Диоксид титана свойства и применение. Диоксид титана - свойства и область применения

Спрос на диоксид титана - важный продукт для лакокрасочной промышленности, производства пластмасс и бумаги - на российском рынке составляет 67-82 тыс. т/год, в то время как собственное производство диоксида титана до 2014 г. в России отсутствовало.

Диоксид титана, незаменимый пигмент в лакокрасочной, полимерной, целлюлозно-бумажной и других отраслях, представляет собой порошок белого цвета без запаха и вкуса, практически не растворимый в воде и минеральных кислотах (кроме плавиковой и концентрированной серной кислот).

Диоксид титана производится в двух формах: рутильной и анатазной (октаэдрит). Рутильный диоксид титана примерно на 30% лучше рассеивает свет, чем анатазный, обладает лучшей укрывистостью (укрывистость - способность диоксида титана перекрывать цвет окрашиваемой поверхности). Анатазная форма является менее атмосферостойкой, чем рутильная, и хуже защищает от УФ-воздействия. Рутильный диоксид титана предпочтительнее при производстве лакокрасочных материалов, пластмасс, косметики. Анатазные пигменты находят свое применение при выпуске бумаги, резины и мыла. Традиционно подавляющая часть всего диоксида титана применяется в производстве лакокрасочных материалов. При этом основной функцией диоксида титана в лакокрасочной промышленности является придание краскам белого цвета, яркости, а также улучшение укрывистости, защита покрытий от вредных ультрафиолетовых лучей, предотвращение старения пленки и пожелтения покрашенных поверхностей.

Исходным сырьем для производства диоксида титана является титансодержащий ильменитовый концентрат (FeTiO 3) - продукция горно-обогатительных предприятий. Ильменит - это руда, которая с химической точки зрения представляет собой смесь оксидов, большую часть из которых составляют оксиды титана и железа.

Существует два промышленных способа получения диоксида титана (рутильной и анатазной модификаций):

1. Сульфатный, или сернокислотный (из титансодержащего концентрата ).

Метод основан на обработке ильменитового концентрата серной кислотой с последующими выделением и гидролизом титанилсульфата с прокаливанием продукта гидролиза титанилсульфата (метатитановая к-та) до диоксида титана. Побочный продукт сульфатной технологии производства диоксида титана - железный купорос. Сульфатный способ был внедрен в промышленность в 1931 г. для производства анатазной формы диоксида титана, и позже, в 1941 г., рутильной формы.

2. Хлорный, или хлоридный (из тетрахлорида титана ).

Хлорный способ был изобретен компанией DuPont в 1950 г. для производства рутильного 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 (TiCl 4) и примеси хлоридов металлов, которые затем удаляются. Высокочистый тетрахлорид титана (TiCl 4) подвергается окислению под действием высокой температуры для получения диоксида титана с высокой яркостью.

Мировые мощности по производству диоксида титана хлорным способом превышают мощности сульфатного способа и продолжают расти.

Сульфатная технология проще хлоридной и позволяет использовать более бедные и дешевые руды, но она обычно сопряжена с большими издержками производства.

Учитывая особенности обоих процессов, основными критериями выбора между ними являются возможность обеспечения производства сырьем соответствующего качества и проблемы, связанные с экологией. Сульфатный способ характеризуется наиболее высокими показателями загрязнения окружающей среды.

Общие мировые мощности по производству пигментного диоксида титана оцениваются примерно в 7,2 млн. т, причем около 85-90% приходится на рутильную форму и примерно 10-15% - на анатазную.

Рис. 1. Сферы потребления диоксида титана

Страна, обладающая самым большим производственным потенциалом по диоксиду титана, - Китай (около 3 млн. т/год). Крупнейшими в мире его производителями являются следующие компании: DuPont Titaniun Technologies (США), National Titanium Dioxide Co., Ltd. Cristal (Саудовская Аравия), Huntsman Pigments (США), Tronox, Inc. (США), Kronos Worldwide, Inc. (США), Sachtleben Chemie GmbH (Германия; 100% акций принадлежат Rockwood Holding), Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. (Япония).

Как упоминалось выше, основные потребляющие диоксид титана отрасли в мире - это лакокрасочная промышленность, производство пластмасс и бумаги (рис. 1). Большую часть в мировом потреблении диоксида титана занимает Китай. На втором и на третьем местах - Западная Европа и США соответственно.

Рис. 2. Структура потребления диоксида титана на российском рынке в 2015 г

Как следует из представленной на рис.2 структуры потребления диоксида титана на российском рынке, почти 95,1% этого продукта, поступающего на отечественный рынок, потребляется лакокрасочной отраслью. При этом больше всего (55,8%) диоксида титана используется в изготовлении красок водоэмульсионных и водно-дисперсионных, 31,3% потребляется на производство ЛКМ неводных, а 8,0% диоксида титана идет на прочие ЛКМ.

Спрос на диоксид титана на российском рынке за последние шесть лет колебался в пределах 67,2-82,9 тыс. т/год и до 2014 г. удовлетворялся исключительно за счет импорта.

Собственное производство диоксида титана до 2014 г. в России отсутствовало. Рассматривая ретроспективу, необходимо отметить, что до 2009 г. в ОАО «Соликамский магниевый завод» (г. Соликамск, Пермская обл.) диоксид титана производился в промышленных масштабах, но с 2009 г. после запуска производства титановой губки производство пигмента прекращено.

Рис. 3. Импорт диоксида титана в Россию в 2010-2015 гг., тыс. т

Небольшой объем диоксида титана до 2010 г. выпускался в ныне несуществующем Волгоградском ОАО «Химпром».

С середины 2014 г. на территории Российской Федерации диоксид титана производится в Армянском филиале ООО «Титановые инвестиции», зарегистрированного в Москве. В свою очередь, ЧАО «Юкрейниан Кемикал Продактс» (бывшее ЧАО «Крымский Титан»), зарегистрированное в Киеве, остается украинским предприятием, сдающим в долгосрочную аренду свой имущественный комплекс ООО «Титановые инвестиции». Такая комбинация позволила предприятию обеспечить бесперебойные поставки сырья, ввозимого из Украины, и сохранить европейские рынки сбыта, несмотря на санкции в отношении Крыма.

Рис. 4. Структура импорта диоксида титана в Россию в 2014 г. (по странам происхождения), тыс. т

Объем выпуска диоксида титана в Армянском филиале ООО «Титановые инвестиции» в июле-декабре 2014 г. составил 47,732 тыс. т, а в 2015 г. - 77,796 тыс. т.

Тем не менее уровень импорта в 2014 и 2015 гг. оставался высоким и составлял 80,3 и 67,6 тыс. т соответственно.

В 2014 г. более 30% российского рынка занимала Украина, представленная предприятиями ПАО «Сумыхимпром» (Украина, г. Сумы) и ЧАО «Крымский титан» (ныне ЧАО «Юкрейниан Кемикал Продактс», Республика Крым, г. Армянск). Более 18% поставок пришлось на США, представленные в основном компанией DuPont.

Рис. 5. Структура импорта диоксида титана в Россию в 2015 г. (по странам происхождения), тыс. т

В 2015 г. структура импорта несколько изменилась. Импорт диоксида титана из Украины возрос до 28,0 тыс. т и составил 41,4% всего импорта продукта в Россию.

Ввоз товара из Соединенных Штатов, напротив, снизился и составил 9,1 тыс. т (13,4% всего импорта).

Экспорт диоксида титана из России в 2010-2014 гг. осуществлялся почти полностью в страны Таможенного союза, был низким и составлял 0,1-0,4 тыс. т.

Рис. 6. Структура экспорта диоксида титана в Россию в 2015 г. (по странам происхождения), тыс. т

В 2015 г. в данной сфере внешнеторговой деятельности наблюдалась интересная картина: экспорт диоксида титана из России составил 74,56 тыс. т, причем 88,1% экспортируемого товара пришлось на Украину (рис. 6).

Таблица 1. Средние импортные цены на диоксид титана в 2014-2015 гг. (по странам происхождения, без НДС), долл./т

Страна-импортер	2014 г.	2015 г.



Германия
Финляндия
Великобритания

Саудовская Аравия

В 2014-2015 гг. американский диоксид титана, производимый хлоридным методом, соответствующий высоким техническим показателям и сравнительно невысокой ценой, был наиболее конкурентоспособен на российском рынке, о чем говорит значительная величина его продаж на российском рынке, несмотря на географическую отдаленность поставщиков от потребителей. Продукция ООО «Титановые инвестиции» и украинского ПАО «Сумыхимпром», несмотря на то, то производится сульфатным методом, также обладает хорошими техническими характеристиками и, пожалуй, самым оптимальным соотношением цена/качество для российского потребителя (табл. 1).

Ниже приведены характеристики диоксида титана производства некоторых компаний, ввозящих в Россию свою продукцию (табл. 2-5).

Таблица 2. Качественные характеристики диоксида титана ПАО «Сумыхимпром»

Показатель	SumTitan	SumTitan	SumTitan	SumTitan
Не менее
Массовая доля рутильной формы,%, не менее
Массовая доля веществ, растворимых в воде, %, не более

pH водной суспензии





Маслоемкость, г/100 пигмента, не более

Таблица 3. Качественные характеристики диоксида титана ООО «Титановые инвестиции»

Показатель

Массовая доля рутильной формы, %, не менее
Массовая доля летучих веществ, %, не более
Массовая доля водорастворимых веществ, %, не более
pH водной суспензии
Остаток на сите с сеткой 0045,%, не более
Разбеливающая способность, условные единицы, не менее
Укрывистость, г/м 2 , не более
Диспергируемость, мкм, не более
Белизна, условные единицы, не менее

Таблица 4. Качественные характеристики марок диоксида титана американской компании DuPont

Показатель	R-706 (для водных систем)
Структурная модификация	Рутильная	Рутильная	Рутильная	Рутильная
Массовая доля диоксида титана, %,
Массовая доля алюминия,%
Массовая доля аморфного диоксида кремния,%
Удельный вес, г/см 3
Насыпной объем, л/кг
Белизна, условные единицы
pH водной суспензии
Средний размер частицы, мкм
Маслоемкость, г/100 г пигмента, не более
Сопротивление при 30ºC (кОм)

Таблица 5. Качественные характеристики марок диоксида титана финской компании Sachtleben Pigments OY , предназначенных для применения в производстве ЛКМ

Показатель	Sachtleben RD3	Sachtleben R660	Sachtleben R-FD-I	Sachtleben 8700
Структурная модификация	Рутильная	Рутильная	Рутильная	Рутильно-анатазная, содержа-ние рутильной формы - min / 60%
Массовая доля диоксида титана, %,
Дополнительные компоненты	Al 2 O 3 , ZrO 3	Al 2 O 3 , ZrO 3
Удельный вес, г/см 3
Насыпная плотность, кг/м 3
Насыпная плотность утрамбованного продукта, кг/м 3
pH водной суспензии
Остаток на сите с сеткой 0,0044, %, не более
Средний размер частиц, мкм
Относительная разбеливающая способность, не менее
Маслоемкость (г/100 г пигмента)
Поверхностная обработка органическими веществами

Как видно из приведенных в табл. 2-5 данных, продукция ООО «Титановые инвестиции» незначительно уступает в качестве американской и европейской продукции, причем стоит существенно дешевле ее.

Учитывая интенсивное развитие лакокрасочной и полимерной промышленности, можно оценить, что к 2030 г. потребность в диоксиде титана на российском рынке будет достигать 220-260 тыс. т.

Из данного предположения следует, что существует необходимость создания и наращивания в России производственного потенциала по диоксиду титана.

Россия обладает хорошей сырьевой базой титансодержащего сырья в Республике Коми, в Читинской, Мурманской, Челябинской, Амурской, Тамбовской, Томской, Нижегородской, Омской, Тюменской областях, в Красноярском и Ставропольском краях. Наличие такой сырьевой базы позволяет организовать производство диоксида титана как сульфатным, так и хлоридным способом. Пока основным фактором, сдерживающим организацию этого производства, являются относительно низкие цены на диоксид титана и сравнительно невысокая рентабельность производства.

Рис. 7. Основные титановые месторождения в РФ

Крупнейшими месторождениями являются Ярегское (Республика Коми), Чинейское, Кручининское (Читинская обл.), Медведевское (Челябинская обл.) и Центральное (Тамбовская обл.) и др. (рис. 7). Необходимо отметить, что, помимо разведанных балансовых запасов титансодержащего сырья, Россия располагает огромными прогнозными ресурсами.

Поскольку потребность в диоксиде титана в России очень велика и отнюдь не полностью покрывается за счет внутреннего производства, а существующие на территории РФ технологии производства данного продукта являются далеко не совершенными, производство диоксида титана является интереснейшей сферой для научно-технических разработок и внедрения инноваций.

Так, в Томском политехническом университете (ТПУ) была разработана экономичная и экологичная технология производства диоксида титана, которая подразумевает применение в качестве основного реагента фторида аммония, более безопасного, чем серная кислота. Кроме того, данный реагент может использоваться повторно, что приводит к минимизации стоков. Новая технология способствует снижению до небольших объемов (от 20 тыс. т) пределов рентабельности, позволяя создать сеть небольших производств и, таким образом, снижая логистические расходы. Минусом фторидной технологии является лишь то, что в данном случае получает более грубодисперсный порошок пигмента, чем хлорным методом. Запуск производства мощностью 100 тыс. т/год оценивается разработчиками из Томского политехнического университета в 1,5 млрд. руб., тогда как по оценкам специалистов компании Kronos Worldwide Inc. на создание производства мощностью 150 тыс. т/год с использованием хлоридной технологии требуется не менее 1 млрд. долл. Срок создания производства по новой технологии оценивается специалистами из ТПУ в один-два года.

В октябре 2015 г. государственная корпорация «Росатом» одобрила проект АО «Сибирский химический комбинат» (АО «СХК») по созданию производства диоксида титана по фторидной технологии мощностью 20 тыс. т/год. Было решено выделить на изготовление первой партии продукции и маркетинговые исследования 3,6 млн. руб. После того как качество первых образцов продукции, произведенной в ТПУ по заказу АО «СХК», было одобрено на нескольких заводах-потребителях, руководство АО «Сибирский химический комбинат» заявило, что в 2017 г. запустит опытно-промышленное производство объемом 5 тыс. т/год, а в 2019 г. - промышленное - на 20 тыс. т/год. Развернется производство на площадках АО «СХК».

Кроме планируемого создания нового производства в Томской области, новшества и вводы готовятся и в Крымском федеральном округе: в частности, ООО «Титановые инвестиции» к 2018 г. намечает расширение мощностей по производству диоксида титана на 19 тыс. т (до 120 тыс. т/год).

Таким образом, есть надежда, что к 2018-2019 гг. в России суммарные мощности по производству диоксида титана достигнут 140 тыс. т/год, однако будет ли на него спрос на российском рынке полностью удовлетворен за счет внутреннего производства, учитывая что ООО «Титановые инвестиции» является экспортоориентированным предприятием, остается серьезным вопросом.

Старшее поколение наверняка помнит натуральный оттенок сгущенного молока - его цвет был далек от привычного нам белого. Сгущенка тех времен отличалась желтизной, так как готовили ее на основе жиров животного происхождения. Теперь, когда рецептуры и ГОСТы претерпели значительные изменения, многие продукты питания приобрели древесно-белый оттенок, но не из-за натуральности ингредиентов, а в результате махинаций производителей.

Коротко о главном

Знакомьтесь: на фото пищевая добавка Е171, то есть диоксид титана. На этикетках и упаковках может упоминаться как titanium dioxide. На пищевые комбинаты продукт поступает в виде порошка, который используется в качестве белого красителя. В естественных условиях и в нерастворимом виде слабо, но все-таки взаимодействует со щелочами и кислотами. В настоящее время вещество применяют в ряде производств, в том числе и при изготовлении рыбоконсервных, кондитерских и хлебобулочных изделий.

В природе диоксид титана встречается в трех видах - это брукит, анатаз и рутил. Однако кристаллическая структура последних двух позволяет получить материал пригодный к дальнейшему применению.

Основные сферы использования

Вещество, добываемое в процессе термогидролиза, необходимо для изготовления прозрачных стекол. Для удовлетворения потребительского спроса производство titanium dioxide в виде пигментного красителя возможно и в других сферах, адаптированных для определенной области применения. От этого зависит форма кристаллов, размер и, конечно же, вид обработки поверхности вещества (неорганический и органический). Таким образом, диоксид титана используют в волоконной оптике, радиоэлектронике, медицине, косметологии и пьезокерамике.

В промышленности TiO 2 необходим для изготовления лакокрасочной продукции с повышенными укрывными свойствами, защищающими поверхность от пожелтения, негативного воздействия УФ и старения. Также вещество добавляют в изделия из пластика (детали автомобилей, бытовой техники, мебели, оконные конструкции), что, помимо придания им интенсивного белого цвета, улучшает их сопротивление внешним факторам.

В производстве керамики, резины и стекол диоксид титана нередко используют в качестве инертного базового материала или катализатора химических реакций. Это позволяет эксплуатировать готовую продукцию при повышенной температуре. Также TiO 2 улучшает структуру бумажных пульп, усиливает стойкость типографской краски к выцветанию, а в производстве синтетических тканей матирует скрученные волокна.

Диоксид титана: влияние на организм человека

Итак, что мы знаем о пищевой добавке E171? Научно доказано, что наночастицы вещества не вступают в химические реакции с нашими клетками. Однако то, как происходит их взаимодействие с тканями на физико-механическом уровне, остается загадкой.

Мороженое, сухое молоко, жевательные резинки, глазурь на торте - во всех перечисленных продуктах содержится titanium dioxide. Если перед вами пищевой товар белого цвета, будьте уверены в том, что в 9 из 10 случаев его изготовили с добавлением диоксида титана.

Влияние на организм его до конца не изучено. Говоря простым языком: безвредность не опровергается, а вред не доказан. Исследования продолжаются до сих пор. Например, профессор Калифорнийского университета Роберт Шистл работает над изучением этого вопроса несколько лет. Проведенные опыты на мышах неоднозначно, но свидетельствуют о негативном влиянии TiO 2. Роберт объяснил полученный эффект тем, что наночастицы не выводятся из нашего организма полностью, а блуждают и оседают, со временем нанося белковым цепочкам механические повреждения.

Стоит отметить, что поверхностное исследование, проведенное в Европе на рубеже 20 века, не смогло доказать негативное воздействие вещества на здоровье человека. Поэтому в 1997 году диоксид титана внесли в список разрешенных добавок.

Использование в пищевой промышленности

Наибольшее распространение TiO 2 получил именно в этой сфере. Е171 активно применяют как для защиты пластиковой тары от УФ-излучения и выцветания, так и для придания продуктам определенных свойств. Это особенно актуально при производстве сухого молока, полуфабрикатов и порошкообразных продовольственных товаров.

Благодаря использованию пищевого диоксида титана майонез, рыбные изделия, соус с тертым хреном, шоколад, конфеты, глазури для тортов приобретают насыщенный белый оттенок и визуально привлекательный внешний вид.

Еще при помощи добавки производители осветляют муку для пельменей и других изделий из теста, а также шпик, колбасы, паштеты во время переработки мяса.

Добавка Е171 официально разрешена санитарными нормами и правилами пищевой промышленности, так как не растворяется желудочным соком, не остается в тканях, не всасывается в кишечник и выводится естественным путем.

Диоксид титана в косметике

В этой промышленности используется исключительно высокоочищенный TiO 2 с мелкодисперсной структурой. Раздробленный до состояния пыли порошок добавляют в состав защитных кремов, мыла, аэрозолей, пудр, помад и теней. Основная задача двуокиси титана - снижение негативного воздействия ультрафиолетовых лучей на кожу. Как утверждают специалисты, вещество с этим вполне справляется, поскольку обладает свойствами УФ-фильтра.

К достоинствам titanium dioxide можно отнести нейтральность, так как он не вступает с кожей в химическую реакцию, поэтому не вызывает аллергии. Тем не менее продукт не лишен недостатков. В дорогих косметических средствах диоксид исправно выполняет свою роль, но использование товаров сомнительного производства сопряжено с немалым риском.

Наиболее распространенный предрассудок о добавке связан с вредом для здоровья. На самом деле это очень далеко до истины, так как доказано, что вещество оказывает негативное воздействие исключительно при вдыхании в больших количествах. Тем не менее косметику с пометкой titanium dioxide следует тщательно удалять, так как мельчайшие частички забивают поры, нарушая воздухообмен.

Зачем фармацевтам TiO2?

Двуокись титана можно встретить во многих формулах лекарственных средств. Основное назначение - сделать препарат более презентабельным, придав белизну. Часто вещество применяют в производстве таблеток, в том числе витаминных и микроэлементных комплексах. TiO 2 также добавляют в различные пасты, кремы, суппозитории, гели и прочие препараты белого цвета.

В фармацевтике диоксид титана используют в виде мелкодисперсного порошкообразного вещества. Как правило, вводят его в ничтожно малом количестве, поэтому никакого влияния на консистенцию и структуру продуктов не наблюдается.

Официальная наука установила, что titanium dioxide биоинертен, то есть при наружном и пероральном употреблении компонент нейтрален. Исключением является ингаляционное введение - вдыхание большого количества частиц TiO 2 провоцирует раздражение слизистых. Опять же, описанный эффект вызывают не химические, а физические свойства вещества.

И напоследок

Несмотря на недоказанный вред и множество сфер, где диоксид титана проявляет свои лучшие свойства, существует группа скептиков, которые убеждены в негативном влиянии вещества на человеческий организм. В частности, они предполагают, что регулярное употребление продуктов с содержанием TiO 2 не лучшим образом сказывается на генетике. "Антититановцы" убеждены: titanium dioxide провоцирует развитие самой страшной болезни - раковой опухоли.

Широкое использование данного вещества лишает покупателей права выбора: приобрести им товар с Е171 или нет. Однако можно смело утверждать, что найдется немало людей, желающих купить продукты, возможно, в непрезентабельном, зато в натуральном виде, без таких добавок, как двуокись титана.

). Искусственно получены ещё две модификации высокого давления - ромбическая IV и гексагональная V.

Характеристики кристаллической решётки

Модификация/Параметр		Рутил	Анатаз	Брукит	Ромбическая IV	Гексагональная V
Параметры элементарной решётки, нм	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
Число формульных единиц в ячейке		2	4	8
Пространственная группа		P4/mnm	I4/amd	Pbca	Pbcn

При нагревании и анатаз, и брукит необратимо превращаются в рутил (температуры перехода соответственно 400-1000°C и около 750 °C). Основой структур этих модификаций являются октаэдры TiO 6 , то есть каждый ион Ti 4+ окружён шестью ионами O 2- , а каждый ион O 2- окружён тремя ионами Ti 4+ . Октаэдры расположены таким образом, что каждый ион кислорода принадлежит трём октаэдрам. В анатазе на один октаэдр приходятся 4 общих ребра, в рутиле - 2.

Нахождение в природе

В чистом виде в природе встречается в виде минералов рутила, анатаза и брукита (по строению первые два имеют тетрагональную, а последний - ромбическую сингонию), причём основную часть составляет рутил.

Свойства

Физические, термодинамическе свойства

Чистый диоксид титана - бесцветные кристаллы (желтеет при нагревании). Для технических целей применяется в раздробленном состоянии, представляя собой белый порошок. Не растворяется в воде и разбавленных минеральных кислотах (за исключением плавиковой).

Температура плавления для рутила - 1870 °C (по другим данным - 1850 °C, 1855 °C)
Температура кипения для рутила - 2500 °C.
Плотность при 20 °C:

для рутила 4,235 г/см 3 для анатаза 4,05 г/см 3 (3,95 г/см 3 ) для брукита 4,1 г/см 3

Температура плавления, кипения и разложения для других модификаций не указана, т.к. они переходят в рутильную форму при нагревании (см. ).

Вследствие более плотной упаковки ионов в кристалле рутила увеличивается их взаимное притяжение, снижается фотохимическая активность, увеличиваются твёрдость (абразивность), показатель преломления (2,55 - у анатаза и 2,7 - у рутила), диэлектрическая постоянная .

Химические свойства

Диоксид титана амфотерен, то есть проявляет как осно́вные, так и кислотные свойства (хотя реагирует главным образом с концентрированными кислотами).

Медленно растворяется в концентированной серной кислоте, образуя соответствующие соли четырёхвалентного титана:

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

При сплавлении с оксидами, гидроксидами и карбонатами образуются титанаты и двойные оксиды:

Токсические свойства, физиологическое действие, опасные свойства

TLV(предельная пороговая концентрация, США): как TWA (среднесменная концентрация, США) 10 мг/м³ A4 (ACGIH 2001).

Добыча и производство

Полная статья получение оксида титана(IV)

Мировое производство диоксида титана на конец 2004 года достигло приблизительно 5 миллионов тонн.

Основными производители и экспортёры диоксида титана:

В последние годы чрезвычайно быстро растет производство диоксида титана в Китае.

В России пигментный диоксид титана не производят, но производят технические марки, используемые в металлургии. На территории СНГ диоксид титана производится на Украине предприятиями «Сумыхимпром», город Сумы , «Крымский титан», г. Армянск) и КП "Титано-магниевый комбинат" (г. Запорожье). Сумский государственный институт минеральных удобрений и пигментов (МИНДИП) в своих научно-исследовательских работах особое место уделяет технология получения оксида титана (IV) сульфатным способом: исследование, разработка новых марок, модернизация технологии и аппаратурного оформления процесса.

Как указано выше, диоксид титана встречается в виде минералов, однако этого источника недостаточно, поэтому значительная его часть производится. Существуют два основных промышленных метода получения TiO 2: из ильменитового (FeTiO 3) концентрата и из тетрахлорида титана.

Производство диоксида титана из ильменитового концентрата

Технология производства состоит из трёх этапов:

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 сульфтов от шлама. Сульфат железа(II) отделяют в вакуум-кристаллизаторе.
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 Fe 3+ , 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.
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 .

Производство диоксида титана из тетрахлорида титана

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). Процесс обычно ведётся при температуре 900-1000°C
термообработка тетрахлорида (сжигание в токе кислорода)

Применение

Основные применения диоксида титана:

Мировые мощности по производству пигментов на основе диоксида титана (тыс. тонн/год)

	2001 г.	2002 г.	2003 г.	2004 г.
Америка	1730	1730	1730	1680
Запад. Европа	1440	1470	1480	1480
Япония	340	340	320	320
Австралия	180	200	200	200
Прочие страны	690	740	1200	1400
Всего	4380	4480	4930	5080

Другие применения - в производстве резиновых изделий, стекольном производстве (термостойкое и оптическое стекло), как огнеупор (обмазка сварочных электродов и покрытий литейных форм), в косметических средствах (мыло и т.д.), в пищевой промышленности (пищевая добавка E171 ).

Цены и рынок

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 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 .

Нормативы

Двуокись титана пигментная. Технические условия ГОСТ 9808-84

В настоящее время диоксид титана по ГОСТ 9808-84 не выпускается.

Диоксид титана пигментный. ТУ У 24.1-05762329-001-2003

По данным техническим условиям работает ГАК "Титан" (г. Армянск).

Титана диоксид пигментный. ТУ У 24.1-05766356-054:2005

По данным техническим условиям работает ОАО "Сумыхимпром" (г. Сумы).

Использованная литература

Б. В. Некрасов. Основы общей химии . Т. I изд. 3-е, испр. и доп. Изд-во «Химия», 1973 г. С. 644, 648
Т. Г. Ахметов, Р. Т. Порфирьева, Л. Г. Гайсин и др. Химическая технология неорганических веществ : в 2 кн. Кн. 1 Под ред. Т. Г. Ахметова.-М.:Высшая школа, 2002 ISBN 5-06-004244-8 С. 369-402
Химия : Справ. изд./В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. 2-е изд., стереотип. - М.:Химия, 2000. С. 411
Химическая энциклопедия (электронная версия) С. 593, 594

Ссылки

Мировой рынок пигментного диоксида титана Состояние, тенденции, прогнозы
TiO2 - Titanium Dioxide | Двуокись титана (диоксид титана) | Свойства, область применения, производители диоксида титана
Международная карта химической безопасности для диоксида титана
Titanium dioxide Информация из Химической базы данных Акронского университета

Примечания

http://www.snab.ru/lkm2/01/03.pdf
Химическая энциклопедия

В современно мире титановая индустрия развивается стремительно. Она является источником появления большого количества веществ, которые используются в разных сферах промышленности.

Характеристики диоксид титана

Диоксид титана обладает большим количеством названий. Он является амфотерным оксидом четырехвалентного титана. Он играет важную роль в развитии титановой индустрии. Только пять процентов титановой руды идет на производство оксида титана.

Есть большое количество модификаций диоксида титана. В природе встречаются кристаллы титана, которые обладают формой ромба или четырехугольника.

Диоксид титана формула представлена следующим образом: TiO2.

Диоксид титана нашел широкое распространение в различных отраслях промышленности. Он известен во всем мире в качестве такой пищевой добавки, как Е-171. Однако у данного компонента есть ряд негативных действий, что может свидетельствовать о том, что диоксид титана вред несет для организма человека. Известно, что этот компонент обладает отбеливающими качествами. Это может быть хорошо при производстве синтетических моющих средств. Вред для организма человека этой пищевой добавки представляет собой угрозу печени и почкам.

В пищевой промышленности есть вероятность появления вреда от диоксида титана. При избыточном его использовании продукция может приобрести нежелательный оттенок, что только оттолкнет потребителей.

Диоксид титана обладает достаточно низким уровнем токсичности.

Он может стать токсичным при взаимодействии с другими компонентами какой - либо продукции. Использование продукции с высоким содержанием токсинов может привести к отравлениям или даже к смертельному исходу. Поэтому очень важно знать, с какими элементами не стоит использовать оксид титана.

Свойства диоксида титана

У диоксида титана имеется большое количество характерных для него свойств. Они определяют возможность его использования в разных отраслях промышленности. Диоксид титана свойства имеет следующие:

отличная степень отбеливания различных видов материалов,
отлично взаимодействует с веществами, которые предназначены для образования пленки,
устойчивость к высокому уровню влажности и к условиям окружающей среды,
низкий уровень токсичности,
высокий уровень стойкости с химической точки зрения.

Получение диоксид титана

Ежегодно в мире производится более пяти миллионов тонн диоксида титана. За последнее время его производство очень сильно увеличил Китай. Мировыми лидерами по получению этого вещества являются США, Финляндия, Германия. Именно эти государства имеют большие возможности для получения этого компонента. Они экспортируют его в разные страны мира.

Диоксид титана получение возможно двумя основными методами:

1. Изготовление диоксида титана из ильменитового концентрата.

На производственных предприятиях процесс получения оксида титана таким образом делится на три этапа. На первом из них осуществляется обработка ильменитовых концентратов при помощи серной кислоты. В итоге образуются два компонента сульфат железа и сульфат титана. Затем осуществляет повышения уровня окисления железа. В специальных фильтрах происходит разделение сульфатов и шламов. На втором этапе производится гидролиз сульфатный солей титана. Гидролиз осуществляется путем использования зародышей из растворов сульфатов. В результате образуются гидраты оксида титана. На третьем этапе производится их нагревание до определенной температуры.

2. Изготовление диоксида титана из тетрахлорида титана.

В данном виде получения вещества существует три метода, которые представлены:

гидролизом водных растворов тетрахлорида титана,
парофазным гидролизом тетрахлорида титана,
термической обработкой тетрахлорида титана.

Таблица. Производители диоксид титана.

Предприятие	Объемы производства, тыс. тонн
DuPont Titanium Technologies	1150
National Titanium Dioxide Co	н/д
Ltd. (Cristal)	705
Huntsman Pigments	659
Tronox, Inc.	642
Kronos Worldwide, Inc.	532
Sachtleben Chemie GmbH	240
Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd	230

В современном мире оксид титана активно применяется в различных отраслях промышленности.

Диоксид титана применение имеет следующее:

Изготовление лакокрасочной продукции. В большинстве случаев на основе этого компонента производятся титановые белила.
использование при производстве пластмассовых материалов.
изготовление бумаги ламинированного типа,
Изготовление косметических декоративных средств.

Оксид титана также нашел широкое применение в пищевой промышленности. Производители добавляют его в свои изделия в качестве одного из компонентов красителей пищевого типа. В продуктах питания он практически не ощущается. Производители добавляют его в минимальных количествах для того, чтобы их продукция лучше хранилась и имела привлекательный внешний вид.

Благодаря своим свойствам сегодня диоксида титана используется при производстве широкого круга товаров различного назначения. Так, более 50% всего объема диоксида титана идет на изготовление товаров лакокрасочной отрасли (титановые белила), поскольку диоксид обладает отличными красящими свойствами. Это: краски (глянцевые, матовые и полуматовые, силикатные, кремнийорганические, порошковые, эмульсионные и с наполнителями для разнообразных строительных, ремонтных и промышленных работ, печати), лаки и эмали, смеси и растворы для грунтования, шпаклевки, штукатурки, цементирования, а также полиуретановые и эпоксидные покрытия, в том числе и для древесины. Диоксид, как и металл, белого цвета, поэтому используется он в качестве пигмента. Главное его достоинство – нетоксичность и безвредность. Кроме того, покрытия приобретают высокую стойкость к воздействиям ультрафиолета, не желтеют и практически не стареют.

Более 20% объема производства двуокиси титана потребляется для изготовления пластических масс и изделий на их основе с высокими термическими свойствами (к примеру, оконный пластик, различная мебель, предметы быта, детали автомобилей, машин и техники), а также каучука, линолеума и резины. Здесь он выступает в роли наполнителя, обеспечивая стойкость изделий и поверхностей к изменениям светопогоды, сопротивление при смене среды, защиту от агрессивных факторов.

Около 14% используется при производстве бумаги (белой, цветной, пропитанной), картона, обоев. Диоксид титана играет важную роль при пигментовании. Для придания бумаге гладкости, белости и высоких свойств при печати на поверхность наносят диоксид или его смеси с другими пигментами.

Диоксид титана химической чистоты 99,9998% применяется при производстве оптоволоконных изделий, медицинского оборудования, в радиоэлектронной промышленности. При изготовлении сверхчистых стекол диоксид служит эталоном чистоты. Также он незаменим при выработке термостойкого и оптического стекла, как огнеупорное защитное покрытие при сварочных работах. При производстве керамики диоксид используется для придания максимальной белости черепку либо же эмали (ангобам).

Известно применение оксида титана в косметической отрасли, в частности для усиления свойств солнцезащитных средств, отбеливающих возможностей различных кремов и пр. Упаковочные материалы с использованием диоксида титана играют важную роль при транспортировке и хранении нестойких к солнечному свету продуктов. В пищевой промышленности диоксид используют для отбеливания таких продуктов, как рыбные фарши и полуфабрикаты, белое мясо (кальмар, курица), сахар-рафинад, жевательные резинки, драже и т. д. При этом, конечно же, регламентируется максимальная концентрация диоксида в массе продукта.

Также соединение может использоваться как катализатор в химическом и фармацевтическом производстве для получения специфических промежуточных продуктов.

В целом, для каждого производства нормируется чистота диоксида, количество и характер примесей, допустимые массовые концентрации и другие показатели. Производство и потребление диоксида титана на сегодня является одним из показателей развития экономики.