Титан диоксид (титан(IV) оксид) — неорганско соединение со хемиска формула . Кога се користи како пигмент, се нарекува титан бела, пигмент бела 6 (PW6) или CI 77891. Тоа е бела цврста материја која е нерастворлива во вода, иако минералните форми може да изгледаат црни. Како пигмент, има широк спектар на апликации, вклучувајќи боја, крема за сончање и бои за храна. Кога се користи како боја за храна, има Е број E171. Светското производство во 2014 година надмина 9 милиони тони."Titanium" in 2014 Minerals Yearbook. USGS Се проценува дека титан диоксидот се користи во две третини од сите пигменти, а пигментите базирани на оксидот се проценети по цена од 13,2 милијарди долари.
Структура Во сите три негови главни диоксиди, титанот покажува октаедрална геометрија, поврзувајќи се со шест оксидни анјони. Оксидите пак се врзани за три Ti центри. Целокупната кристална структура на рутил е тетрагонална по симетрија додека анатазата и брукит се орторомбни. Кислородните подструктури се сите благи изобличувања на збиеното насложување: во рутил, оксидните анјони се распоредени во искривено шестаголно збиено насложување, додека тие се блиску до кубно затворање во анатаза и до „двојно шестаголно затворање“ за брукит. Структурата на рутил е широко распространета за други метални диоксиди и дифлуориди, на пр. RuO2 и ZnF2.
Растопениот титан диоксид има месна структура во која секој Ti е координиран со, во просек, околу 5 атоми на кислород. Ова е различно од кристалните форми во кои Ti координира до 6 атоми на кислород.
Производство и појава Синтетичкиот TiO2 главно се произведува од минералот илменит. Рутил и анатаза, природен TiO2, исто така се појавуваат нашироко, на пр. рутил како „тежок минерал“ во песокот на плажа. Леукоксенот, ситнозрнеста анатаза формирана со природна промена на илменитот, е уште една руда. Ѕвездените сафири и рубини го добиваат својот астеризам од ориентирани подмножества на игли од рутил.
Минерологија и невообичаени полиморфи Титан диоксидот се јавува во природата како минерали рутил и анатаза. Дополнително, две форми под висок притисок се познати минерали: моноклинична форма слична на баделејит позната како акаогит, а другата има мало моноклиничко нарушување на ортохомбичната α-PbO2 структура и е позната како ризит. И двете може да се најдат на кратерот Рис во Баварија.Akaogiite. mindat.org Главно се добива од илменит, кој е најраспространетата руда што носи титан диоксид низ светот. Рутилот е следниот најзастапен и содржи околу 98 % титан диоксид во рудата. Метастабилните фази на анатаза и брукит неповратно се претвораат во фаза на рамнотежа рутил при загревање над температурите во опсегот .
Титан диоксидот има дванаесет познати полиморфи - покрај рутил, анатаза, брукит, акаогиит и ризит, три метастабилни фази можат да се произведат синтетички (моноклиничен, тетрагонален и ортохомбичен рамсделит) и четири форми под висок притисок (слични на α-PbO2, котунит, орторомбични OI и кубични фази:
Форма Кристален систем Синтеза Рутил АнатазаТетрагонален Брукит Орторомбичен TiO2(B) Моноклиничен Хидролиза на K2Ti4O9 проследена со загревање TiO2(H), форма слична на холнадитТетрагонален Оксидација на поврзаната калиум титанат бронза, K0.25TiO2 TiO2(R), форма слична на рамсделитОрторомбичен Оксидација на поврзаната литиум титанат бронза Li0.5TiO2 TiO2(II)-(форма слична на α-PbO2)Орторомбичен Акаогит (форма слична на баделеит, 7 координиран Ti)Моноклиничен TiO2 -OIОрторомбичен Кубична форма Кубичен P > 40 GPa, T > 1600 °C TiO2 -OII, котунит(форма слична на PbCl2)Орторомбичен P > 40 GPa, T > 700 °C
Се тврдеше дека фазата од типот на котун е најтврдиот познат оксид со Викерова цврстина од 38 GPa и масовен модул од 431 GPa (т.е. блиску до вредноста на дијамантот од 446 GPa) при атмосферски притисок. Сепак, подоцнежните студии дојдоа до различни заклучоци со многу пониски вредности и за цврстината (7-20 GPa, што го прави помек од обичните оксиди како корунд Al2O3 и рутил TiO2) и зафатнинскиот модул (~300 GPa).
Титан диоксидот (Б) се наоѓа како минерал во магматските карпи и хидротермалните вени, како и во атмосферските рабови на перовскитот. TiO2, исто така, формира ламели во други минерали.
Производство
Петте најголеми TiO2 пигментни процесори се во 2019 Chemours, Cristal Global, Venator, Kronos и Tronox. Главните крајни корисници на компанијата за боја и премачкување за титан диоксид од пигментна класа се Akzo Nobel, PPG Industries, Sherwin Williams, BASF, Kansai Paints и Valspar.Hayes (2011), p. 3 Глобалната TiO2 побарувачка за пигменти за 2010 година беше 5,3 Mt со годишен раст се очекува да биде околу 3-4 %.Hayes (2011), p. 4
Начинот на производство зависи од суровина. Покрај рудите, другите суровини вклучуваат надградена згура. И сулфатните и хлоридните процеси произведуваат пигмент на титан диоксид во рутил кристална форма, но сулфатниот процес може да се прилагоди за да се произведе формата на анатаза. Анатазата, бидејќи е помека, се користи во апликации за влакна и хартија. Сулфатниот процес се одвива како сериски процес; Хлоридниот процес се води како континуиран процес.
Хлориден процес Во процесот на хлорид, рудата се обработува со хлор и јаглерод за да се добие титан тетрахлорид, испарлива течност која дополнително се прочистува со дестилација. TiCl4 се третира со кислород за да се регенерира хлорот и да се произведе титан диоксид.
Сулфатен процес Хемиски производствени погони кои користат сулфатен процес, бараат илменит концентрат (45-60 % TiO2) или претходно обработени суровини како соодветен извор на титан. Во процесот на сулфат, илменитот се третира со сулфурна киселина за да се извлече железо(II) сулфат пентахидрат. Добиениот синтетички рутил дополнително се обработува според спецификациите на крајниот корисник, т.е. степенот на пигмент или на друг начин. Во друг метод за производство на синтетички рутил од илменит, Бешеровиот процес прво го оксидира илменитот како средство за одвојување на железната компонента.
Специјализирани методи За специјални апликации, TiO2 филмовите се подготвуваат од различни специјализирани хемикалии. Патеките на сол-гел вклучуваат хидролиза на титан алкоксиди, како што е титан етоксид: Ti(OEt)4 + 2 H2O → TiO2 + 4 EtOH Оваа технологија е погодна за подготовка на филмови. Поврзан пристап кој исто така се потпира на молекуларни прекурсори вклучува хемиско таложење на пареа. Во оваа апликација, алкоксидот се испарува и потоа се распаѓа при контакт со топла површина: Ti(OEt)4 → TiO2 + 2 Et2O
Употреба Најважните области на примена се боите и лаковите, како и хартијата и пластиката, кои сочинуваат околу 80 % од светската потрошувачка на титан диоксид. Други пигментни апликации како што се мастилата за печатење, влакна, гума, козметички производи и храна сочинуваат уште 8 %. Остатокот се користи во други примени, на пример производство на технички чист титан, стакло и стаклена керамика, електрична керамика, метални патини, катализатори, електрични спроводници, хемиски меѓупроизводи или како супстрат за адсорпција на фосфонска киселина.
Пигмент Прво масовно произведен во 1916 година, титан диоксидот е најкористениот бел пигмент поради неговата осветленост и многу високиот индекс на рефракција, во кој е надминат само со неколку други материјали (види список на индекси на рефракција). Големината на кристалот од титан диоксид е идеално околу 220 nm (мерено со електронски микроскоп) за да се оптимизира максималната рефлексија на видливата светлина. Сепак, абнормалниот раст на зрната често се забележува кај титан диоксидот, особено во неговата рутил фаза. Појавата на абнормален раст на зрната доведува до отстапување на мал број кристалити од средната големина на кристалите и го модифицира физичкото однесување на TiO2. Оптичките својства на готовиот пигмент се многу чувствителни на чистота. Само неколку делови на милион (ppm) од одредени метали (Cr, V, Cu, Fe, Nb) може да ја нарушат кристалната решетка толку многу што ефектот може да се открие при контрола на квалитетот. Годишно во светот се користат приближно 4,6 милиони тони пигментарен TiO2, а овој број се очекува да се зголеми додека употребата продолжува да расте.
TiO2 е исто така ефикасен заматувач во форма на прав, каде што се користи како пигмент за да обезбеди белина и непроѕирност на производи како што се бои, облоги, пластика, хартија, мастила, храна, додатоци, лекови (т.е. апчиња и таблети) и повеќето пасти за заби; во 2019 година беше присутен во две третини од пастите за заби на францускиот пазар. Во храната, најчесто се наоѓа во производи како сладоледи, чоколади, сите видови бонбони, креми, десерти, бел слез, гуми за џвакање, колачи, намази, преливи, колачи и многу други намирници. Во бојата, често се нарекува несовесно како „брилијантно бело“, „совршено бело“, „најбело бело“ или други слични термини. Непроѕирноста се подобрува со оптимална големина на честичките од титан диоксид.
Тенки филмови Кога се депонира како тенок слој, неговиот индекс на рефракција и боја го прават одличен рефлективен оптички слој за диелектрични огледала; исто така се користи за генерирање декоративни тенки фолии како што се наоѓаат во „мистичниот огнен топаз“.
Некои сорти на модифицирани пигменти базирани на титан како што се користат во светли бои, пластика, завршна обработка и козметика - тоа се пигменти произведени од човекот чии честички имаат два или повеќе слоеви на различни оксиди - често титан диоксид, железен оксид или алуминиум - за да имаат блескави или бисерни ефекти слични на смачкана мика или производи на база на гванин. Покрај овие ефекти, можна е ограничена промена на бојата во одредени формулации во зависност од тоа како и под кој агол е осветлен готовиот производ и дебелината на оксидниот слој во пигментната честичка; една или повеќе бои се појавуваат со рефлексија, додека другите тонови се појавуваат поради мешање на проѕирните слоеви на титан диоксид. Во некои производи, слојот на титан диоксид се одгледува во врска со железен оксид со калцинирање на соли на титан (сулфати, хлорати) околу 800 °C. Еден пример за бисерен пигмент е ириодин, базиран на мика обложена со титан диоксид или железо(III) оксид.
Ирисцентниот ефект кај овие честички од титан оксид за разлика од непроѕирниот ефект е добиен со вообичаениот мелен пигмент од титан оксид добиен со ископување, во кој случај се зема предвид само одреден дијаметар на честичката и ефектот се должи само на расејување.
Крем за сончање и пигменти кои блокираат УВ Во козметичките производи и производите за нега на кожа, титан диоксидот се користи како пигмент, крем за сончање и згуснувач. Како крема за сончање, се користи ултрафиниот TiO2, кој е забележлив по тоа што во комбинација со ултрафин цинк оксид, се смета дека е ефикасен крем за сончање кој ја намалува инциденцата на изгореници од сонце и го минимизира предвременото фотостареење, фотокарциногенезата и имуносупресија поврзани со долготрајна изложеност на вишок сонце. Понекогаш овие UV блокатори се комбинираат со пигменти од железо оксид во кремата за сончање за да се зголеми заштитата од видливата светлина.
Титан диоксид и цинк оксид генерално се сметаат за помалку штетни за коралните гребени од кремите за сончање кои вклучуваат хемикалии како што се оксибензон, октокрилен и октиноксат.