¿Cuáles son las principales aplicaciones del dióxido de titanio?

1 Características y usos del dióxido de titanio

El dióxido de titanio tiene propiedades químicas estables y generalmente no reacciona con la mayoría de las sustancias. Hay tres tipos de cristales de dióxido de titanio en la naturaleza: tipo titanio escamoso, tipo anatasa y tipo rutilo. El titanio galvanizado es una forma cristalina inestable y no tiene valor industrial. La anatasa y el rutilo son redes cristalinas estables y son importantes pigmentos y esmaltes blancos. En comparación con otros pigmentos blancos, tienen una blancura, poder colorante, poder cubriente, resistencia a la intemperie, resistencia al calor y estabilidad química superiores, y son especialmente no tóxicos.

El dióxido de titanio se usa ampliamente en recubrimientos, plásticos, caucho, tintas, fabricación de papel, fibras químicas, cerámica, productos químicos diarios, medicina, alimentos y otras industrias.

La industria de los recubrimientos es el mayor usuario de dióxido de titanio, especialmente dióxido de titanio rutilo, que es consumido principalmente por la industria de los recubrimientos. Los recubrimientos hechos de dióxido de titanio tienen colores brillantes, tienen un alto poder cubriente, un fuerte poder colorante, dosis bajas y muchas variedades. Pueden proteger la estabilidad del medio, mejorar la resistencia mecánica y la adhesión de la película de pintura, prevenir grietas y proteger. contra los rayos ultravioleta y la penetración de la humedad, alargando la vida de la película de pintura.

La industria del plástico es el segundo mayor usuario. Agregar dióxido de titanio a los plásticos puede mejorar la resistencia al calor, la resistencia a la luz y la resistencia a la intemperie de los productos plásticos, mejorar las propiedades físicas y químicas de los productos plásticos, mejorar la resistencia mecánica de los productos y extender su vida útil.

La industria papelera es el tercer consumidor de dióxido de titanio. Como relleno de papel, se utiliza principalmente para papel de alta calidad y papel tisú. Agregar dióxido de titanio al papel puede hacer que el papel sea blanco, brillante, fuerte, delgado y liso, impermeable durante la impresión y liviano. El dióxido de titanio para la fabricación de papel generalmente utiliza dióxido de titanio anatasa sin tratamiento superficial, que puede actuar como agente blanqueador fluorescente y aumentar la blancura del papel. Sin embargo, el papel laminado requiere el uso de dióxido de titanio rutilo después del tratamiento de la superficie para cumplir con los requisitos de resistencia a la luz y al calor.

El dióxido de titanio también es un pigmento blanco indispensable en tintas avanzadas. Las tintas que contienen dióxido de titanio son duraderas, no decoloran, humectan bien la superficie y se dispersan fácilmente. El dióxido de titanio utilizado en la industria de las tintas incluye los tipos rutilo y anatasa.

La industria textil y de fibras químicas es otro importante campo de aplicación del dióxido de titanio. El dióxido de titanio para fibras químicas se utiliza principalmente como agente mateante. La anatasa se utiliza generalmente porque es más blanda que el oro. El dióxido de titanio para fibras químicas generalmente no requiere tratamiento de superficie, pero algunas variedades especiales requieren tratamiento de superficie para reducir el efecto fotoquímico del dióxido de titanio y evitar la degradación de la fibra bajo la acción fotocatalítica del dióxido de titanio.

El dióxido de titanio no sólo se utiliza como colorante en la industria del caucho, sino que también tiene funciones de refuerzo, antienvejecimiento y relleno. Agregar dióxido de titanio a productos de caucho blanco y coloreado los hace resistentes a la luz solar, al agrietamiento y a la decoloración, alto alargamiento y resistencia a ácidos y álcalis. El dióxido de titanio para caucho se utiliza principalmente en neumáticos de automóviles, zapatos de caucho, pisos de caucho, guantes, equipos deportivos, etc. Generalmente, el tipo anatasa es el tipo principal. Sin embargo, cuando se producen neumáticos para automóviles, a menudo se añade una cierta cantidad de productos de rutilo para mejorar la capacidad de resistir el ozono y los rayos ultravioleta.

El dióxido de titanio también se utiliza mucho en cosmética. Debido a que el dióxido de titanio no es tóxico y es muy superior al blanco de plomo, casi todos los tipos de polvos aromáticos utilizan dióxido de titanio en lugar de blanco de plomo y blanco de zinc. Agregar entre un 5% y un 8% de dióxido de titanio al perfume en polvo puede obtener un color blanco permanente, haciendo que el perfume sea más graso, con adherencia, absorción y poder cubriente. En gouache y cremas para el frío, el dióxido de titanio reduce la sensación de untuosidad y transparencia. El dióxido de titanio también se utiliza en otras fragancias, protectores solares, escamas de jabón, jabón blanco y pasta de dientes.

El esmalte hecho de dióxido de titanio tiene las características de gran transparencia, peso ligero, fuerte resistencia al impacto, buenas propiedades mecánicas, color brillante y menos contaminación. El dióxido de titanio para alimentos y medicinas es dióxido de titanio de alta pureza, bajo contenido de metales pesados ​​y fuerte poder cubriente.

2 Proceso de producción de dióxido de titanio

Existen dos procesos principales de producción de dióxido de titanio: el método del ácido sulfúrico y el método de cloración. En 1925, la Industria Nacional del Plomo de EE. UU. inició el proceso de producción de ácido sulfúrico y luego se fueron estableciendo gradualmente plantas de producción en varios lugares. Los productos de rutilo se produjeron en 1941. El proceso de cloración comenzó en 1932, cuando una empresa alemana emitió la primera patente para la oxidación en fase gaseosa del tetracloruro de titanio a dióxido de titanio. En 1959, DuPont desarrolló el proceso DuPont y construyó un dispositivo de producción de 65.438+100.000 t/a, logrando oficialmente la industrialización a gran escala. Sin embargo, la dificultad técnica del proceso de cloración es muy alta y actualmente sólo unas pocas empresas dominan la tecnología básica.

El método del ácido sulfúrico utiliza la hidrólisis ácida de polvo de ferrotitanio y ácido sulfúrico concentrado para generar sulfato de titanio, que luego se hidroliza para generar ácido metatitanico, que luego se calcina y pulveriza para obtener productos de dióxido de titanio.

Este método puede producir dióxido de titanio tanto anatasa como rutilo. La ventaja del método del ácido sulfúrico es que puede utilizar ilmenita y ácido sulfúrico baratos y fácilmente disponibles como materias primas. La tecnología es madura, el equipo es simple y los materiales anticorrosivos son fáciles de resolver. La desventaja es que el proceso es largo, principalmente operación intermitente, operación húmeda, alto consumo de ácido sulfúrico y agua, grandes cantidades de desechos y subproductos y gran contaminación ambiental.

El método de cloración consiste en mezclar polvo de escoria de rutilo o alto contenido de titanio con coque y luego clorarlo a alta temperatura para producir tetracloruro de titanio refinado. Después de la rectificación para eliminar el vanadio, se realiza oxidación a alta temperatura, clasificación, tratamiento de superficie, filtración, lavado con agua, secado y trituración para obtener productos de dióxido de titanio. La cloración sólo puede producir productos de rutilo. Las ventajas del método de cloración son un proceso corto, una fácil expansión de la capacidad de producción, un alto grado de automatización continua, un consumo de energía relativamente bajo, menos tres desechos y una alta calidad del producto. Las desventajas son una gran inversión, una estructura compleja del equipo, altos requisitos de materiales, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión, dificultad en el mantenimiento del equipo y dificultad en la investigación y el desarrollo. En la Tabla 1 se muestra una comparación de las ventajas y desventajas del método de cloración y el método del ácido sulfúrico.

Tabla 1 Comparación entre el método de cloración y el método del ácido sulfúrico

Ítem

Método del ácido sulfúrico

Proceso de cloración

Materias primas

Ilmenita, escoria de titanio soluble en ácido.

Escoria de cloruro de titanio, rutilo artificial.

Categoría de producto

Puede producir dióxido de titanio anatasa y dióxido de titanio rutilo.

Solo se puede producir dióxido de titanio rutilo.

Proceso de producción

La producción es difícil, el equipo es simple, la tecnología es madura y se usa ampliamente en China.

La tecnología de producción es difícil, el equipo clave tiene una estructura compleja y requiere materiales de alta impedancia resistentes a la corrosión. Rara vez se utiliza en China y solo unas pocas empresas a nivel internacional cuentan con esta tecnología.

Calidad del producto

El uso de un control de proceso avanzado y una tecnología de recubrimiento perfecta ha reducido la brecha en la calidad del producto entre los métodos de cloración y los métodos de cloración.

La calidad del producto es mejor. Dado que el producto final absorbe ligeramente cloro y HCl, es corrosivo y está limitado en determinadas áreas de aplicación.

Contaminantes clave

Utilizando ilmenita como materia prima, por cada tonelada de dióxido de titanio producida, se producirán entre 3 y 4 toneladas de vitriolo verde y 8 toneladas de ácido residual. Al utilizar escoria de titanio como materia prima, no hay problema de vitriolo verde.

Utilizando el rutilo como materia prima, las emisiones de residuos son muy bajas. Utilizando escoria de titanio como materia prima, por cada tonelada de dióxido de titanio producida, se pueden producir aproximadamente 1,6 toneladas de FeC3 que contiene cloro y ácido clorhídrico.

Seguridad en la fábrica

Los principales peligros provienen de la manipulación de ácido sulfúrico concentrado caliente y polvo de dióxido de titanio.

Gas cloro, gas tetracloruro de titanio a alta temperatura, polvo de dióxido de titanio.

Método de producción

Producción intermitente

Producción continua, control automático fácil de realizar.

La escoria de titanio es ilmenita (concentrado de ilmenita) mezclada con una cierta cantidad de agente reductor que contiene carbono y fundida con un horno eléctrico para reducir el óxido de hierro del mineral mediante carbono, logrando así la separación del hierro y el titanio. y enriquecer con óxido de titanio. Productos recogidos en escoria. La escoria de titanio soluble en ácido se utiliza como materia prima para la producción de dióxido de titanio mediante el método del ácido sulfúrico; la escoria de cloruro de titanio se utiliza como materia prima para la producción de dióxido de titanio o esponja de titanio mediante el método de cloración.