Диоксид титана производится, поставляется и продается в двух формах: рутильной и анатазной. Рутильные сорта предпочтительнее при производстве лакокрасочных материалов, пластмасс, косметики.

Анатазные пигменты находят свое применение при выпуске бумаги, резины и мыла. Ведущая роль диоксида титана в группе белых пигментов (цинковых и свинцовых) обусловлена комплексом его свойств: высокой дисперсностью, химической инертностью, укрывистостью, термо-, свето- и атмосферостойкостью.

Хлорный и сульфатный способы производства диоксида титана

Пигменты диоксида титана производятся по двум технологическим схемам: сульфатный и хлорный способы. Обе, анатазная и рутильная формы, могут быть произведены любым из способов. Хлорный способ стал доминирующим по причине возможности получения высококачественного пигмента с низким уровнем отходов. Из всех производителей только «Дюпон» производит все пигменты хлорным способом.

Сульфатный способ был внедрен в промышленность в 1931 г. для производства анатазной формы диоксида титана, и позже, в 1941 г., — рутильной формы. В этом способе руда, содержащая титан, растворяется в серной кислоте, образуя растворы сульфатов титана, железа и других металлов. Затем, в результате ряда химических реакций, включающих в себя химическое восстановление, очистку, осаждение, промывание и кальцинацию, образовывается базовый диоксид титана с необходимым размером частиц. Кристальное строение (анатазная или рутильная форма) контролируется в процессе ядрообразования и кальцинации.

FeTiO₃ + 2H₂SO₄ -> TiOSO₄ + FeSO₄ + 2H₂O
TiOSO₄ + H₂O -> TiO₂ + H₂SO₄

Хлорный способ был изобретен компанией «Дюпон» в 1950 г. для производства рутильного диоксида титана. Этот способ включает в себя высокотемпературные фазовые реакции. Титаносодержащая руда вступает в реакцию с хлорным газом при пониженном давлении, в результате чего образуется тетрахлорид титана TiCl₄ и примеси хлоридов металлов, которые затем удаляются.

Высокочистый тетрахлоридтитан (TiCl₄) подвергается окислению под действием высокой температуры для получения диоксида титана с великолепной яркостью. Этап окисления в хлорном способе позволяет лучше контролировать кривую распределения частиц и кристаллическое строение. В результате получается диоксид титана с высокой укрывистостью и разбеливающей способностью.

2FeTiO₃ + 7Cl₂ + 3C -> 2TiCl₄ + 2FeCl₃ + 3CO₂
TiCl₄ + О₂ -> TiO₂ + 2Cl₂

Мировые мощности по производству диоксида титана хлорным способом превышают мощности сульфатного способа и продолжают расти. В обоих способах промежуточный продукт представляет собой кластеры кристаллов диоксида титана, которые затем должны быть разделены для придания оптимальных оптических свойств.

В зависимости от необходимых конечных свойств существует несколько методов для модификации диоксида титана, включающие в себя осаждение оксидов кремния и алюминия на поверхность частицы. Индивидуальная обработка оксидами поверхности в различных комбинациях позволяет достичь оптимальных свойств для каждого конкретного применения.

Сульфатная технология проще хлоридной, и позволяет использовать более бедные и дешевые руды, но она обычно сопряжена с большими издержками производства, причем строительство предприятий, на которых применяется кислотная обработка, обходиться дороже, чем строительство хлоридных заводов, хотя на последних могут понадобиться хлор-щелочные цеха.

С использованием хлоридной технологии производиться более чистый продукт с меньшим диапазоном размеров частиц, однако анатазные пигменты могут быть получены только в ходе хлоридного процесса. По оценке, более половины выпускаемого в мире оксида титана производиться с использованием хлоридной технологии.

Учитывая особенности обоих процессов, основными критериями выбора между ними являются возможность обеспечения производства сырьем соответствующего качества и проблемы, связанные с экологией.