Titandioxid

Titandioxid ist das natürlich vorkommende Oxid von Titan. Es hat eine breite Palette von Anwendungen, von Farbe über Sonnenschutzmittel bis hin zu Lebensmittelfarben. Bei der Verwendung als Lebensmittelfarbe hat es die E-Nummer E171. Titandioxid verfügt mit einem sehr hohen Brechungsindex, der dem von Diamanten nahe kommt, über bemerkenswerte optische Eigenschaften. Außerdem ist es eine sehr stabile Verbindung.

Titandioxid ist das am häufigsten verwendete Weißpigment und sorgt für Weißgrad und Opazität sowohl in Farben (57 % der Weltproduktion) als auch in Lacken, Kunststoffen (24 %) und Papier (12 %). Darüber hinaus hat es viele Spezialanwendungen. Es ist beständig gegen UV-Strahlen und verfärbt sich daher über einen langen Zeitraum nicht. Hochreine und feinkristalline Titandioxid-Grade werden zunehmend für Sonnenschutzmittel eingesetzt. Auch bei den Photokatalysatoren verzeichnet Titandioxid eine steigende Nachfrage.

Herstellungsprozess

Es gibt zwei Hauptprozesse, das Sulfatverfahren und das Chloridverfahren, bei denen die beiden Haupterze Ilmenit bzw. Rutil verwendet werden. Ilmenit enthält zwischen 45 und 60 % Titandioxid (TiO₂) und Rutil enthält bis zu 99 % TiO₂. Die Erze werden weltweit abgebaut, der größte Teil der Produktion findet jedoch in Australien und Südafrika statt.

Jeder große Hersteller von Titandioxid verwendet für seine Produktion diese beiden Verfahren in einem bestimmten Verhältnis. Beide produzieren das Oxid in Rutil-Kristallform, das Sulfatverfahren kann jedoch auch eine andere Form des Oxids erzeugen, die Anatase, die weicher ist und für eine kleine Anzahl von Spezialanwendungen verwendet wird.

Es wird geschätzt, dass etwa 65 % der Weltproduktion auf dem Chloridverfahren basieren.

Sulfatverfahren

Die Chemie des Sulfatverfahrens umfasst drei Hauptstufen, nämlich die Auflösung des Erzes, die Bildung von hydratisiertem Titandioxid und die Bildung von wasserfreiem Titandioxid.

Auflösung des Erzes: Das Erz ist in der Regel Ilmenit. Es wird fein gemahlen und in Schwefelsäure gelöst, damit es eine Mischung aus Sulfaten bildet. Die Eisenionen müssen aus der Lösung entfernt werden, damit sich das Endprodukt nicht verfärbt. Nach der Filtration enthält die verbleibende Lösung Titanylsulfat, TiOSO4.

Bildung von hydratisiertem Titandioxid: Im nächsten Schritt erfolgt die Hydrolyse des Titansulfats in der Lösung zu unlöslichem, hydratisiertem Titandioxid.

Bildung von wasserfreiem Titandioxid: Die letzte Stufe des Verfahrens ist die Erwärmung des Feststoffes in einem Drehrohrofen, der mit Gasflammen beheizt wird. Die Erhitzung verdampft das Wasser und zersetzt die im Feststoff verbleibende Schwefelsäure. Nach dem Abkühlen wird das Produkt zu Kristallen in der gewünschten Größe gemahlen.

Chloridverfahren

Die Chemie des Chloridverfahrens besteht aus zwei Hauptschritten, nämlich der Umwandlung von Rutil in Titanchlorid und der Oxidation von Titanchlorid.

Die Umwandlung von Rutil zu Titanchlorid: Rutil und Chlor werden zusammen mit einer Kohlenstoffquelle auf eine beheizte Oberfläche geleitet. Es bilden sich Titan und andere Metallchloride. Gasförmige Metallchloride werden abgetrennt. Der Titanchloriddampf wird anschließend destilliert, um ein reineres Produkt zu erhalten.

Die Oxidation von Titanchlorid: Flüssiges Titanchlorid wird verdampft, in Sauerstoff verbrannt und zusammen mit einer Kohlenwasserstoff-Brennstoffquelle auf eine hohe Temperatur gebracht, um die Reaktion einzuleiten und die Temperatur hoch genug zu halten, damit die Reaktion ablaufen kann.

Das Titandioxid bildet sich (durch Zugabe von Impfkristallen) als feiner Feststoff im Gasstrom und wird über Zyklone oder Filter aus den Abgasen herausgefiltert. Das Chlor wird in die Chlorierungsstufe des obigen Verfahrens zurückgeführt.

Apparate und verfahrenstechnische Ausrüstung von GAB Neumann

Bei der Herstellung von Titandioxid werden große Mengen an Salz- oder Schwefelsäure eingesetzt und verarbeitet.

GAB Neumann bietet Herstellern von Titanoxid, die das Sulfatverfahren anwenden, Schwefelsäurekühler, Erhitzer und Verdünnungskühler, und Herstellern von Titanoxid, die das Chloridverfahren anwenden, Salzsäurekühler, Erhitzer und Absorber an.

GAB Neumann hat spezifische abriebfeste Lösungen entwickelt, um den abrasiven Eigenschaften der Titanoxidkristallen in den Säuresuspensionen gerecht zu werden.

Zugehörige Produkte:

Schwefelsäure Verdünnungsanlage

Graphit-Ringnut-Hochleistung-Kondensatoren

Graphit-Ringnut-Partialkondensatoren

Graphit-Blockwärmetauscher

Quenchen

Isotherme Ringnut-Absorber

Kolonnen

Salzsäure-Rückgewinnung