(dwutlenek tytanu) - syntetyczny pigment biały, występujący w dwóch postaciach - rutylu i anatazu, otrzymywany w wyniku hydrolizy roztworów, a następnie kalcynacji uwodnionego dwutlenku tytanu. Dwutlenek tytanu jest głównym produktem przemysłu tytanowego. W dzisiejszych czasach w Internecie coraz częściej można spotkać zapytanie „, więc spróbujmy dowiedzieć się, dlaczego jest potrzebny i jak się go używa.

Główne obszary zastosowania dwutlenku tytanu:

Farby i lakiery: emalie, lakiery (biel tytanowa) oraz farby i powłoki na ich bazie: poprawiające siłę krycia i wybielające, zapobiegające starzeniu się powłok, chroniące powłoki przed promieniowaniem ultrafioletowym i przed żółknięciem powierzchni malowanych.

Plastikowy(meble, okna, plastikowe części samochodowe): zapewnia wysoką biel i intensywność odcienia koloru, zapobiegając starzeniu się materiału i wpływom na niego czynniki zewnętrzne.

Papier: stosowany do wybielania i poprawy gładkości, także do produkcji środków powlekających papier.

Kosmetyki: do ochrony przed promieniowaniem ultrafioletowym w filtrach przeciwsłonecznych, w celu poprawy wybielania past do zębów.

Przemysł spożywczy: do zabielania takich produktów, półproduktów, ryb mielonych, białego mięsa, gumy do żucia, cukru rafinowanego. Do ochrony opakowań plastikowych przed promieniowaniem ultrafioletowym, co pomaga podczas przechowywania i transportu produktów nieodpornych na działanie promieni słonecznych.

Przemysł farmaceutyczny: pigment dwutlenek tytanu charakteryzuje się wysoką czystością chemiczną, co zapewnia lepsze właściwości wybielające i kryjące.

Tusz: zwiększenie ochrony powłok przed wpływami atmosferycznymi.

Stosowany w innych obszarach: ochrona drewna przed czynnikami zewnętrznymi (zwiększanie odporności na warunki atmosferyczne, filtrowanie promieniowania słonecznego), dodatek do wyrobów gumowych, produkcja szkła i ceramiki szklanej, radioelektronika, oczyszczanie powietrza, przy produkcji szkła optycznego i żaroodpornego, stopów ciężkich, półproduktów chemicznych związki, materiały na wysokie temperatury (ochrona przeciwpożarowa pieców ciągowych), doświadczalna chromatografia cieczy. Dwutlenek służy jako standard czystości przy tworzeniu ultraczystych szkieł.

Wychodząc naprzeciw potrzebom opisanym powyżej, dwutlenek tytanu stosowane w różnych frakcjach, których właściwości są dostosowane do danego zastosowania. Kryształy dwutlenku tytanu mają formy takie jak rutyl i anataz. W zależności od zastosowania stosuje się kryształy o różnych kształtach i wielkości cząstek.

Dwutlenek tytanu znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle farb i lakierów jako biały pigment ze względu na dobrą białość. Ma takie zalety, jak nietoksyczność, dostępność, zdolność do odpychania promieniowania ultrafioletowego i odporność na zewnętrzne wpływy atmosferyczne. Spieszymy rozczarować starych konserwatystów: farby na bazie cynku lub ołowiu należą już do przeszłości.

W związku z tym główna umiejętność dwutlenek tytanu w emaliach i farbach nadaje im białość. Ale są też obecni konkurenci, z których najważniejszymi są kreda i kalcyt marmurowy. Kosztują mniej i są białe. Dlatego farby zawierają mieszaninę tych substancji, a w rzadkich przypadkach tylko jeden pigment.

Białość farby wyraża się ilością zawartego w jej składzie dwutlenku tytanu, ale jednocześnie podnosi jej cenę w porównaniu z farbami zawierającymi więcej kredy czy kalcytu marmurowego. Istnieją zalecenia dotyczące częściowego zastąpienia dwutlenku tytanu tlenkiem glinu lub talkiem, ale wszystko to ma związek ze względami ekonomicznymi. Co dziwne, istnieje pewien schemat w tym, że zużycie i produkcja dwutlenku tytanu jest swego rodzaju wskaźnikiem rozwoju gospodarczego. To jest taka szansa, przyjaciele.

Do produkcji ram spawanych produkty żelbetowe pracownicy wykonujący spawanie armatury muszą nosić specjalną odzież wykonaną z tkanin ognioodpornych. Ten rodzaj odzieży chroni spawacza przed iskrami i odpryskami metalu.

Dwutlenek tytanu TiO2 jest polimorficzny, krystalizuje w dwóch układach: strumyk – w układzie rombowym, rutyl i anataz – w układzie tetragonalnym, przy czym te ostatnie różnią się budową sieci krystalicznej. W obu przypadkach każdy atom tytanu znajduje się w środku ośmiościanu i jest otoczony przez 6 atomów tlenu. Układ przestrzenny oktaedrów jest inny: w anatazie każdy oktaedr ma 4 wspólne krawędzie, w rutylu tylko 2. Komórka elementarna anatazu składa się z czterech cząsteczek, a rutylu tylko z dwóch:

Ze względu na gęstsze upakowanie jonów w kryształach rutyl ma przewagę nad anatazem pod względem stabilności, gęstości, twardości, współczynnika załamania światła, stałej dielektrycznej i ma zmniejszoną aktywność fotochemiczną. W temperaturach 915 0C - 950 0C anataz przekształca się w rutyl, ale powstały rutyl charakteryzuje się dużą ścieralnością i niską dyspergowalnością. W 1949 roku odkryto możliwość kontrolowania krystalizacji poprzez wprowadzenie dodatków rutylizujących i nasion. Jony Zn2+, Mg2+, Al3+, Sn2+ są stabilizatorami formy rutylowej, jony SO42-, PO43 - mają postać anatazu. W obecności nawet niewielkich ilości związków fosforu przejście anatazu do rutylu staje się niemożliwe. Nasiona rutylizujące otrzymuje się przez traktowanie uwodnionego dwutlenku tytanu po piątym etapie przemywania roztworem wodorotlenku sodu. Powstaje w tym przypadku tetratytanian sodu Na2Ti4O3, który traktuje się kwasem solnym, a produkt hydrolizy, uprzednio uwolniony od jonów SO42-, poddaje się peptyzacji. Takie zarazki wprowadza się przed kalcynacją.

Rutyl kalcynowany w temperaturze około 10000C i zawierający domieszki Fe, Cr, Ni, Mn, wykazuje właściwość fototropii. Po podświetleniu zmienia kolor na brązowy, a w ciemności ponownie się rozjaśnia. Wyjaśnia to utlenianie metali zanieczyszczających do wyższych tlenków w wyniku uwalniania tlenu po naświetleniu TiO2 zdeformowaną siatką.

W czystej postaci dwutlenek tytanu, szczególnie w postaci anatazu, wykazuje wysoką aktywność fotochemiczną, co powoduje zniszczenie powłoki farby („kredowanie”) i blaknięcie pigmentów organicznych. Modyfikacja powierzchni cząstek dwutlenku tytanu wodorotlenkami Al, Si i Zn gwałtownie zmniejsza aktywność fotochemiczną.

Dwutlenek tytanu jest chemicznie obojętny, nierozpuszczalny w słabych kwasach i zasadach oraz rozpuszczalnikach organicznych. Nietoksyczny, maksymalne dopuszczalne stężenie w powietrzu stanowisk pracy wynosi 10 mg/m3. Można go stosować ze wszystkimi rodzajami środków błonotwórczych i rozpuszczalników. Nadaje się do farb wodorozcieńczalnych, dyspersyjnych i proszkowych. Pigment dwutlenek tytanu jest również szeroko stosowany do barwienia gumy, tworzyw sztucznych, linoleum, papieru i włókien chemicznych. Oprócz pigmentowego dwutlenku tytanu zawierającego 82-95% (wag.) TiO2, produkowany jest dwutlenek tytanu do twardych stopów, szkieł i ceramiki o wyższej zawartości TiO2.

Surowce do produkcji dwutlenku tytanu. Do przetworzenia na pigmentowy dwutlenek tytanu wykorzystuje się następujące minerały: naturalny rutyl, zawiera 92-95% (wag.) TiO2 i domieszkę Fe2O3 nadającą mu barwę czerwoną (czerwień rutylowa); ilmenit FeO*TiO2 lub - arkazyt Fe2O3*3TiO2; tytanomagnetyty,
składający się z ziaren ilmenitu i magnetytu i zawierający 8-12% (wag.) TiO2.

Minerały zawierające tytan rzadko występują w czystej postaci. W celu usunięcia zanieczyszczeń innymi minerałami i skałami płonnymi, rozdrobnione rudy poddaje się wzbogacaniu magnetycznemu i innym rodzajom i otrzymuje się koncentraty o przybliżonym składzie, % (masowo):

Technologia produkcji pigmentowego dwutlenku tytanu. Przerób koncentratów i żużli tytanu na pigmentowy dwutlenek tytanu ma na celu nie tylko usunięcie zanieczyszczeń, ale także nadanie TiO2 wymaganej postaci krystalicznej, dyspersji, właściwości adsorpcyjnych i tłumienia aktywności fotochemicznej. Do otrzymywania dwutlenku tytanu stosuje się dwie metody: kwas siarkowy – dla koncentratów zawierających więcej niż 40% TiO2 oraz chlorek – ekonomicznie korzystny tylko w przypadku przetwarzania koncentratów zawierających co najmniej 80% TiO2 (ponieważ powstały odpad FeCl3 nie jest wykorzystywany).

Metoda kwasu siarkowego. Jest to delikatny i złożony proces, składający się z trzech głównych etapów i szeregu operacji pomocniczych (patrz schemat 2.1).

1. Pierwszy etap to rozkład drobno zmielony
zawierające tytan
koncentrować 85-92% kwasu siarkowego w temperaturze 180-220 0C i ciągłe mieszanie masy reakcyjnej sprężonym powietrzem do uzyskania klarownego roztworu siarczanu tytanylu TiOSO4. W takim przypadku zachodzą następujące egzotermiczne reakcje rozkładu:

a także podobne reakcje z tlenkami Mn, Ca, Al i innymi zanieczyszczeniami. Wszystkie reakcje przebiegają energicznie po podgrzaniu, uwalniając duże ilości pary wodnej, H2SO4, SO3 i SO2, które są wychwytywane w płuczce nawadnianej wodą. Reakcję rozkładu prowadzi się metodą okresową.

Liczne próby zastosowania reaktorów ciągłych z mieszaniem mechanicznym nie miały uzasadnienia technicznego i ekonomicznego, gdyż zaobserwowano duże zużycie korozyjne i erozyjne urządzeń.

Kwaśne roztwory siarczanów tytanu, żelaza i innych pierwiastków obecne w surowcach mają złożony koloidalny skład chemiczny, który zmienia się w zależności od zawartości kwasu, temperatury i czasu ekspozycji.

Podczas przeprowadzania reakcji rozkładu reaktor jest w sposób ciągły przepłukiwany sprężonym powietrzem, które miesza zawiesinę, a następnie po krystalizacji soli i zestaleniu stopu staje się on porowaty. Po zakończeniu reakcji rozkładu i ochłodzeniu stopu wydajność tytanu wynosi 96-98%. Do reaktora doprowadzana jest woda (z szybkością otrzymywania roztworu o zawartości TiO2 około 120 g/l) i do roztworu przechodzą wszystkie sole rozpuszczalne w wodzie.

Aby następnie usunąć siarczan żelaza(II) z roztworu siarczanu tytanylu, jony Fe3+ redukuje się do Fe+, po czym do reaktora dodaje się wióry żeliwne. W środowisku kwaśnym zachodzi reakcja redukcji Fe3+ -->- Fe2+ z wydzielonym wodorem. Jednocześnie niewielka ilość (3-5 g/l) Ti4+ ulega redukcji do Ti3+. Związki Ti3+ są silnymi reduktorami, eliminują możliwość ponownego utlenienia Fe2+ na powietrzu i tym samym zapobiegają adsorpcji jonów Fe3+ na dwutlenku tytanu, co nadaje mu żółtą barwę.

Kwaśne roztwory siarczanu tytanylu, siarczanów żelaza, glinu i manganu sedymentuje się lub filtruje z osadów składających się z resztek nierozłożonej rudy, dwutlenku krzemu, nierozpuszczalnego siarczanu wapnia, a następnie klaruje, oddzielając cząstki koloidalne poprzez koagulację przy użyciu flokulantów – wielkocząsteczkowych środków powierzchniowo czynnych . Po krystalizacji próżniowej siarczan żelaza FeSO4*7H2O oddziela się od roztworu przez odwirowanie lub filtrację. Siarczan żelaza jest produktem ubocznym produkcji.

2. Najważniejszym etapem określającym właściwości pigmentowe dwutlenku tytanu jest proces termiczny hydroliza siarczanu tytanylu, postępując zgodnie z reakcją:

Równanie to nie ujawnia złożonego przebiegu reakcji hydrolizy i pełnego składu powstałych substancji. Jony tytanylu w roztworze wodnym tworzą hydroksykompleksy I, II, w których atomy tytanu są połączone mostkami cynowymi. Podczas hydrolizy termicznej następuje przejście mostków cynowych do wiązań okso:

Taki produkt hydrolizy w ogólnym składzie odpowiada w przybliżeniu TiO(OH)2 i nazywa się go metatytankwas
(MTK). W rzeczywistości niektóre główne grupy w polionie są zastępowane przez grupy sulfo, które są częściowo zachowywane jako grupy końcowe w produkcie hydrolizy, który ma strukturę polimerową i nazywany jest uwodnionym dwutlenkiem tytanu (HDT): TiO2*0,71H2O*0,07 SO3.

Aby przyspieszyć hydrolizę i zwiększyć wydajność, a co najważniejsze, aby uzyskać cząstki HDT o określonej wielkości, specjalnie przygotowane zarodki. W celu otrzymania zarodków 0,3-0,5% (mas.), w przeliczeniu na TiO2, kwaśnego roztworu przed hydrolizą przenosi się do oddzielnego reaktora, gdzie przy ciągłym mieszaniu neutralizuje się go roztworem NaOH do pH = 3. W w tym przypadku koloidalny osad hydrozolu wodorotlenku tytanu wytrąca się po 1-2 godzinach ekspozycji w temperaturze 60-80 0C, zamieniając się w zarodki mikrokrystaliczne o zmiennym składzie. Warunki przygotowania zarazków mają decydujący wpływ na proces hydrolizy i jakość pigmentu.

Ponieważ w roztworach o stężeniu TiO2 < 200 g/l, koagulacja produktów hydrolizy następuje wcześnie, co zapobiega krystalochemicznemu wzrostowi cząstek, roztwory przed hydrolizą są wstępnie zatężane do zawartości TiO2 200-240 g/l. Odbywa się to w wyparkach próżniowych w temperaturze 60 0C. Hydroliza prowadzona jest w reaktorach wyposażonych w mieszadło oraz wężownice grzejno-chłodzące. Przygotowany roztwór do wstępnej hydrolizy podgrzewa się, wprowadza zarazki, doprowadza do wrzenia (105-110°C), rozcieńcza wodą i kontynuuje gotowanie aż do 96-97% przemiany siarczanu tytanylu w HDT, który oddziela się od roztworu przesączono i przemyto wodą. Siarczany nie hydrolizują w środowisku kwaśnym i pozostają w roztworze kwasu siarkowego.

Wytrącony HDT przemywa się 3-6 razy, w ostatnich etapach wodą demineralizowaną. Nie jest jednak możliwe całkowite wypłukanie mocno zaadsorbowanych jonów Fe3+. W celu usunięcia pozostałych jonów Fe3+ przeprowadza się „wybielanie”: jony Fe3+ redukuje się wodorem do Fe2+, do którego wprowadza się proszek cynkowo-metaliczny i chemicznie czysty kwas siarkowy. Po wybieleniu przeprowadza się obróbkę solą, dodając do 3% (masowo) ZnO i specjalnie przygotowanych nasion rutylu w celu uzyskania rutylowej formy TiO2. Aby uzyskać anatazową formę TiO2, wprowadza się mineralizator K2CO3, który ułatwia usuwanie wody podczas kalcynacji, oraz 0,5% kwas fosforowy, który stabilizuje formę anatazu.

3. Następnym etapem jest
kalcynacja silników turbinowych z gazem otrzymywanie dwutlenku tytanu:

Podczas kalcynacji usuwany jest także SO3 wraz z wodą [skład HDT TiO2*0,71H2O*0,07SO3].

Kalcynację prowadzimy w rurowych piecach obrotowych w temperaturze 850-900 0C, czas przebywania produktu w piecach wynosi około 8 h. Spaliny opuszczające piece poddawane są oczyszczaniu na mokro z przenoszonego pyłu SO3, H2SO4 i TiO2 usuwane przez gazy w płuczkach nawadnianych wodą amoniakalną. Powstały dwutlenek tytanu chłodzi się i mieli.

4. Końcowe operacje wytwarzania pigmentowego dwutlenku tytanu to mielenie na mokro, klasyfikacja cząstek w rozmiarze i obróbka powierzchniowa(patrz schemat). Dwutlenek tytanu, uprzednio rozdrobniony na sucho, ponownie rozciera się w oczyszczonej wodzie (300-350 g/l TiO2), dodaje się krzemian sodu i zasady i poddaje

ciągłe mielenie na mokro w kulę lub V młyn do koralików. Pulpa wypływająca z młyna kierowana jest do hydrocyklonów lub wirówek w celu klasyfikacji cząstek. Oddzielone cząstki o wielkości większej niż 1 mikron są zawracane do ponownego mielenia.

Pulpę o cząstkach mniejszych niż 1 mikron poddaje się działaniu soli roztworami Al(SO4)3, NaOH, Na2SiO3, ZnSO4 i poddaje koagulacji. Osad TiO2 odsącza się i przemywa od jonów Na+ i SO42-. W zależności od dalszego przeznaczenia dwutlenek tytanu poddaje się działaniu modyfikatorów – środków powierzchniowo czynnych lub związków krzemoorganicznych. Powstały pigment, dwutlenek tytanu, suszy się, mikronizuje i pakuje. Do przedsiębiorstw produkujących farby i lakiery wodorozcieńczalne dwutlenek tytanu transportowany jest w zbiornikach w postaci 65-70% wodnej pasty. Operacja suszenia w proces technologiczny otrzymywanie TiO2 w ten sposób jest wykluczone.

Wadą metody kwasu siarkowego jest duże zużycie kwasu siarkowego - 2,1 tony na 1 tonę dwutlenku tytanu. Wszystko Kwas Siarkowy zamienia się w odpady: kwaśny osad, siarczan żelazawy, rozcieńczony i zanieczyszczony kwas „hydrolityczny” oraz bardzo rozcieńczone kwaśne wody z przemywania siarczanu żelazawego, silników turbinowych gazowych i emisji gazów.

Siarczan żelaza, otrzymywany w ilości 3,2-3,6 tony na 1 tonę TiO2, stosowany jest do produkcji pigmentów żółtego i czerwonego tlenku żelaza oraz jako koagulant przy oczyszczaniu wody wodociągowej. Nadmiar witriolu kalcynuje się wapnem i otrzymuje się „granulki” – surowiec do wytapiania surówki w wielkim piecu. Uwolnione gazy SO2 i SO3 są ponownie przekształcane w kwas siarkowy.

Bardzo trudno jest zatężyć rozcieńczony 15-20% kwas hydrolityczny, gdyż obecne w nim Al, Mg, Fe i inne sole tworzą żelową zawiesinę. Do produkcji nawozu – superfosfatu wykorzystuje się kwas hydrolityczny.

Zatem produkcja dwutlenku tytanu metodą kwasu siarkowego jest złożonym kompleksem produkcji kwasu siarkowego, superfosfatu, pigmentów tlenku żelaza i surowców metalurgicznych, a czasami wytapiania żelaza, a mimo to pozostają duże ilości osadów i silnie rozcieńczonych kwaśnych wód płuczących nie używany.

Chloreksposób. Produkcja pigmentu tą metodą polega na chlorowaniu brykietów z wysokoskoncentrowanych surowców zawierających tytan za pomocą środka redukującego koks w reaktorze ciągłym w temperaturze 800 0C:

Jednocześnie chlorowane są także zanieczyszczenia Fe(II i III), Al i Si. Czterochlorek tytanu TiCI4 jest cieczą o temperaturze wrzenia 1350C i temperaturze krzepnięcia 230C. Trójchlorek żelaza jest ciałem stałym o temperaturze topnienia 282 0C i temperaturze wrzenia 3150C. Dichlorek żelaza FeCl2 jest również substancją stałą, sublimuje w temperaturze 672 0C. Duża różnica temperatur wrzenia chlorków tytanu i żelaza umożliwia dwukrotną rektyfikację w celu oddzielenia produktów chlorowania w celu wytworzenia TiCl4 o wysokiej czystości i odpadów SiCl4, FeCl3. Dlatego do metody chlorkowej dopuszczalne są wyłącznie surowce o bardzo dużej zawartości. TiO2 (co najmniej 85%). W powietrzu TiCl4 silnie dymi, hydrolizując do Ti(OH)4, dlatego cały sprzęt musi być szczelny i odporny na działanie chloru.

Czysty TiCl4 jest przetwarzany na TiO2 przy użyciu jednej z dwóch poniższych metod.

1. Utlenianie
TiCl 4 powietrze (rozcieńczone azotem w celu obniżenia temperatury):

Reakcję prowadzi się w specjalnym palniku. Chlor rozcieńczony azotem jest regenerowany i zawracany do procesu chlorowania. Metodą progresywną jest spalanie TiCl4 w plazmotronie, gdzie tlen atmosferyczny jest wstępnie jonizowany poprzez ogrzewanie do 2000 0C za pomocą początkowego łuku galwanicznego i stałego ogrzewania elektrycznego o wysokiej częstotliwości. Powstałe cząstki TiO2 poddawane szybkiemu chłodzeniu – „utwardzaniu” w celu uniknięcia ich wzrostu, agregacji i spiekania.

2. Hydroliza z parą wodną przegrzaną do 4000C zgodnie z reakcją:

Powstały w tym procesie anataz szybko zamienia się w rutyl. Hydroliza w fazie gazowej jest rzadko stosowana, ponieważ konieczna jest regeneracja chloru z HCl, co jest kosztowne.

Otrzymany obiema metodami silnie zdyspergowany dwutlenek tytanu oddziela się od gazów reakcyjnych w elektrofiltrach. Aby usunąć zaadsorbowany Cl2 lub HCl, przeprowadza się odchlorowanie poprzez przedmuch przegrzaną parą. Cały sprzęt do metody produkcji chlorków TiO2 wykonane z czystego. metaliczny tytan, dzięki czemu produkt nie ulega zanieczyszczeniu oraz charakteryzuje się wysoką białością i dobrą zdolnością wybielającą. Podczas procesu utleniania do strefy reakcji można wprowadzić modyfikatory – aluminium i krzem.

Proces produkcji chlorku TiCl4 charakteryzuje się zastosowaniem szczególnie hermetycznej aparatury i wysokim standardem produkcji. Jest to konieczne, aby zapobiec zanieczyszczeniu środowisko chlor i inne odpady (FeCl2 i FeCl3).

W praktyce światowej mniej niż 30% wytwarza się metodą chlorkową. TiO2 ale ta metoda jest obiecująca, ponieważ jest również powiązana z produkcją czystego tytanu metalicznego z TiCl4.

Barwnik E171 (dwutlenek tytanu) to biały pigment spożywczy, nierozpuszczalny w wodzie i roztworach kwasów, szeroko stosowany w przemyśle spożywczym. różne branże przemysł. Dodatek zwany także bielą tytanową i dwutlenkiem tytanu (TiO2, dwutlenek tytanu) wytwarzany jest w postaci proszku o przezroczystych kryształach, które po podgrzaniu żółkną.

W przyrodzie występują trzy odmiany dwutlenku tytanu: strumyk i rutyl z anatazem, jednak dopiero krystaliczna struktura tych dwóch ostatnich pozwala uzyskać z nich substancję odpowiednią do zastosowania. Jego główną poszukiwaną właściwością jest wyjątkowa zdolność wybielania, co w połączeniu z nietoksycznością, zwiększoną odpornością na chemikalia, warunki atmosferyczne i wilgoć, czyni go tak cennym dla konsumenta.

I możliwość nadawania idealnej bieli, bardziej atrakcyjnej wygląd produktów jadalnych bez wpływu na ich smak i zapach doprowadziło do powszechnego stosowania tego dodatku w przemyśle spożywczym. Konsumencka postać dwutlenku tytanu, będąca głównym produktem przetwórstwa tytanu, jest zwykle substancją prawie czystą z niewielkimi domieszkami tlenku glinu i krzemionki w celu poprawy cechy technologiczne produkt.

Główne zastosowania dwutlenku tytanu

Substancja o czystości referencyjnej do 99,99%, otrzymywana w procesie hydrolizy termicznej, stosowana jest do produkcji szkieł wyjątkowo przezroczystych, mających zastosowanie w radioelektronice, światłowodach, medycynie i piezoceramice. Wychodząc naprzeciw szerokiemu zapotrzebowaniu konsumentów, możliwa jest produkcja dwutlenku tytanu jako barwnika pigmentowego w kilku różnych frakcjach, dostosowanych do konkretnego zastosowania, które determinuje wielkość i kształt kryształów oraz rodzaj obróbki powierzchni (organiczna lub nieorganiczna).

W przemyśle biel tytanową wykorzystuje się do wytwarzania wyrobów farb i lakierów o ulepszonych właściwościach kryjących, które chronią malowane powierzchnie przed promieniowaniem ultrafioletowym, starzeniem i żółknięciem powłoki. Dodawane są także do wyrobów z tworzyw sztucznych (konstrukcje okienne, elementy mebli, sprzęt AGD i samochody), co oprócz nadawania wysokiej intensywności białego koloru, zwiększa ich odporność na negatywne wpływy.

W produkcji ceramiki, szkła i gumy dwutlenek tytanu często wykorzystuje się jako katalizator reakcji chemicznych lub obojętny materiał bazowy, co pozwala na użytkowanie wytworzonych z nich wyrobów w podwyższonych temperaturach. Ten sam dodatek zwiększa odporność farby drukarskiej na blaknięcie, matuje skręcone włókna przy produkcji tkanin syntetycznych oraz poprawia strukturę masy papierniczej poprzez jej bielenie w przemyśle papierniczym i tekturowym. Znane jest również pozytywne działanie dwutlenku tytanu, którego celem jest ochrona drewna przed promieniowaniem słonecznym, oczyszczanie powietrza i zwiększanie wydajności topników spawalniczych.

Zastosowanie TiO2 w kosmetykach i farmacji

Najbardziej powszechnym zastosowaniem dwutlenku tytanu w kosmetykach jest Przemysł spożywczy i farmaceutyki. W najnowszej produkcji dodawany jest jako pigment, który nadaje lekom wysoki stopień białości i nieprzezroczystości otoczek tabletek.

W kosmetyce substancja TiO2 stosowana jest jako środek chroniący przed promieniowaniem ultrafioletowym, uważany za jeden z najlepszych do neutralizacji promieni UV przy produkcji filtrów przeciwsłonecznych, jako biały pigment lub wypełniacz w kosmetykach dekoracyjnych (pudry, szminki, cienie do powiek), antyperspirantach, mydłach i makaron dentystyczny.

Wiedząc, jak rozcieńczyć dwutlenek tytanu, fani kosmetyków naturalnych robią mydło wykonane samodzielnie o specjalnych właściwościach nawet w domu. Oprócz pożądanego odcienia koloru, nadaje produktom odporność na działanie światła i siłę krycia. Wykorzystywany jest także do produkcji innych rodzajów pigmentów do surowców kosmetycznych, np. miki tytanowej (masy perłowej).

Dodatek ma szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym

Najbardziej rozpowszechnione jest zastosowanie dodatku E171 w przemyśle spożywczym. Służy zarówno do nadawania określonych właściwości produktom, jak i do ochrony ich opakowań plastikowych przed blaknięciem i promieniowaniem ultrafioletowym. Dotyczy to szczególnie produkcji wyrobów w proszku, szybko przygotowanych półproduktów, mleka w proszku itp.

Dzięki zastosowaniu dwutlenku tytanu, produktów rybnych, sosów (z tartym chrzanem, majonezem i innymi), glazury cukiernicze, cukierki i biała czekolada uzyskują atrakcyjny optycznie wygląd. Stosowany jest także do klarowania mąki do wyrobu pierogów i innych półproduktów ciasta, a także pasztetów, kiełbas i smalcu podczas przetwórstwa mięsnego.

Składnik żywności E171, oficjalnie zatwierdzony przez normy i przepisy sanitarne, nie rozpuszcza się w soku żołądkowym i nie wchłania się w jelitach, nie pozostaje w tkankach i jest całkowicie eliminowany z organizmu. Do chwili obecnej badania kliniczne stosowania dwutlenku tytanu nie udokumentowały żadnych szkód wynikających z jego spożycia, jednak aby obniżyć cenę produktów, niektórzy producenci starają się stosować alternatywne pigmenty, które nie są tak bezpieczne dla zdrowia.

Nie zaleca się również przekraczania dziennej dawki optymalnej zawartości dwutlenku tytanu w diecie, która wynosi około 1%, dla osób o słabej odporności, cierpiących na choroby nerek i wątroby, choć istnieją dane dotyczące jego możliwego negatywnego wpływu na te narządy nie zostały jeszcze dostatecznie zbadane, a badania są w toku.

Produkcja jakiegokolwiek produktu spożywczego nie może dziś obejść się bez specjalnych dodatków. Rzeczywiście, za pomocą tych związków chemicznych wydłuża się okres przydatności produktu do spożycia, poprawia się jego kolor, konsystencja i zapach. Co to jest dwutlenek tytanu? Ostatnio powyższe często można znaleźć w wielu rybach, mięsie i pieczywo, słodycze i białą czekoladę.

Krótki opis dwutlenku tytanu

E171 to dodatek składający się z kilku bezbarwnych kryształów, które po podgrzaniu zmieniają kolor na żółty.

Ten związek chemiczny otrzymywany jest metodą siarczanową (z koncentratu ilmenitu) lub chlorkową (z czterochlorku tytanu).

Charakterystyka E171:

  • nietoksyczny;
  • nie rozpuszcza się w wodzie;
  • ma odporność chemiczną;
  • wysoka zdolność wybielania;
  • odporność na warunki atmosferyczne i wilgoć.

Barwnik dwutlenek tytanu nie wpływa na smak produktu. Jego głównym zadaniem jest nadanie mu śnieżnobiałego wyglądu.

Zastosowania dwutlenku tytanu

Jest to aktywnie wykorzystywane w takich branżach jak:

  • produkcja farb i lakierów, tworzyw sztucznych i papieru;
  • przemysł spożywczy.

Dwutlenek tytanu stosowany jest także w kosmetykach. Dodaje się go do mydeł, kremów, aerozoli, pomadek, różnych pudrów i cieni.

E171 w przemyśle spożywczym stosowany jest do produkcji szybkich śniadań, produktów w proszku, mleka w proszku, paluszków krabowych, majonezów, gum do żucia, białej czekolady i cukierków.

E171 stosuje się również do wybielania mąki. Do masy wraz z mąką dodaje się potrzebną ilość barwnika i ciasto dokładnie miesza się tak, aby maksymalnie rozprowadzić substancję. Dawkowanie wynosi: od 100 do 200 gramów na 100 kg mąki.

Dwutlenek tytanu stosowany jest także w przemyśle przetwórstwa mięsnego. Przecież powyższy związek chemiczny ma doskonałą zdolność do dyspergowania. Dodatkowo E171 zabiela pasztety, smalec i inne wyroby delikatesowe.

Powyższy dodatek wykorzystuje się także do produkcji konserw warzywnych w celu rozjaśnienia tartego chrzanu.

Dwutlenek tytanu: szkoda

Badania przeprowadzone przez naukowców nad negatywnym działaniem ww. suplementu diety potwierdzają: E171 nie rozpuszcza się w soku żołądkowym i nie jest wchłaniany przez ściany jelit przez organizm. Dlatego zdaniem przedstawicieli oficjalnej medycyny dwutlenek tytanu nie ma negatywnego wpływu na zdrowie człowieka. Na podstawie tych danych dopuszcza się stosowanie powyższego dodatku do żywności w produkcji żywności (SanPin 2.3.2.1293-03).

Nadal jednak pojawiają się sugestie dotyczące potencjalnego zagrożenia, jakie może stanowić dwutlenek tytanu. Naukowcy zbadali jego szkodliwość w następujący sposób: przeprowadzono testy na szczurach, które wdychały ten proszek. Wyniki badań: dwutlenek tytanu jest rakotwórczy dla ludzi i może powodować rozwój raka.

Niektórzy naukowcy twierdzą, że suplement E171 może niszczyć organizm człowieka na poziomie komórkowym. Informacje te potwierdzają jedynie eksperymenty na gryzoniach.

Pomimo twierdzeń przedstawicieli oficjalnej medycyny, że dwutlenek tytanu jest nieszkodliwy, eksperymenty z nim trwają. Eksperci nie zalecają przekraczania dawki pokarmowej (1% dziennie) osobom z osłabionym układem odpornościowym.

Dwutlenek tytanu w kosmetykach

Powyższy dodatek wykorzystywany jest do produkcji produktów do pielęgnacji skóry. Faktem jest, że dwutlenek tytanu ma następującą właściwość: zmniejsza negatywny wpływ promieni słonecznych na ludzką skórę. Oznacza to, że E171 jest filtrem ultrafioletowym.

Neutralność chemiczna to kolejna, nie mniej ważna właściwość tego związku chemicznego. Oznacza to, że dwutlenek tytanu nie wchodzi w reakcję ze skórą i nie powoduje alergii.

Do produkcji kosmetyków wykorzystuje się wyłącznie wysoko oczyszczony E171 o drobno zdyspergowanej strukturze.

Dwutlenek tytanu jest dodatkiem aktywnie wykorzystywanym zarówno w przemyśle spożywczym, jak i przy produkcji kosmetyków i innych produktów. Przestrzeganie dawkowania E171 nie powoduje szkody dla zdrowia. Nadmierne ilości powyższego związku chemicznego mogą być przyczyną poważnych problemów w organizmie człowieka.

). Sztucznie uzyskano jeszcze dwie modyfikacje wysokociśnieniowe - rombową IV i sześciokątną V.

Charakterystyka sieci krystalicznej
Modyfikacja/Opcja Rutyl Anataz Brookit Rombowy IV Sześciokątny V
Podstawowe parametry sieci, nm A 0,45929 0,3785 0,51447 0,4531 0,922
B - - 0,9184 0,5498 -
C 0,29591 0,9486 0,5145 0,4900 0,5685
Liczba jednostek formuły w komórce 2 4 8
Grupa kosmiczna P4/min I4/amd Pbca Pbcn

Po podgrzaniu zarówno anataz, jak i strumyk nieodwracalnie przekształcają się w rutyl (temperatury przejścia wynoszą odpowiednio 400-1000 °C i około 750 °C). Podstawą struktur tych modyfikacji są oktaedry TiO 6, czyli każdy jon Ti 4+ jest otoczony przez sześć jonów O 2-, a każdy jon O 2- jest otoczony trzema jonami Ti 4+. Ośmiościany są ułożone w taki sposób, że każdy jon tlenu należy do trzech oktaedrów. W anatazie na oktaedr przypada 4 wspólne krawędzie, w rutylu - 2.

Będąc w naturze

W czystej postaci występuje w przyrodzie w postaci minerałów rutylu, anatazu i strumyka (w strukturze dwa pierwsze mają układ tetragonalny, a drugi ortorombowy), przy czym główną część stanowi rutyl.

Nieruchomości

Właściwości fizyczne, termodynamiczne

Czysty dwutlenek tytanu to bezbarwne kryształy (pod wpływem ogrzewania zmieniają kolor na żółty). Ze względów technicznych stosuje się go w stanie rozdrobnionym, stanowiącym biały proszek. Nierozpuszczalny w wodzie i rozcieńczonych kwasach mineralnych (z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego).

  • Temperatura topnienia rutylu - 1870°C (według innych źródeł - 1850°C, 1855°C)
  • Temperatura wrzenia rutylu wynosi 2500 °C.
  • Gęstość w 20 °C:
dla rutylu 4,235 g/cm 3 dla anatazu 4,05 g/cm 3 (3,95 g/cm 3 ) dla potoku 4,1 g/cm 3

Temperatury topnienia, wrzenia i rozkładu dla innych modyfikacji nie są wskazane, ponieważ po podgrzaniu przekształcają się w postać rutylu (patrz).

W wyniku gęstszego upakowania jonów w krysztale rutylu wzrasta ich wzajemne przyciąganie, maleje aktywność fotochemiczna, wzrasta twardość (ścierność), współczynnik załamania światła (2,55 dla anatazu i 2,7 dla rutylu) oraz wzrasta stała dielektryczna.

Właściwości chemiczne

Dwutlenek tytanu jest amfoteryczny, co oznacza, że ​​wykazuje zarówno właściwości zasadowe, jak i kwasowe (choć reaguje głównie ze stężonymi kwasami).

Powoli rozpuszcza się w stężonym kwasie siarkowym, tworząc odpowiednie sole czterowartościowego tytanu:

2TiO 2 + 4NH 3 →(t) 4TiN + 6H 2 O + O 2

Po stopieniu z tlenkami, wodorotlenkami i węglanami powstają tytaniany i podwójne tlenki:

Właściwości toksyczne, skutki fizjologiczne, właściwości niebezpieczne

TLV (limit graniczny w USA): jako TWA (USA) 10 mg/m3 A4 (ACGIH 2001).

Górnictwo i produkcja

Pełny artykuł dotyczący otrzymywania tlenku tytanu(IV).

Światowa produkcja dwutlenku tytanu na koniec 2004 roku osiągnęła poziom około 5 milionów ton.

Główni producenci i eksporterzy dwutlenku tytanu to:

W ostatnich latach produkcja dwutlenku tytanu w Chinach rośnie niezwykle szybko.

W Rosji nie produkuje się pigmentowego dwutlenku tytanu, ale produkuje się gatunki techniczne stosowane w metalurgii. W WNP dwutlenek tytanu jest produkowany na Ukrainie przez przedsiębiorstwa „Sumykhimprom”, miasto Sumy, „Krymski Tytan”, Armiańsk) i przedsiębiorstwo „Zakłady tytanowo-magnezowe” (Zaporoże). Państwowy Instytut Nawozów Mineralnych i Pigmentów w Sumy (MINDIP) w swoich pracach badawczych szczególną uwagę zwraca na technologię wytwarzania tlenku tytanu (IV) metodą siarczanową: prace badawcze, opracowanie nowych gatunków, unowocześnienie technologii i oprzyrządowania procesu.

Jak wspomniano powyżej, dwutlenek tytanu występuje w postaci minerałów, ale to źródło jest niewystarczające, dlatego powstaje go dużo. Istnieją dwie główne przemysłowe metody produkcji TiO 2: z koncentratu ilmenitu (FeTiO 3) i z czterochlorku tytanu.

Produkcja dwutlenku tytanu z koncentratu ilmenitu

Technologia produkcji składa się z trzech etapów:

  • otrzymywanie roztworów siarczanu tytanu (przez traktowanie koncentratów ilmenitu kwasem siarkowym). W rezultacie otrzymuje się mieszaninę siarczanu tytanu i siarczanów żelaza (II) i (III), ten ostatni redukuje się metalicznym żelazem do stopnia utlenienia żelaza +2. Po odzyskaniu roztwory siarczanów oddziela się od osadu za pomocą bębnowych filtrów próżniowych. Siarczan żelaza(II) oddziela się w krystalizatorze próżniowym.
  • hydroliza roztworu soli siarczanu tytanu. Hydrolizę przeprowadza się poprzez wprowadzenie zarodków (otrzymuje się je poprzez wytrącenie Ti(OH) 4 z roztworów siarczanu tytanu za pomocą wodorotlenku sodu). Powstałe cząstki hydrolizatu (hydraty ditlenku tytanu) na etapie hydrolizy mają dużą zdolność adsorpcji, szczególnie w odniesieniu do soli Fe 3+, dlatego na poprzednim etapie żelazo żelazowe ulega redukcji do dwuwartościowego. Zmieniając warunki hydrolizy (stężenie, czas trwania etapów, liczbę zarodków, kwasowość itp.), można osiągnąć wydajność cząstek hydrolizatu o pożądanych właściwościach, w zależności od zamierzonego zastosowania.
  • obróbka cieplna hydratów dwutlenku tytanu. Na tym etapie zmieniając temperaturę suszenia i stosując dodatki (takie jak tlenek cynku, chlorek tytanu oraz stosując inne metody, można przeprowadzić rutylizację (czyli przebudowę tlenku tytanu do modyfikacji rutylowej). stosuje się piece bębnowe o długości 40-60 m. Podczas obróbki cieplnej odparowuje się wodę (wodorotlenek tytanu i hydraty tlenku tytanu przekształcane są do postaci dwutlenku tytanu) oraz dwutlenek siarki.

Produkcja dwutlenku tytanu z czterochlorku tytanu

Istnieją trzy główne metody wytwarzania dwutlenku tytanu z jego czterochlorku:

  • hydroliza wodnych roztworów czterochlorku tytanu (po której następuje obróbka cieplna osadu)
  • hydroliza w fazie gazowej czterochlorku tytanu (oparta na oddziaływaniu par czterochlorku tytanu z parą wodną). Proces zazwyczaj prowadzi się w temperaturze 900-1000°C
  • obróbka cieplna czterochlorku (spalanie w strumieniu tlenu)

Aplikacja

Główne zastosowania dwutlenku tytanu:

Światowe moce produkcyjne pigmentów na bazie dwutlenku tytanu (tys. ton/rok)
2001 2002 2003 2004
Ameryka 1730 1730 1730 1680
Zachód. Europa 1440 1470 1480 1480
Japonia 340 340 320 320
Australia 180 200 200 200
Inne kraje 690 740 1200 1400
Całkowity 4380 4480 4930 5080

Inne zastosowania - w produkcji wyrobów gumowych, produkcji szkła (szkło żaroodporne i optyczne), jako materiał ogniotrwały (powłoki elektrod spawalniczych i powłoki form odlewniczych), w kosmetyce (mydło itp.), w przemyśle spożywczym ( dodatek do żywności E171).

Ceny i rynek

Ceny dwutlenku tytanu różnią się w zależności od czystości i marki. Tak więc szczególnie czysty (99,999%) dwutlenek tytanu w postaci rutylu i anatazu kosztuje we wrześniu 0,5-1 dolara za gram (w zależności od wielkości zakupu), a techniczny dwutlenek tytanu - 2,2-4,8 dolara za kilogram w zależności od marki i wielkość zakupów.

Standardy

  • Pigment z dwutlenku tytanu. Dane techniczne GOST 9808-84

Obecnie dwutlenek tytanu zgodnie z GOST 9808-84 nie jest produkowany.

  • Pigment z dwutlenku tytanu. TU U 24.1-05762329-001-2003

Według Specyfikacja techniczna Działa SJSC „Titan” (Armensk).

  • Pigment z dwutlenku tytanu. TU U 24.1-05766356-054:2005

OJSC Sumykhimprom (Sumy) działa zgodnie z niniejszymi warunkami technicznymi.

Bibliografia

  1. B.V. Niekrasow. Podstawy chemii ogólnej. Zawiązany. 3., reż. i dodatkowe Wydawnictwo „Chemia”, 1973, s. 644, 648
  2. T. G. Achmetow, R. T. Porfiryeva, L. G. Gaisin i inni. Technologia chemiczna substancji nieorganicznych: w 2 książkach. Książka 1 wyd. T. G. Akhmetova.-M.: Higher School, 2002 ISBN 5-06-004244-8 s. 369-402
  3. Chemia: Nr ref. wyd./V. Schröter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak i in.: Trans. z nim. Wyd. 2, stereotyp. - M.: Chemia, 2000. s. 411
  4. Encyklopedia chemiczna (wersja elektroniczna) s. 593, 594

Spinki do mankietów

  • Światowy rynek pigmentowego dwutlenku tytanu Stan, trendy, prognozy
  • TiO2 – dwutlenek tytanu | Dwutlenek tytanu (dwutlenek tytanu) | Właściwości, zakres, producenci dwutlenku tytanu
  • Międzynarodowa karta charakterystyki chemicznej dwutlenku tytanu
  • Dwutlenek tytanu Informacje z chemicznej bazy danych Uniwersytetu w Akron

Notatki

  1. http://www.snab.ru/lkm2/01/03.pdf
  2. Encyklopedia chemiczna