Phương pháp phổ biến nhất để sản xuất titan dioxit là quy trình chloride, bao gồm phản ứng của quặng titan với khí clo để tạo thành titan tetrachloride (TiCl4). Hợp chất này sau đó được tinh chế, oxy hóa và nung để tạo ra dạng titan dioxit mong muốn.
Quy trình sản xuất titan dioxit sử dụng khí clo có thể được chia thành nhiều bước:
Chuẩn bị quặng: Bước đầu tiên trong quy trình là khai thác quặng titan từ lòng đất và chuẩn bị cho quá trình xử lý tiếp theo. Quặng titan phổ biến nhất là ilmenit (FeTiO3) và rutil (TiO2), được xử lý khác nhau tùy thuộc vào loại quặng.
Clo hóa: Bước tiếp theo là cho quặng titan phản ứng với khí clo để tạo ra titan tetrachloride (TiCl4) theo phương trình hóa học sau:
TiO2 + 2Cl2 + 2C → TiCl4 + 2CO
Phản ứng này tỏa nhiệt và diễn ra trong lò phản ứng tầng sôi ở nhiệt độ từ 800-1000°C.
Tinh chế: Titan tetrachloride được sản xuất ở bước trước sau đó được tinh chế bằng cách chưng cất để loại bỏ các tạp chất như sắt, nhôm và magie chloride. TiCl4 tinh khiết là một chất lỏng trong suốt được lưu trữ trong các bể chứa để xử lý tiếp.
Quá trình oxy hóa: TiCl4 tinh khiết sau đó được oxy hóa bằng không khí hoặc oxy ở nhiệt độ từ 900-1000°C để tạo ra titan dioxit theo phương trình hóa học sau:
TiCl4 + 2O2 → TiO2 + 2Cl2
Phản ứng này tỏa nhiệt và tạo ra bột titan dioxit trắng mịn. Kích thước hạt và cấu trúc tinh thể của TiO2 có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi nhiệt độ và các thông số quy trình khác.
Nung: Bước cuối cùng trong quy trình là nung titan dioxit ở nhiệt độ từ 600-1000°C để cải thiện độ kết tinh của nó và loại bỏ mọi tạp chất còn sót lại. TiO2 đã nung sau đó được làm nguội và đóng gói để vận chuyển.
Việc sản xuất titan dioxit sử dụng khí clo có một số ưu điểm so với các phương pháp khác như quy trình sunfat. Quá trình chloride tạo ra sản phẩm có chất lượng cao hơn và đồng đều hơn, sử dụng ít nước và năng lượng hơn và có tác động môi trường thấp hơn. Tuy nhiên, quá trình này tốn kém hơn và đòi hỏi phải xử lý cẩn thận các hóa chất độc hại như khí clo và titan tetrachloride.
Titanium dioxide có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau bao gồm:
Sơn và chất phủ: Titanium dioxide được sử dụng làm sắc tố trong sơn và chất phủ do chỉ số khúc xạ, độ mờ đục và độ bền cao của nó. Nó mang lại màu trắng sáng và khả năng che phủ tuyệt vời, điều cần thiết cho các loại sơn chất lượng cao.
Nhựa: Titanium dioxide được sử dụng làm chất độn trong nhựa để cải thiện độ bền, độ cứng và khả năng chống tia cực tím của chúng. Nó cũng cung cấp màu trắng và giúp giảm lượng sắc tố cần thiết khác.
Giấy: Titanium dioxide được sử dụng làm lớp phủ trên giấy để cải thiện độ sáng, độ mờ và khả năng in của giấy. Nó cũng giúp giảm hấp thụ mực và tăng tuổi thọ của vật liệu in.
Mỹ phẩm: Titanium dioxide được sử dụng trong các sản phẩm mỹ phẩm khác nhau như kem chống nắng, phấn phủ và kem dưỡng da do đặc tính ngăn chặn tia cực tím.
Dược phẩm: Titanium dioxide được sử dụng như một thành phần không hoạt động trong các sản phẩm dược phẩm khác nhau như viên nén và viên nang do tính chất ổn định và không độc hại của nó.
