دی اکسید تیتانیوم

توضیحات

برند:PANGANG – LOMON –DONGFANG – BLUESTAR

کشورتولید کننده: چین

گرید:R298 – R996 – R5566 – R886 – R219 – A1

کاربرد:

تیتان های روتایل و آناتاس یکی از موادهای با ارزش و پرکاربرد در صنایع دارویی ، آرایشی ، غذایی ، لاستیک، کاغذ، صنعت خودرو سازی ، رنگ ، پنجره های UPVC ، مستربچ و بسیاری از صنایع دیگر میباشند.

دی اکسید تیتانیوم (Titanium Dioxide)

تیتانیوم دی اکسید چیست؟

Titanium Dioxide چیست؟

Tio2 چیست؟

تیتانیوم دی اکسید، یک ترکیب معدنی به فرمول Tio2 است که عموما با نام تیتانیوم IV اکساید یا تیتانیا شناخته می شود. این ترکیب شیمیایی از فلز تیتانیوم و اکسیژن تشکیل شده است. این ماده یک رنگدانه جامد سفید با کاربردهای گسترده در صنایع مختلف است. ساختار مولکولی این ماده به صورت مکعب مستطیل گزارش شده است که در نتیجه مطالعات ساختاری و میکروسکوپی به دست آمده است.  از دی اکسید تیتانیوم در تولید بسیاری از محصولات از رنگ و غذا گرفته تا داروها و لوازم آرایشی بسیار استفاده می شود.

این ترکیب به عنوان رنگدانه برای تولید لوازم آرایشی و محصولات مراقبت شخصی که روی پوست (ناحیه چشم)، ناخن ها و لب ها جهت ایجاد رنگ سفید استفاده می شود. این ترکیب شیمیایی به افزایش شفافیت های محصول بسیار کمک می کند. دی اکسید تیتانیوم همچنین نور را جذب، منعکس یا پراکنده می کند و از اشعه ماوراء بنفش خورشید که می تواند باعث خراب شدن محصولات بهداشتی و آرایشی شود، جلوگیری می کند. همچنین از این ترکیب شیمیایی در برخی از محصولات ضد آفتاب به عنوان راهی برای محافظت از پوست در برابر اشعه مضر فرابنفش خورشید استفاده می شود.

ویژگی ها و خواص فیزیکی و شیمیایی تیتانیوم دی اکسید به صورت زیر معرفی می شوند:

نام آیوپاک: تیتانیوم‌دی‌اکسید

نام های متداول: تیتانیا – روتایل – آناتاز

فرمول مولکولی: Tio2

خطر: تحریک کننده پوست – چشم ها – مجاری تنفسی

حلالیت در آب:

جرم مولی: 86/79 گرم بر مول

دانسیته: 23/4 گرم بر سانتی متر مکعب در حالت روتایل

نقطه جوش: 2972 درجه سانتی گراد

نقطه ذوب: 1843 درجه سانتی گراد

منشا دی اکسید تیتانیوم

این ترکیب شیمیایی در طبیعت، به صورت سه کریستال آناتاز، بروکیت و روتیل یافت می شود. برای تولید رنگدانه ها، فقط از کریستال های روتیل و آناتاز می توان استفاده کرد. اگرچه این دو نوع به یک سیستم کریستالی یکسان تعلق دارند، اما تفاوت های مشخصی در ساختار شبکه آن­ها وجود دارد. سلول های شبکه در روتیل نزدیک تر از سلول های شبکه آناتاز هستند.

به همین دلیل، روتیل پایداری حرارتی بالاتری نسبت به آناتاز دارد. در حالی که سلول های آناتاز در چهار لبه به هم متصل شده اند، روتیل فقط در دو لبه متصل شده است. تفاوت های اصلی این دو نوع رنگدانه در مورد ویژگی های فیزیکی بر اساس این واقعیت ها دسته بندی شده است.

شکل 1فازهای ساختاری (a) روتایل، (b) آناتاز و (c) بروکیت

طبق استاندارد ASTM این ماده به صورت رنگدانه در 4 نوع مختلف تولید می‌گردد:

1: دارای حداقل 94 درصد TiO2 و نوع گرید آناتاز است و این گرید دارای بیشترین مقاومت می‌باشد.

2: دارای حداقل 92 درصد TiO2 و نوع گرید روتایل است و این گرید دارای مقاومت متوسط می‌باشد.

3: دارای 90 درصد TiO2 و نوع گرید روتایل است و این گرید دارای مقاومت متوسط می‌باشد.

4: دارای 80 درصد TiO2 و نوع گرید روتایل است و این گرید دارای مقاومت بالایی می‌باشد.

گریدهای تجاری

A1، R219، R888، R5566، R996، R298 و …

فرآیند تولید دی اکسید تیتانیوم

امروزه این ترکیب شیمیایی به دو روش در سراسر جهان تولید می شود. این دو روش عبارتند از:

1. با استفاده از فرآیند سولفات

در فرآیند سولفات رنگدانه های سولفاته (آناتاز یا روتیل) از سنگ معدن ایلمنیت (FeTiO3) و اسید سولفوریک غلیظ تولید می شوند. در همین حال، اکثر تولیدکنندگان از محصولات جانبی (اسید کلریدریک رقیق شده، ویتریول سبز) حاصل از این فرآیند استفاده کامل می کنند.

2. با استفاده از فرآیند کلرید

فرآیند کلرید که در طول زمان توسعه یافته است، از فناوری دوستدار محیط زیست با واکنش مواد اولیه غنی شده با تیتانیوم ناشی از گاز کلر و کک بنزین استفاده می کند. در دمای حدود ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد تتراکلرید تیتانیوم (TiCI4) تولید می شود که با تقطیر تصفیه شده و مجددا در شعله اکسیژن خالص به دی اکسید تیتانیوم تبدیل می شود. کلر موجود به فرآیند بازگردانده می شود. در این فرایند رنگدانه های کلریدی (البته فقط رنگدانه های روتیل) تولید می شوند.

کاربرد های دی اکسید تیتانیوم

این ترکیب شیمیایی یک ماده طبیعی است که فرمول شیمیایی TiO2 ساده ای دارد. بیشتر از آن به عنوان رنگدانه در صنایع استفاده می شود. تیتانیوم دی اکسید یک ماده شیمیایی معدنی است که حتی در دماهای بالا بسیار پایدار و غیر واکنشی است.

این بدان معناست که می تواند در تولید طیف وسیعی از محصولات، از رنگ و افزودنی های غذایی گرفته تا سرامیک، چسب و حتی خمیر دندان استفاده شود. در این محصولات از این ترکیب شیمیایی به عنوان یکی از اجزای اصلی، به عنوان پیش ساز یا به عنوان کاتالیزور استفاده می شود. برخی از کاربردهای این ترکیب شیمیایی عبارتند از:

تولید رنگ

از این ترکیب شیمیایی به عنوان رنگدانه سفید در تولید رنگ ها استفاده می شود که پوشش مات را ایجاد می کند. رنگ تیتانیوم، محبوب ترین سایه سفید برای رنگ آمیزی است، زیرا این اثر مات و کدر است.

افزودنی غذایی

این ترکیب شیمیایی به عنوان یک افزودنی غذایی، عمدتا به عنوان رنگ دهنده مواد غذایی استفاده می شود و اغلب در شیرینی پزی، پخت و تولید سس استفاده می شود.

تولید ضد آفتاب

تیتانیوم دی اکسید به همراه اکسید روی در مسدود کردن اشعه ماوراء بنفش خورشید بسیار موثر عمل می کنند و به عنوان یک ضد آفتاب معدنی عمل می کند که به طور فیزیکی نور خورشید را مسدود و از بین می برند. زیرا نانو ذرات این ترکیبات به عنوان آینه های بسیار کوچکی عمل می کنند که نور خورشید را پراکنده می کنند.

استفاده به عنوان پوشش

از آنجا که این ترکیب شیمیایی می تواند به طور طبیعی اشعه ماوراء بنفش را مسدود کند، همچنین به عنوان یک پوشش شیمیایی می می تواند موثر عمل کند. این ترکیب شیمیایی می تواند سطوح رنگ شده را در برابر آسیب های اشعه UV محافظت کند. به این ترتیب به طول عمر موثرتر سطوح کمک می کند.

تولید چسب

این ترکیب شیمیایی احتمال ترک خوردگی یا محو شدن رنگ در پلاستیک ها را به حداقل می رساند. به طور مشابه، از شکنندگی لاستیک هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید جلوگیری می کند و به این دلایل به چسب های لاستیکی و پلاستیکی اضافه می شود.

تولید سرامیک

تیتانیوم خالص یا عنصری دارای بیشترین نسبت کشسانی به چگالی است. این بدان معناست که می تواند نیروی کششی و برشی فوق العاده ای را تحمل کند. با این حال، دی اکسید تیتانیوم یک ماده معدنی است و می تواند به راحتی پودر شود. با در نظر گرفتن این نکته، از آن در تولید سرامیک استفاده می شود نه به دلیل استحکام بالای آن، بلکه برای لعابی که در نتیجه تبلور این ماده معدنی در طول سرد شدن به سرامیک می بخشد.

تولید کفپوش

این ترکیب شیمیایی را می توان روی تخته کف یا انواع دیگر کفپوش ها به منظور افزایش درخشندگی و همچنین افزایش استحکام این محصولات در برابر مواد سایش استفاده کرد.

تولید لوازم آرایشی

در صنعت تولید آرایشی و بهداشتی تیتانیوم دی اکسید عمدتا به عنوان رنگدانه استفاده می شود، اگرچه در بسیاری از محصولات آرایشی به عنوان ضخیم کننده نیز کاربرد دارد.

تولید خمیر دندان

در حالی که این ترکیب هیچ فایده برای سلامتی دندان ندارد اغلب به منظور افزایش سفیدی محصول به خمیردندان ها اضافه می شود.

تولید صابون ها

این ماده شیمیایی رنگ مات سفید را به صابون ها ارائه می دهد که دستیابی به آن با استفاده از انواع دیگر رنگدانه ها بسیار دشوار است.

موارد ایمنی مربوط به تیتانیوم دی اکسید

با توجه به برگه اطلاعات شیمیایی و موارد ایمنی تیتانیوم دی اکسید، مشخص شده است این ترکیب معدنی از نظر اشتعال پذیری و سمیت، بی خطر است اما می‌تواند موجب تحریک و یا آلرژی در سیستم تنفسی شود. کارگرانی که با این رنگدانه معدنی سر و کار دارند، در طولانی مدت ممکن است دچار آسیب های تنفسی شوند. به این ترتیب توصیه می شود حتما هنگام کار با این ترکیب شیمیایی از دستکش، ماسک و لباس کار مخصوص و عینک ایمنی استفاده کنند.

در صورتی که غبارات تیتانیا وارد سیستم تنفسی شوند، می توانند با مخاط مرطوب مجاری تنفسی  ادغام شده و حساسیت های شدید به وجود آورند.

کیسه های بسته بندی تیتان باید در انبارهای خشک و خنک و دارای تهویه مناسب ذخیره شوند. بسته بندی این ترکیب شیمیایی نباید در مجاورت منابع حرارت یا آتش قرار داده شود. ترجیحا از تماس با سایر مواد شیمیایی مایع نیز جلوگیری گردد.

بازار تیتانیوم دی اکسید

خرید و فروش تیتانیوم دی اکسید به طور متداول در بسته بندی های ۲۵ و ۵۰ کیلوگرمی در بازار انجام می گیرد؛ بنابر نیاز مشتریان، حمل فله ای این ترکیب نیز امکانپذیر است. سالانه بیشتر از چندین میلیارد دلار درآمدزایی از طریق صادرات تیتانیوم‌دی‌اکسید حاصل کشورهای فعال در این حوزه می گردد. طبق آماری که در سال ۲۰۱۷ به ثبت رسیده است، حدود ۱۰ میلیارد دلار نتایج صادرات این ترکیب معدنی بود.

روش تولید

روش تولید به ماده اولیه بستگی دارد. متداول ترین منبع معدنی ایلمنیت است. شن و ماسه معدنی روتیل فراوان همچنین می تواند با فرآیند کلراید یا فرآیندهای دیگر خالص سازی شود. ایلمنیت یا از طریق فرآیند سولفات یا فرآیند کلرید به دی اکسید تیتانیوم درجه رنگدانه تبدیل می شود.

هر دو فرآیند سولفاته و کلرید رنگدانه دی اکسید تیتانیوم را به شکل بلور روتیل تولید می کنند، اما فرآیند سولفاته را می توان برای تولید فرم آناتاز تنظیم کرد. از آناتاز نرم تر، در مصارف الیاف و کاغذ استفاده می شود. فرآیند سولفاته به عنوان یک فرایند دسته ای اجرا می شود و فرآیند کلراید به عنوان یک فرآیند مداوم اجرا می شود.