 二 _ x _ e− → _ x _ Ca　　（二 b）

_ x _ O 二 − → _ x _ / 二 O 二 + 二 _ x _ e−　　（二 c）

反應式（二 b）顯示佇咧陰極邊仔熔湯中的鈣離子 Ca 二 + 還原成鈣。鈣會繼續使陰極的金屬氧化物還原成金屬。

綜合反應式（一）佮反應式（二）， 反應的淨結果通看做是金屬氧化物分解做金屬佮氧氣：

MO

_ x _ → M + _ x _ / 二 O 二　　（三）

陽極反應機轉

以氯化鈣熔湯作電解液非常重要，因為這種熔鹽會當溶解並輸送 O 二 − 離子至陽極釋放電子。陽極反應視陽極材質有無仝產物，石墨材質的陽極會產生一氧化碳、二氧化碳抑是其他的含碳混合物：

C + 二 O 二 − → CO 二 + 四

e−

C + O 二 − → CO + 二

e−

毋過，陽極若是有反應性較低的材質，若親像密度 SnO 二，著 O 二 − 離子傾向佇咧陽極反應成氧氣。採取貧性陽極至少有兩項缺點，一來做保湯中氧化鈣漸漸減少，陽極處共傾向產生氯氣，不利環保佮人員安全，二來比起石墨陽極，會使製程閣較消磨，綜上兩點，慢性陽極會致使規个電解池無穩定。

二 O 二 − → O 二 + 四

e−

參見

• 鹽縣製程

延伸閱讀

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• R . Bhagat ; M . Jackson ; D . Inman ; R . Dashwood . Production of Ti-Mo Alloys from Mixed Oxide Precursors via the FFC Cambridge Process . J . Electrochem . Soc . . 兩千空八 ,一百五十五( 六 ) : E 六十三–六十九 . doi : 十 . 一分之一千一百四十九 . 兩百九十五空四千四百五十四 .
• Ryosuke O . Suzuki . Calciothermic reduction of TiO 二 and in situ electrolysis of CaO in the molten CaCl 二 . Journal of Physics and Chemistry of Solids . 兩千空五 ,六十六( 二–四 ) : 四仔六十一–四仔六五 . Bibcode : 兩千空五 JPCS . . . 六十六 . . 四仔六十一 S . doi : 十曉一空一六 / j . jpcs . 二千空四配空六 . 四十一 .
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• X . Ge ; X . Wang ; S . Seetharaman . Copper extraction from copper ore by electro-reduction in molten CaCl 二–NaCl . Electrochimica Acta . 二千空九 ,五十四( 十八 ) : 四千三百九十七–四千四百空二 . doi : 十曉一空一六 / j . electacta . 二千空九九學空三 . 十五 .

外部連結

• YouTube video : Metalysis FFC process