Quy trình sản xuất TiO2 – hóa chất Titanium Dioxide

Quy trình sản xuất TiO2 – hóa chất Titanium Dioxide . Trong bài chia sẻ kiến thức tại đây chúng ta đã tìm hiểu về Titanium Dioxide. Từ công thức hóa học, đặc tính lý hóa đến ứng dụng thực tế trong các ngành sản xuất công nghiệp.

Titanium Dioxide ngày càng trở nên phổ biến trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Hóa chất này xuất hiện trong thành phần của vô số sản phẩm chúng ta sử dụng hàng ngày. Từ những thực phẩm, mỹ phẩm, giấy, vải, gốm sứ cho tới các vật dụng bằng nhựa, cao su, đến sơn tường, bột bả . Cho tới cả những thiết bị công nghệ cao như chất bán dẫn, bản mạch kỹ thuật…

Titanium Dioxide có những đặc tính lý hóa kỳ diệu mà không một hóa chất khác nào có được. Đó là không độc hại, không phản ứng, phát sáng. Giúp tăng độ trắng và độ sáng của nhiều vật liệu một cách an toàn. Đồng thời có tính bền nhiệt (nhiệt độ nóng chảy cao), bền hóa học (chịu tác dụng không có đáng kể), độ cứng cao, che phủ lớn, tính mài mòn, độ dẻo dai, hiếm khi gãy nứt…

Titanium Dioxide còn được gọi là Titan oxit hay Titan trắng. Công thức hóa học là TiO2, có nguồn gốc từ ilmenite, rutile và anatase.

Trong bài này, hãy cùng Vũ Hoàng tìm hiểu về cách thức và quy trình sản xuất nên hóa chất phụ gia siêu phàm này nhé. 

Có bao nhiêu quy trình sản xuất TiO2 trên thế giới?

Hiện nay, trên thế giới chủ yếu sử dụng hai quy trình công nghệ để sản xuất Titanium Dioxide: Đó là phương pháp axit sulfuric và phương pháp clo hóa. Các sản phẩm được sản xuất bởi quá trình axit sulfuric thường được gọi là axit sulfuric titanium dioxide. Và các sản phẩm được sản xuất bởi quá trình clorua thường được gọi là clo dioxit titan.

Phân biệt các quy trình sản xuất TiO2

 Phương pháp axit sulfuric (Sulphate process)

Quy trình dùng axit sulfuric đậm đặc để hòa tách. Phương pháp sunfat là phương pháp lâu đời nhất và thường được áp dụng cho những quặng có hàm lượng thấp.  

Gồm 4 giai đoạn:

• Phân hủy
• Tách Fe ra khỏi dung dịch
• Thủy phân tạo ra axit mêtatitanic
• Nung H2TiO3

Xem thêm : >>> Hóa chất TiO2 là gì? TiO2 có tác dụng như thế nào?

Giai đoạn phân hủy: 

Dùng H2SO4 để phân hủy quặng ilmenite(FeTiO3) sẽ xảy ra những phản ứng:

FeTiO3 + 3H2SO4 = Ti(SO4)2 + FeSO4 + 3H2O

FeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O

Lúc đầu người ta chỉ cần nung lên 1250C – 1350C. Sau đó nhiệt độ sẽ tự động tăng lên nhờ nhiệt của phản ứng lên đến 1800C – 2000C

Giai đoạn tách Fe ra khỏi dung dịch:

 Hỗn hợp ilmenit và H2SO­4 (dư) nung ở nhiệt độ khoảng 170 – 220 C trong thời gian nhất định. Làm nguội sản phẩm và hòa tan bằng nước dư. Sau đó dùng bột sắt để khử Fe3+ về Fe2+. Hỗn hợp tiếp tục làm lạnh đến khoảng 15 C để muối Fe2+ kết tinh dạng FeSO4.7H2O và đem lọc để loại bỏ phần kết tủa.

Giai đoạn thủy phân dung dịch 

Thu được sau khi lọc bằng cách đun nóng đến nhiệt độ 110 C tạo thành axit metatitannic (H2TiO3 hoặc TiO2n.H2O) lắng xuống.

TiOSO4 + H2O    TiO2n.H2O   + H2SO4

Trong giai đoạn cuối nung H2TiO3 :

Titan dioxit ngậm nước được nung để tách nước ở 200 – 300 C và từ 500 – 900 C để loại bỏ SO3:

TiO2n.H2O  TiO2 + nH2O

Khi nung nhiệt độ < 9500C sẽ cho ta TiO2 dạng anatase, còn khi > 9500C cho ta TiO2 dạng rutile.

 Phương pháp clo hóa ( Chloride process)

Quy trình clorua hóa nguyên liệu vào là xỉ titan 85- 90% TiO2, rutile nhân tạo và rutile tự nhiên.

Phương pháp clo hóa gồm 3 giai đoạn:

• Thủy phân dung dịch TiCl4
• Thủy phân trong pha khí
• Đốt TiCl4

Tinh quặng được pha trộn với than cốc và sục khí clo đi qua ở nhiệt độ khoảng 900-1000 C trong lò tầng sôi. Hỗn hợp khí thu được gồm titan tetraclorua (TiCl4), oxit cacbon (CO,CO2) . Và các kim loại tạp chất được làm lạnh và ngưng tụ, thu được TiO4 tinh khiết:

2TiO2  +  3C + 4Cl2  2TiCl4(impure gas)  +  2CO  +  CO2

TiCl4(impure gas)  TiCl4(pure liquid)

Giai đoạn thủy phân dung dịch TiCl4:

Chuẩn bị dung dịch nướcTiCl4 bằng cách rót TiCl4 vào nước lạnh hoặc axit HCl loãng

TiCl4 + 3H2O = H2TiO2 + 4HCl

Sau đó nung H2TiO3 ở 8500C – 9000C sẽ thu được TiO2 

Thủy phân trong pha khí:

TiCl4 tác dụng với hơi nước ở 3000C – 4000C

 TiCl4 + 2H2O = TiO2 + 4HCl

Cho dòng không khí no nước và dòng không khí với hơi TiCl4 đã đun nóng

3000C – 4000C vào trong bình. Bình phản ứng cũng đã được nung nóng tới 3000C – 4000C. Để tách TiO2 khỏi HCl có thể dùng màng lọc bằng gốm.

Đốt TiCl4:

Muốn tái sinh Cl2 thì tốt nhất là nhận TiO2 bằng cách đốt TiCl4 với O2 ở nhiệt độ cao.

TiCl4 + O2 = TiO2 + 2Cl2

Tham khảo thêm : >>> Hóa chất Titanium dioxide TIO2 là gì ? Những điều cần biết về hóa chất Titanium dioxide

Ưu và nhược điểm của từng quy trình sản xuất Titanium Dioxide

Ưu điểm:

Với phương pháp axit sulfuric thì quy trình sản xuất chỉ dùng 1 loại hóa chất là H2SO4 . Và có thể sử dụng nguyên liệu có hàm lượng TiO2 thấp, rẻ tiền.

Với phương pháp clo hóa thì ưu điểm nổi trội hơn: lượng chất thải ít hơn, khí clo được thu hồi dùng lại.  Sản phẩm trung gian là TiCl4 đã có thể bán để dùng cho ngành sản xuất titan bọt.

Nhược điểm:

Phương pháp axit sulfuric sẽ có những nhược điểm: chi phí đầu tư lớn, lưu trình phức tạp. Lượng chất thải lớn kéo theo khâu xử lý chất thải khá phức tạp và tốn kém.

Phương pháp clo hóa lại gặp phải những nhược điểm sau: phản ứng ở nhiệt độ cao, tốn nhiều năng lượng. Và sản phẩm phụ là clorua sắt ít được sử dụng phải đem chôn sâu.

Chính vì vậy, hiện nay trên thế giới việc sản xuất titanium dioxide chủ yếu dựa trên quá trình clo hóa. 60% Titanium dioxide được sản xuất trên toàn cầu là sản phẩm của phương pháp clo hóa. 

Kết luận

Trên đây, Vũ Hoàng đã giới thiệu với các bạn về các quy trình sản xuất ra hóa chất Titanium Dioxide. Rrất mong thông tin chia sẻ trên của chúng tôi hữu ích với các bạn. 

Vũ Hoàng chúng tôi luôn sẵn sàng cung cấp các loại hóa chất, phụ gia. Trong đó có Titanium Dioxide chất lượng cao, được nhập khẩu với đầy đủ chứng nhận chất lượng sản phẩm. Hãy liên hệ với chúng tôi qua HOTLINE 0945609898 hoặc Website : https://vuhoangco.com.vn để biết thêm về thông tin các sản phẩm .