Quy trình sản xuất TiO2 – hóa chất Titanium Dioxide

Chu Văn An

Quy trình sản xuất TiO2 – Hóa chất Titanium Dioxide. Trong bài viết chia sẻ kiến ​​thức tại đây chúng ta đã tìm hiểu về Titanium Dioxide. Từ công thức hóa học, tính chất vật lý, hóa học đến ứng dụng thực tế trong 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 vô số sản phẩm chúng ta sử dụng hàng ngày. Từ thực phẩm, mỹ phẩm, giấy, vải, gốm sứ đến các mặt hàng nhựa và cao su, sơn tường và bột trét. Ngay cả những thiết bị công nghệ cao như chất bán dẫn, bảng mạch kỹ thuật…

Titanium Dioxide có những đặc tính vật lý và hóa học kỳ diệu mà không một loại hóa chất nào có được. Nó không độc hại, không phản ứng, phát sáng. Giúp tăng độ trắng sáng cho nhiều loại vật liệu một cách an toàn. Đồng thời, nó có tính ổn định nhiệt (nhiệt độ nóng chảy cao), kháng hóa chất (chịu được các tác động không đáng kể), độ cứng cao, độ che phủ lớn, đặc tính mài mòn, dẻo dai, hiếm khi bị nứt…

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

Trong bài viết này, hãy cùng Vũ Hoàng tìm hiểu về phương pháp cũng như quy trình sản xuất loại phụ gia hóa học đặc biệt này nhé.

Quy trình sản xuất TiO2 – Hóa chất Titanium Dioxide

Trên thế giới có bao nhiêu quy trình sản xuất TiO2?

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

Phân biệt các quy trình sản xuất TiO2

Quá trình sunfat

Quá trình này sử dụng axit sulfuric đậm đặc để hòa tan. Phương pháp sunfat là phương pháp lâu đời nhất và thường được áp dụng cho quặng có hàm lượng thấp.

Gồm 4 giai đoạn:

• Sự phân hủy
• Tách Fe ra khỏi dung dịch
• Thủy phân tạo ra axit metantanic
• Gia nhiệt H2TiO3

Xem thêm: >>> Hóa chất TiO2 là gì? TiO2 hoạt động như thế nào?

Giai đoạn phân hủy:

Dùng H2SO4 để phân hủy quặng ilmenit (FeTiO3) sẽ gây ra các phản ứng sau:

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

FeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O

Lúc đầu người ta chỉ cần đun nóng ở nhiệt độ 1250C – 1350C. Khi đó nhiệt độ sẽ tự động tăng nhờ nhiệt phản ứng lên tới 1800C – 2000C

Bước tách Fe ra khỏi dung dịch:

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

Giai đoạn thủy phân dung dịch

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

TiOSO4 + H2O TiO2n.H2O + H2SO4

Ở giai đoạn cuối nung nóng H2TiO3:

Titan dioxide ngậm nước được đun nóng để tách nước ở nhiệt độ 200 – 300 C và từ 500 – 900 C để loại bỏ SO3:

TiO2n.H2O TiO2 + nH2O

Khi nung ở 9500C ta thu được TiO2 ở dạng rutil.

Quá trình clorua

Quá trình clo hóa nguyên liệu thô là xỉ titan 85-90% TiO2, rutile nhân tạo và rutile tự nhiên.

Phương pháp clo hóa bao gồm 3 giai đoạn:

• Thủy phân dung dịch TiCl4
• Thủy phân ở pha khí
• Đốt cháy TiCl4

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

2TiO2 + 3C + 4Cl2 2TiCl4(khí tạp chất) + 2CO + CO2

TiCl4 (khí không tinh khiết) TiCl4 (chất lỏng tinh khiết)

Giai đoạn thủy phân dung dịch TiCl4:

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

TiCl4 + 3H2O = H2TiO2 + 4HCl

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

Thủy phân ở pha khí:

TiCl4 phản ứng với hơi nước ở 3000C – 4000C

TiCl4 + 2H2O = TiO2 + 4HCl

Làm đầy dòng không khí bằng nước và dòng không khí bằng hơi TiCl4 nóng

3000C – 4000C vào bể. Bình phản ứng cũng được làm nóng đến 3000C – 4000C. Để tách TiO2 khỏi HCl, có thể sử dụng màng lọc gốm.

Đốt TiCl4:

Nếu muốn tái sinh Cl2, tốt nhất nên lấy TiO2 bằng cách đốt TiCl4 bằng O2 ở nhiệt độ cao.

TiCl4 + O2 = TiO2 + 2Cl2

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

Ưu nhược điểm của từng quy trình sản xuất Titanium Dioxide

Lợi thế:

Với phương pháp axit sunfuric, quy trình sản xuất chỉ sử dụng một loại hóa chất là H2SO4. Và có thể sử dụng vật liệu có hàm lượng TiO2 thấp và giá thành rẻ.

Với phương pháp clo hóa, ưu điểm càng lớn: ít chất thải, khí clo được thu hồi để tái sử dụng. Sản phẩm trung gian TiCl4 có thể được bán để sử dụng trong ngành sản xuất titan xốp.

Nhược điểm:

Phương pháp axit sunfuric sẽ có nhược điểm: chi phí đầu tư cao, dòng chảy phức tạp. Lượng rác thải lớn khiến quá trình xử lý rác thải khá phức tạp và tốn kém.

Phương pháp clo hóa có nhược điểm sau: phản ứng ở nhiệt độ cao, tiêu thụ năng lượng cao. Và sản phẩm phụ là sắt clorua ít được sử dụng và phải chôn sâu.

Vì vậy, hiện nay trên thế giới việc sản xuất titan dioxide chủ yếu dựa vào quá trình clo hóa. 60% Titanium dioxide được sản xuất trên toàn cầu là sản phẩm của quá trình clo hóa.

Kết luận

Trên đây Vũ Hoàng đã giới thiệu đến các bạn quy trình sản xuất hóa chất Titanium Dioxide. Chúng tôi hy vọng những thông tin chia sẻ ở trên sẽ hữu ích với bạn.

Chúng tôi ở Vũ Hoàng luôn sẵn sàng cung cấp hóa chất, phụ gia. Bao gồm Titanium Dioxide chất lượng cao, được nhập khẩu có đầy đủ giấy chứng nhận chất lượng sản phẩm. Vui lòng liên hệ với chúng tôi qua HOTLINE hoặc Website: https://vuhoangco.com.vn để biết thêm thông tin sản phẩm.