Диоксида Титана: Обзор Технологий Производства

Опубликованно: 17/10/2008 |Комментарии: 0 | Показы: 12,711 |

Свойства диоксида титана

Чистый диоксид титана (TiO2) - это бесцветное твердое кристаллическое вещество. Несмотря на бесцветность, в больших количествах диоксид титана чрезвычайно эффективный белый пигмент, если он хорошо очищен. TiO2 практически не поглощает никакого падающего света в видимой области спектра.
Свет или передается, или преломляется через кристалл или же отражается на поверхностях. TiO2 - это стабильное (самый стабильное из всех известных белых пигментов), нелетучее, нерастворимое в кислотах, щелочах и растворах при нормальных условиях вещество. Диоксид титана отличается высокой реакционной устойчивостью к различным соединениям, в том числе и к токсичным, содержащимся в воздушной среде. Из-за своей инертности, диоксид титана не токсичен и, в общем, считается очень безопасным веществом. Он может контактировать с продуктами в упаковке, а в определенных концентрациях его можно использовать и как пищевой краситель. 
TiO2 - полиморфен и встречается в трех основных кристаллических формах. Существуют три формы, анатаз (октаэдрит), рутил и брукит, последний в природе встречаются редко и, хотя эту форму и готовят в лабораториях, коммерческого интереса она не представляет.
Рутильный диоксид примерно на 30% лучше рассеивает свет (укрывистость), чем анатазный, поэтому последний используется гораздо реже. К тому же, анатаз менее атмосферостоек, чем рутил. Анатаз гораздо хуже работает в защите полимера (акрилата, пластмассы) от УФ лучей и приводит к фотокатализу и потере свойств полимера (происходит деструкция, выцветание, меление и т.д.).

Рассеивающая способность – способность пигмента к отражению света видимой части спектра определенных длин волн. Этот показатель у диоксида титана напрямую зависит от диаметра частиц TiO2. При размере частиц 0,2 мкм сумма рассеянного света для всех длин волн максимальна. При увеличении размера частицы от 0,25 до 0,3 мкм рассеивание голубого света быстро понижается. Но рассеивание зеленого и красного практически не меняется. Тем не менее, при диаметре частиц 0,15 мкм наблюдается максимальное рассеивание синего, в то время, как рассеивание красного и зеленого значительно ниже. 

Маслоемкость
– это способность частиц пигмента удерживать на своей поверхности определенное количество масла. Выражается она в граммах на 100 грамм пигмента и колеблется обычно от 10 до 20. 

Укрывистостью называют способность пигмента при равномерном распределении в объеме делать невидимым цвет исходного материала. Укрывистость выражается в граммах пигмента, необходимого для того, чтобы сделать невидимым цвет поверхности площадью 1 м2. Белые пигменты обеспечивают укрывистость путем рассеивания световой волны любой длины видимого спектра. Чем меньше будет этот показатель, тем ниже расходная норма диоксида титана в композиции. 

Цвет – свойство тел вызывать определенное зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом и интенсивностью отражаемого или испускаемого ими видимого излучения. Сухой диоксид титана характеризуется высокой яркостью, белизной и его отражающая способность близка к отражающей способности идеального диффузора. 

Светостойкость – свойство материала сохранять свой цвет под воздействием световых лучей. В процессе эксплуатации изделия, особенно наружного применения, изменяют свой первоначальный цвет под воздействием ультрафиолетовых лучей естественного света и источников искуственного освещения, излучающих ультрафиолетовые лучи. 

Атмосферостойкость
– свойство полимерных композиций сопротивляться разрушающему действию солнечных лучей, дождя, мороза, снега, ветра и других атмосферных факторов (например, газов и пыли, загрязняющих нижние слои атмосферы). 

Обработка поверхности необходима для увеличения устойчивости к внешним воздействиям. Неорганическая (Al2O3, SiO2) увеличивает стойкость частиц диоксида титана к кислотному воздействию, которое может приводить к разрушению частиц пигмента. Органическая обработка улучшает распределение частиц пигмента в объеме композиции.
Отдельно следует отметить Диоксид титана чистотой 99,999% Марки ОСЧ 7-5 (ТУ-б-09-01-640-84), который применяется в качестве эталона чистоты, в производстве оптически прозрачных стекол, в волоконной оптике, радиоэлектронике, для пьезокерамики, в медицинской промышленности и т.д. Это особо чистое химическое вещество, полученное методом термического гидролиза.

Технология производства диоксида титана

Пигменты диоксида титана существует в двух формах – анатазная и рутильная и производятся по двум технологическим схемам: сульфатный и хлорный способы. Обе, анатазная и рутильная формы диоксида титана, могут быть произведены любым из способов. Сульфатный способ был внедрен в промышленность в 1931 г., для производства анатазной формы диоксида титана, а позже, в 1941 г. – рутильной. В этом способе руда, содержащая титан (ильменит и др.), растворяется в серной кислоте, образуя растворы сульфатов титана, железа и других металлов. Затем, в ряде химических реакций, включающих в себя химическое восстановление, очистку, осаждение, промывание и кальцинацию, образовывая базовый диоксид титана с необходимым размером частиц. Строение кристаллов (анатазная или рутильная форма) контролируется в процессе ядрообразования и кальцинации.
Хлорный способ был изобретен компанией DuPont в 1950 г. для производства рутильной формы диоксида титана. Этот способ включает в себя высокотемпературные фазовые реакции. Титансодержащая руда вступает в реакцию с хлорным газом при пониженном давлении, в результате чего образуется тетрахлорид титана TiCl4 и примеси хлоридов других металлов, которые впоследствии удаляются. TiCl4 высокой степени чистоты затем окисляют при высокой температуре, в результате чего образуется диоксид титана.
По сравнению с сульфатным хлоридный способ является более экологически чистым и совершенным благодаря возможности осуществлять процесс в непрерывном режиме, что предполагает полную автоматизации производства. Однако он избирателен к сырью, а в связи с использованием хлора и высоких температур требует применения коррозионностойкого оборудования. 

Сульфатный метод

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 растворов сульфатов 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.

Известны три варианта периодического процесса разложения ильменита серной кислотой — жидкофазный, среднефазный и твердофазный, различающиеся по концентрации используемой серной кислоты и характеру образующихся продуктов разложения. Однако в промышленной практике наибольшее применение получил твердофазный метод, позволяющий наиболее быстро и полно вскрывать концентраты и получать растворы большей основности, что облегчает проведение I гидролиза и получение готового продукта повышенного качества.
Для разложения ильменита по данному методы применяют концентрированную серную кислоту, благодаря чему температуру реакционной смеси можно быстро довести до 190—220 °С (резко повысить температуру удается добавлением к концентрированной кислоте воды или гидролизной кислоты), что обеспечивает быстрое протекание процесса и высокую степень разложения концентрата — 96-97%. После выщелачивания получаемые растворы сульфата титана имеют низкий (~1,8) кислотный фактор. Кроме периодического существуют и непрерывный способы разложения ильменита.
Гидролиз в целях его ускорения и улучшения качества (дисперсности) получаемых гидратов ведут кипячением в присутствии затравки (зародышей) из растворов сульфата титана с концентрацией TiO2 не менее 190—200 г/л при кислотном факторе >2. Не приводя здесь технологический режим гидролиза и механизм процесса, который сложен, отметим, что при этой операции, протекающей по суммарному уравнению

TiOSО4 + 2Н2О = Н2ТiO3 + Н2SО4,

образуется большое количество (в пересчете на моногидрат ~2 т на 1 т ТiO2) разбавленной 2%—22%-ной гидролизной серной кислоты, загрязненной сульфатом железа, 1—2% титанилсульфата и несколькими процентами других сульфатов. Эта кислота является отходом производства, однако возврат ее затруднен. Возможное направление утилизации гидролизной кислоты - упаривание до концентрации 55% с последующим ее использованием для производства суперфосфата.
При гидролизе в осадок выделяется до 95—96% титана, причем образующаяся метатитановая кислота сорбирует значительное количество SО3. Метатитановую кислоту затем промывают, сушат и прокаливают, в результате чего из нее удаляется вначале вода (при 200-300 °С), затем SО3 (при 500-800 °С) и при 850-900 °С получается нейтральный (рН 7) продукт - диоксид титана.
Побочный продукт производства (семиводный железный купорос) прокаливают до получения одноводного (FeSО4 · Н2О) и измельчают.
Примерный расход основных материалов на производство из ильменитовых концентратов сернокислотным методом 1 т диоксида титана составляет, т: ильменитового концентрата, содержащего 42% TiO2 -3,1; серной кислоты (моногидрат) — 4,0—4,5; железной стружки — 0,24.
Как указано выше, источником для получения TiO2 могут служить также получаемые при рудовосстановительной плавке ильменитовых концентратов титановые шлаки. На шлаках (70% TiO2), в частности, работает завод большой производительности в Канаде (провинция Квебек, близ Сореля).
При получении диоксида титана из шлаков сернокислотным методом растворы после выщелачивания сульфата титана, содержащие 190 г/л TiO2 и малое количество железа, гидролизуются легче, чем при переработке ильменитовых концентратов. Получаемая гидролизная кислота содержит ~9 г/л железа, что облегчает ее регенерацию.
Сернокислотный метод производства диоксида титана из ильменита и титановых шлаков имеет ряд существенных недостатков — сложная многостадийная схема, высокий расход серной кислоты, значительное количество которой непроизводительно расходуется на образование больших количеств отходов — сульфата железа (>3 т семиводного продукта на 1 т TiO2), а также разбавленной 20—22%-ной и загрязненной примесями гидролизной серной кислоты. По этой причине в настоящее время все большее значение приобретает другой — хлорный метод.

Хлорный метод


Хлорный метод получения диоксида титана заключается в том, что исходным сырьем (полуфабрикатом) служит тетрахлорид титана. Из него диоксид титана можно получать методом гидролиза или сжиганием при высокой температуре. Тетрахлорид титана гидролизуется при нагревании водных растворов, либо в газовой фазе под действием паров воды.
Промышленные методы производства титановых пигментов методом гидролиза еще не разработаны. Общий недостаток их — неудовлетворительное решение проблемы использования образующихся при гидролизе хлорида водорода или соляной кислоты, которые не удается вернуть для повторного использования в производстве диоксида титана.
Гидролиз тетрахлорида титана парами воды при 25—75 °С на воздухе приводит к образованию вязкой жидкости, затвердевающий при Длительной выдержке в белую массу. Парофазный гидролиз при 1000-1200 °С позволяет получать диоксид титана с пигментными свойствами, поэтому его можно использовать при условии нахождения эффективного метода утилизации хлорида водорода.
Сжигание тетрахлорида титана кислородом протекает по реакции:

TiCl4 + O2= TiO2 + 2С12.

Выделяющийся хлор может быть возвращен в производство для получения тетрахлорида титана, поэтому метод сжигания уже применяют в промышленном производстве.
Важнейшей операцией в производстве пигментного диоксида титана хлорным методом является сжигание тетрахлорида титана. Оно производится при 900—1000 °С на горелках специальной конструкции, обеспечивающих поддержание температуры реакции в заданных пределах и выдерживание продуктов сгорания в течение определенного времени.
Для получения монодисперсного продукта пребывание диоксида титана в зоне высоких температур не должно превышать 0,01—5 с. В зависимости от условий сжигания тетрахлорида титана диоксид титана имеет структуру рутила или анатаза. Смешение исходных реагентов при 400 °С приводит к образованию анатаза с размером частиц 0,5—1,0 мкм. Предварительное нагревание их до 1000 °С при сжигании дает продукт, содержащий до 60% рутила. Сжигание тетрахлорида титана с примесью тетрахлорида кремния (0,5—4,0%) приводит к уменьшению размеров частиц диоксида титана. Тетрахлорид кремния способствует также снижению так называемой фотоактивности диоксида титана. Добавка к продуктам сжигания еще и хлорида алюминия (1—5%) ускоряет переход анатаза в рутил. Доля рутила в готовом продукте зависит от концентрации зародышевых кристаллов, возникающих на первой стадии реакции.
Титановые пигменты, получаемые при сжигании тетрахлорида титана, содержат до 0,6% адсорбированного хлора. Водная суспензия такого продукта имеет рН>7, и он не пригоден для приготовления красок. Десорбцию хлора из пигмента можно осуществить прокаливанием его при 300-900 °С, примесь хлора при этом понижается до 0,1%. Такой продукт имеет рН водной вытяжки 5-6,8 и пригоден для изготовления красок и эмалей, но нуждается в поверхностной обработке соединениями кремния и алюминия.
Получение диоксида титана из сфенового концентрата

В последнее время разработан и опробован ряд новых вариантов технологии, предусматривающих получение пигментных продуктов из сфена. Наиболее компактное решение для производства диоксида титана приведено на рис. 3.4.
В данном варианте твердую фазу суспензии отделяют от жидкой до наступления момента осаждения из нее соли титана. При этом в осадке остаются сульфат кальция, кремнезем (SiO2) и неразложившиеся минералы, а жидкая фаза представляет собой титансодержащий раствор, пригодный для прямого выделения титановой соли – 
TiOSО4 · Н2О. При термогидролизе раствора СТМ получается пигментный диоксид титана рутильной модификации высших марок. Переработка титановой соли TiOSО4 · Н2О может быть организована на месте ее получения. Титановую соль можно транспортировать с целью переработки и в другие районы. Маточный раствор после выделения соли полностью возвращается на сульфатизацию, вследствие чего существенно снижается расход серной кислоты (до 3,5—4,5 т на 1 т диоксида титана).

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка диоксида титана можно ознакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок диоксида титана в России».










Источник статьи: http://www.rusarticles.com/marketing-statya/dioksida-titana-obzor-texnologij-proizvodstva-606858.html

Обсудить статью

Употребление продуктов питания, которые содержит пищевые добавки, вызывает опаску на счет их безвредности для детей, беременных женщин и людей со специальной диетой. Но многие забывают, что пищевые добавки могут быть как синтетически синтезированы, так и полученные натуральным путем. И влияние на организм человека у них тоже разное.

От: factorial Медицина> Заболеванияl 07/11/2010 lПоказы: 88

В 50-е и 60-е годы в кино очень любили показывать ремонт. Пухленькие героини в живописно заляпанных красками одеждах, с кистью из мочала наперевес, что-то тоненько напевая, весело шлепают этой самой кистью по потолкам.

От: Минаев Андрейl Обустройство быта> Технологии ремонтаl 29/07/2010 lПоказы: 437

В России насчитывается более трехсот производителей лакокрасочных материалов. На сегодняшний момент наиболее известными производителями фасадных красок, по данным Госкомстата России, является петербургский «Текс», «Эмпилс» из Ростова-на-Дону, акционерное общество «Ярославские краски», Загорский и Лидский лакокрасочные заводы

От: Минаев Андрейl Обустройство быта> Технологии ремонтаl 19/07/2010 lПоказы: 397

Удобство и скорость выполнения сварочного процесса, а также качество сварного соединения напрямую зависит от электродов, которые использовались в ходе выполнения сварочных работ. Низкое качество, неправильное хранение, а также просроченный срок их годности как правило, приводит к потере электродами своих эксплуатационных свойств. Лучше применять расходные материалы, которые рекомендует компания-производитель для своего сварочного аппарата. Важной составляющей электрода является сварочная проволо

От: Максимl Промышленностьl 07/02/2010 lПоказы: 872

Технологии строительства, машиностроения, судостроения и промышленных отраслей стремительно развиваются, набирая невиданные темпы роста. Однако несмотря на это, преобладающим методом изготовления сварных конструкций является дуговая сварка покрытыми металлическими электродами. Электроды являются распространенным сварочным материалом, используемым в составе сварочной цепи для подвода тока к изделию. Материалом для производства электродов служит проволока сварочная, при этом используется проволок

От: Максимl Промышленностьl 07/02/2010 lПоказы: 191

Удобство и скорость сварки, а также надёжность шва напрямую зависит от электродов, которые использовались при проведении сварки. Плохое качество или просроченный срок их годности обычно приводит к потере электродами своих свойств.

От: Xyliganl Промышленностьl 16/05/2008 lПоказы: 9,849

Пенопласт обладает особенными свойствами, благодаря которым нашел широкое использование как материал, обеспечивающий нужные тепло- и звукоизоляционные характеристики строящихся и/или реконструируемых зданий и сооружений.

От: Максим Бедненкоl Обустройство быта> Технологии ремонтаl 02/09/2010 lПоказы: 81

Не многие люди имеют представление что же такое ДПК (древено-полимерный материал). Хотя данный материал существует уже давно, на российском рынке он только набирает обороты На сегодняшний день он является одним из самых лучших отделочных материалов в мире. ДПК получают путем смешивания древесной муки и полимеров. Высокое качество декинга подтверждают его долгие годы эксплуатации.

От: BSSl Товары и Услуги> Советыl 17/02/2014

Солнцезащитные кремы - повседневная необходимость для лета. Из чего состоят эти кремы и насколько они безопасны? Статья будет полезна для осознанного выбора средства повседневной защиты кожи от ультрафиолетового излучения.

От: kamaral Уход за собой> Косметикаl 06/06/2011 lПоказы: 221

В период финансового кризиса 2008-2009 годов контекстная реклама оказалась самым востребованным видом рекламы. В то время как весь рекламный рынок сжался, обороты контекста продолжали расти. Это связано с тем, что контекстные объявления можно размещать даже при очень скромных бюджетах и платить только за потенциальных клиентов.

От: Nadyal Маркетингl 02/07/2013 lПоказы: 479

Существует несколько путей привлечения клиентов на сайт. Основные два, которыми пользуется большинство – SEO (продвижение в поисковых системах) и SMM (маркетинг в социальных сетях).

От: exiterral Маркетингl 01/07/2013 lПоказы: 201
Александр

Данная статья описывает некоторые способы и правила формирования цены на товар для привлечения большего числа потенциальных покупателей. Простые маркетинговые манипуляции с числами для повышения потребительского спроса.

От: Александрl Маркетингl 21/06/2013 lПоказы: 503

Торго́вое обору́дование — оборудование, предназначенное для предприятий торговли. Торговое оборудование используется для выкладки, хранения и продажи товаров. Конечная цель применения торгового оборудования — реализация продукции.

От: seoforeval Маркетингl 11/06/2013 lПоказы: 273
Anton Serokhvostov

Высококонкурентные рынки требуют к себе пристального внимания со стороны своих игроков и обязывают их держать руку на пульсе передовых маркетинговых решений. Планктон мелководных провинциальных ниш может обойтись без инноваций, но акулы маркетинга, бороздящие мировой океан, жаждут свежей крови: отрасль требует новых вливаний со стороны менеджмента, психологии, драматургии и других смежных направлений. Именно акулы-новаторы контролируют глобальные рынки, и именно они диктуют здесь свои правила.

От: Anton Serokhvostovl Маркетингl 10/06/2013 lПоказы: 98

Как эффективные рекламные инструменты, видеовитрины получают все большее распространение. Исследования маркетологов показывают, что около четверти всех людей, проходящих мимо видеовитрин, засматриваются на них на ходу, около пятой части засматриваются на них остановившись, и около трети, ведомые возбужденным интересом, посещают рекламируемый магазин.

От: Andrewl Маркетингl 08/06/2013 lПоказы: 171

Реклама оказывает социально-психологическое воздействие на человека, но ее восприятие противоположными полами не одинаково. Воздействие происходит за счет цвета, визуальных и звуковых символов, текстов, используемых в рекламе. Эта статья затрагивает основные положения вышеописанного направления.

От: Кобызева Дарья Андреевнаl Маркетингl 28/05/2013 lПоказы: 144

Жизнь современного человека немыслима без рекламного фона, который является все более очевидным, более активным и действующим. Реклама, проникшая и проникающая во все сферы общества, активно воздействует на его социальные институты и оказывает значительное влияние на социальное поведение живущих в нем людей.

От: Кобызева Дарья Андреевнаl Маркетингl 28/05/2013 lПоказы: 130

К 2010 году объем потребления бензола возрастет на 332 тыс. тонн по сравнению с уровнем 2005 года. Особенностью ближайших двух-трех лет будет увеличение доли каменноугольного бензола, в первую очередь сырого, в структуре сырья предприятий, не имеющих собственного производства бензола. Будут закрывать дополнительные потребности в бензоле за счет каменноугольного сырья и нефтехимические предприятия.

От: Newchemistryl Образование> Научные исследованияl 07/10/2008 lПоказы: 20,036

Металлургия традиционно является одним из главных "поставщиков" техногенного сырья для промышленности строительных материалов. Особенность ее многотоннажных отходов заключается в том, что техногенное сырье уже прошло высокотемпературную обработку, кристаллические структуры в отходах сформированы, и они не содержат органических примесей.

От: Newchemistryl Промышленность> Оборудованиеl 02/07/2008 lПоказы: 9,790

Ужесточение требований, предъявляемых к теплозащите зданий, обуславливает повсеместное использование в строительстве различных теплоизоляционных материалов. Одним из традиционных утеплителей является беспрессовый пенополистирол. В настоящее время в Европе более 60% всего производимого пенополистирола используется для целей теплоизоляции.

От: Newchemistryl Промышленность> Оборудованиеl 02/07/2008 lПоказы: 214

В индустрии пластмасс и каучуков одной из важнейших технологий обработки является экструзионная обработка. В последние годы возрастает жесткость требований, предъявляемых технологии экструдирования, в частности такими факторами как резкий рост цен на сырье, повышение расходов в области энергозатрат и все более жесткие функциональные требования. В результате при разработке технологий экструдирования стандартными функциями стали повышение уровня точности, эффективности и энергосбережения.

От: Newchemistryl Промышленность> Оборудованиеl 28/06/2008 lПоказы: 56,839

Сырой сое необходима обработка, которая приведет к дезодорации бобов и значительному изменению его химических и биологических комплексов, повышению пищевой ценности, освобождению от веществ дурно пахнущих и сдерживающих усвоение белков.

От: Newchemistryl Промышленность> Технологииl 28/06/2008 lПоказы: 111,717

Представленный отчет составлен CPCIA (Китайской Ассоциацией Нефтяной и Химической Промышленности).

От: Newchemistryl Образование> Физикаl 28/06/2008 lПоказы: 183

Пенополистирол – массовая продукция, необходимая при строительстве практически любого объекта. Технология производства пенополистирола достаточно проста и недорога. Но в России процесс и технологии производства пенополистирола находится в «запаздывающей» фазе.

От: Newchemistryl Обустройство быта> Технологии ремонтаl 28/06/2008 lПоказы: 341

При строительстве или реконструкции зданий пенополистирольные плиты могут быть использованы для теплоизоляции самых различных частей здания. Наибольшие объемы потребления пенополистирольных плит при теплоизоляции зданий приходятся на изоляцию кровли и внешних стен.

От: Newchemistryl Обустройство быта> Технологии ремонтаl 28/06/2008 lПоказы: 817
Блок автора
  • Www.zelenodolsk.ru

    Рассказываем о том что такое штемпельная подушка www.zelenodolsk.ru.

    www.zelenodolsk.ru

Категории статей
Quantcast