Fray-Farthing-Chen Cambridge Process 工艺制备金属及合金研究综述

周忠仁

（昆明理工大学 冶金与能源工程学院，云南 昆明650093）

新型固态化合物熔盐电解FFC 工艺自成功从电解还原固态TiO2制备出单质Ti 以来[1]，受到研究人员的广泛关注。此法最初是为了除去金属Ti 中溶解的氧，后来此法得到完善，并发展成为直接电解固态TiO2制备海绵钛的冶金工艺。

本文对熔盐电解金属氧化物制备金属及合金相关研究进行了综述，分析了熔盐电解方法在高温冶金电化学方面的应用。

1 熔盐电解法简介

熔盐电解工艺又称Fray-Farthing-Chen Cambridge Process（FFC）电解工艺。该工艺的典型创新是取代了传统熔盐电解采用可溶性盐作为初始物料，采用价格低廉的固态金属氧化物及混合物作为原料，在高温熔盐、通电情况下，固态金属氧化物能实现原位电解还原得到单质。从氧化物固态晶格中脱离的阳离子扩散至熔盐并在阳极放电生成气体。

2 熔盐电解法在提取金属单质方面的应用

加拿大魁北克钛铁公司（Quebec Iron&Titanium Inc）以CaF2为熔盐电解质，实现了金属钛及钛合金锭连续生产。

在难熔金属方面，MA 等人[2-3]电解不同富钛原料制取了金属钛。中科院过程所刘美凤、郭占成等人、昆明理工大学的郭胜惠等人对熔盐电解制备海绵钛进行了详细研究。王淑兰等人通过研究直接电解还原TiO2，发现TiO2的还原经历TiO、Ti 的分步还原过程。YAN 等人电解还原Nb2O5制备得到金属铌。许茜等人研究了孔隙和焙烧后Ta2O5的形貌对电脱氧速度和产物的纯度影响显著，在还原过程中扩散是反应的控制性环节。王淑兰等人[4]通过研究SiO2电脱氧反应的交流阻抗谱发现，阴极电脱氧反应速度控制步骤是电荷传递过程。WANG 等人[5]通过熔盐电解Tb2O7制备得到重稀土金属Tb。

3 熔盐电解法在制备合金方面的应用

日本学者PANIGRAHI 等人[6]从钛铁矿中直接电解还原，成功制取了FeTi、β-Ti（FeTi4）合金。JACKSON 等人[7-8]用FFC 冶炼工艺制得了NiTi、TiMo 合金。科研人员还利用熔盐电化学还原混合氧化物的方法制备锆基的多相储氢合金ZrCr0.7Ni1.3和Zr0.5Ti0.5V0.5Cr0.2Ni1.3[9]，发现电解合金结节状的多孔结构，有利于提高合金的比表面活性，从而提高电极的储氢性能。

4 熔盐电解法在新能源方面应用

SHI 等人[10]以低温混盐中制备出的钛基中间价态氧化物为载体，搭载Pt 催化CO 和甲醇，将熔盐电解应用延伸至电催化领域。WANG 等人[11]在NaCl-KCl 混盐中以大于90%的电流效率制得了纳米金属W，阳极产物为S2，无污染气体排除实现了绿色冶金，并且能耗低于1.23 kWh/kg。XIAO等人[12]以SiO2/GeO 为原料制备出了SiGe 纳米复合材料，将SiGe 纳米管制作成锂离子电池负极，在200 mA/g 的放电电流密度下，循环100 圈后仍有590 mAh/g 的可逆比容量。

5 结束语

熔盐电解法在直接电解金属氧化物制备金属方面的成功应用表明，难熔金属氧化物能够通过短流程、低能耗的方式得到精炼，为制备相应的单质及合金提供了新思路，体现出了该方法的巨大优越性。