Производство диоксида титана из ильменитового концентрата
Технология производства состоит из трёх этапов:
1.Получение растворов сульфата титана (путём обработки ильменитовых концентратов серной кислотой). В результате получают смесь сульфата титана и сульфатов железа (II) и (III), последний восстанавливают металлическим железом до степени окисления железа +2. После восстановления на барабанных вакуум-фильтрах отделяют растворы сульфитов от шлама. Сульфат железа(II) отделяют в вакуум-кристаллизаторе.
2.Гидролиз раствора сульфатных солей титана. Гидролиз проводят методом введения зародышей (их готовят осаждая Ti(OH)4 из растворов сульфата титана гидроксидом натрия). На этапе гидролиза образующиеся частицы гидролизата (гидратов диоксида титана) обладают высокой адсорбционной способностью, особенно по отношению к солям Fe3+, именно по этой причине на предыдущей стадии трёхвалентное железо восстанавливается до двухвалентного. Варьируя условия проведения гидролиза (концентрацию, длительность стадий, количество зародышей, кислотность и т. п.) можно добиться выхода частиц гидролизата с заданными свойствами, в зависимости от предполагаемого применения.
3.Термообработка гидратов диоксида титана. На этом этапе, варьируя температуру сушки и используя добавки, такие как оксид цинка, хлорид титана и используя другие методы можно провести рутилизацию,то есть перестройку оксида титана в рутильную модификацию. Для термообработки используют вращающиеся барабанные печи длиной 40—60 м. При термообработке испаряется вода (гидроксид титана и гидраты оксида титана переходят в форму диоксида титана), а также диоксид серы.
Является основным продуктом титановой индустрии (на производство чистого титана идёт лишь около 5 % титановой руды).
Слайд 8
Производство диоксида титана из тетрахлорида титана
Сырьём служит тетрахлорид титана(TiCl4).
Существуют три основных метода получения диоксида титана из его тетрахлорида:
· гидролиз водных растворов тетрахлорида титана (с последующей термообработкой осадка)
· парофазный гидролиз тетрахлорида титана (основан на взаимодействии паров тетрахлорида титана с парами воды)при 400 °C.
· термообработка тетрахлорида (сжигание в токе кислорода)Процесс обычно ведётся при температуре 900—1000 °C
Слайд 9
На поверхности диоксида титана содержаться гидроксильные группы, которые могут иметь как кислотный, так и основной характер [3].
Анатаз гидролизуется по схеме:
при этом его частицы заряжаются положительно. В таком состоянии на поверхности диоксида титана адсорбируются вещества, имеющие основный характер
Рутил гидролизуется по схеме:
а его частицы заряжаются отрицательно. Соответственно на поверхности адсорбируются вещества, имеющие кислотный характер.
В промышленности диоксид титана выпускается в форме смеси двух аллотропных модификаций, поэтому на поверхности TiО2 могут одновременно адсорбироваться как кислоты и мыла, так и амины.
Слайд 10
Средний размер частиц менее 100нм.
Представленные наноразмерные оксиды титана имеют хорошую прозрачность и отличную способность к поглощению ультрафиолетового излучения в длинноволновом (UVA) и средневолновом (UVB) диапазонах, в отличие от обычного диоксида титана. Нано оксид титана не растворим в воде, органических кислотах, слабых неорганических кислотах. Растворим в серной и фтористоводородной кислотах, щелочах [4].
Слайд 11
В настоящее время крупнейшими компаниями, занимающимися производством диоксида титана, являются DuPont Titanium Technologies, National Titanium Dioxide Co., Ltd. (Cristal), Huntsman Pigments, Tronox, Inc., Kronos Worldwide, Inc., Sachtleben Chemie GmbH, Ishihara Sangyo Kaisha [5].
По данным компании ARTIKOL, в конце 2008 г. мощности по производству диоксида титана компании DuPont составляли 1150 тыс. тонн в год, Cristal – 705 тыс. т в год, Hunstman – 659 тыс. т/год, Tronox – 642 тыс. т/год, Kronos – 532 тыс. т/год, Sachtleben – 240 тыс. т/го, Ishihara - 230 тыс. т/год [5].
Цены на диоксид титана отличаются в зависимости от степени чистоты и марки. Так, особо чистый (99,999 %) диоксид титана в рутильной и анатазной форме стоил в сентябре 2006 года 0,5—1 доллара за грамм (в зависимости от размера покупки), а технический диоксид титана — 2,2—4,8 доллара за килограмм в зависимости от марки и объёма покупки [5].
Минувший 2012 г. нельзя назвать благоприятным для европейских производителей: вопреки прогнозам, спрос на двуокись титана снизился, и это обстоятельство не замедлило сказаться на рентабельности предприятий. В 2012 г. объемы производства превысили спрос, вследствие чего на европейском рынке возник профицит TiO2 [6].
Слайд 12,13
В таблицах приведены марки нанодиоксида титана NTitanium и AEROXIDE. Производитель NTitanium NanoFormula (г. Нарва, Эстония).
Производитель AEROXIDE Evonik Industries(Германия).
NTitanium-01 – двуокись титана анатазного типа, включающая другие оксиды металлов и окислов. Он может быть использован как фотокаталитический материал. Под воздействием света с длиной волны менее 400нм, материал выделяет электроны, создавая заряженную зону на поверхности, воздействуя на абсорбированные кислород (O2) и воду (H2O), образуя активные анионные радикалы. Эти радикалы разлагают опасные газы, и органические загрязнения. Данный процесс называется фотокатализом. Благодаря своим фотокаталитическим свойствам материал может широко использоваться для очистки воздуха и вредных выбросов. NTitanium-01 – стабильно в широком диапазоне поглощает свет.
NTitanium-02 –двуокись титана в рутильной форме. Хорошо экранирует ультрафиолетовое излучение. Может быть использован в сочетании с оксидом цинка. Под действием ультрафиолетовых лучей и кислорода он приобретает хорошие бактерицидные свойства. Материал может быть использован в солнцезащитной косметике, в функциональных химических волокнах, в высококачественных пластиках и в других сферах.
NTitanium-03 – двуокись титана, рутил. Обладает гидрофильными свойствами. Средний размер частиц менее 80нм. Удельная поверхность 30м2/г. Приятный на ощупь. Подходящий в качестве экранирующего агента в солнцезащитной косметике.
NTitanium-04 – обладает теми же свойствами, что и NTitanium-03. Отличие: гидрофобный, хорошо смешивается с жирами.
NTitanium-03H и NTitanium-04H – с теми же свойствами, что NTitanium-03 и NTitanium-04, предназначены только для косметики. Они лучше абсорбируют ультрафиолетовое облучение UVA и UVB по сравнению с органическими добавками и хорошо сочетаются с другим косметическим сырьем. Это идеальные добавки, экранирующие ультрафиолетовое излучение[4].
Слайд 14,15
Основные применения диоксида титана
· производство лакокрасочных материалов, в частности, титановых белил — 57 % от всего потребления (диоксид титана рутильной модификации обладает более высокими пигментными свойствами — светостойкостью, разбеливающей способностью и др.)
· производство пластмасс — 21 %
· производство ламинированной бумаги — 14 %
· В материалах для защиты от ультрафиолетового излучения, в химических волокнах, в печатных красках, покрытиях.
· Для фотокатализа, в производстве самоочищающегося стекла, самоочищающейся керамики, в антибактериальных материалах, для очистки воздуха, очистки стоков, в химической индустрии.
· В косметике, для солнцезащитных кремов, утренних и вечерних кремов, увлажняющих и освежающих кремов и т.п.
· В упаковочных материалах, используемых в пищевой упаковки.
· Как покрытие в бумажной индустрии.
· В космической индустрии.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Химическая энциклопедия (электронная версия). — С. 593, 59
2. Рабинович. В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник Л.:Химия, 1977 с. 105
3. http://vseokraskah.net/pigmenty/ximicheskoe-modificirovanie-poverxnosti-dioksida-titana.html
4. http://ru.nanoformula.eu/Mobile/aspx/n_titanium.aspx
5. http://www.infogeo.ru/metalls/press/?act=show&rev=4600
6. http://www.titanium-chemical.com/