ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА: ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДИОКСИДА ТИТАНА КОМПАНИЯ DUPONT ИСПОЛЬЗУЕТ ХЛОРИДНУЮ ТЕХНОЛОГИЮ

Для промышленного производства диоксида титана используются два технологических процесса: сульфатный и хлоридный. Рутильный пигмент может изготавливаться любым способом, в то время как анатазный пигмент может изготавливаться только сульфатным способом. На предприятиях компании DuPont используется только хлоридная технология.

Сульфатный метод был внедрен в производство в 1931 г., начавшись с выпуска анатазной формы Ti0₂, а позднее (1941 г.) было освоено изготовление рутила. При этой технологии руда, содержащая титан, растворяется в серной кислоте с образованием раствора сульфатов титана, железа и других металлов. Затем в результате выполнения последовательности операций, включающих химическое восстановление, очистку, осаждение, промывку и прокаливание, получают промежуточные фракции Ti0₂ пигментного размера. Кристаллическая структура - анатаза или рутила - контролируется на этапах образования ядер кристаллизации и последующего прокаливания.

FeTi0₃ + 2H₂S0₄ -> TiOS0₄ + FeS0₄ + 2H₂0 TiOS0₄ + H₂0 -> Ti0₂ + H₂S0₄

Хлоридный метод был разработан и внедрен в производство компанией DuPont в 1948 г., когда и начался выпуск рутильной модификации Ti0₂. Данный технологический процесс построен на двух высокотемпературных безводных парофазных реакциях. В условиях восстановления титановая руда взаимодействует с газообразным хлором с получением хлористого титана и побочных хлоридов других металлов, которые впоследствии отделяются. После этого прошедший тонкую очистку TiCI₄ окисляется при высокой температуре с получением промежуточной двуокиси титана высокой яркости. На этапе окисления в рамках хлорирования имеется возможность жестко контролировать распределение частиц по размерам, а также тип кристалла, что позволяет получать диоксид титана с отличными показателями по кроющей и разбеливающей способностям.

2FeTi0₃ + 7CI₂ + ЗС -> 2TiCI₄ + 2FeCI₃ + 3C0₂ TiCI₄ + 0₂ -» Ti0₂ + 2CI₂

В обоих технологических процессах -сульфатном и хлоридном - промежуточными продуктами являются скопления кристаллов Ti0₂ пигментного размера, которые должны быть разделены (размельчены) для получения оптимальных оптических характеристик. В зависимости от требований конечного пользователя для модификации Ti0₂ используются различные методы обработки, включая осаждение оксидов кремния, алюминия, циркония или цинка на поверхность пигментных фракций. С целью оптимизации рабочих характеристик для конкретных применений могут использоваться специальные методы обработки оксидами в водных или безводных средах или их различные комбинации. Кроме того, с помощью различных методов могут наноситься органические добавки с целью улучшения отдельных характеристик пигмента.

Важнейшим моментом для производства диоксида титана является поставка титановой руды. Хотя титан входит в десятку самых распространенных хи¬мических элементов на Земле, в природе он распространен в очень малых концентрациях. Так что для организации эффективной поставки титановой руды, которая смогла бы удовлетворить экономические потребности производства Ti0₂, необходимо внедрять рациональные методы добычи и обогащения этого минерала.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

Компания DuPont стремится удерживать свое лидирующее положение в вопросах контроля качества продукции и ее унификации. Диоксид титана DuPont™ Ti-Pure проходит регулярную проверку на соответствие его свойств конкретным требованиям практического использования продукта. Полученные результаты проверки качества собираются и представляются в виде отчетов, для чего используются средства информационной системы SAP. В ходе испытаний проверяются такие характеристики, как цвет, разбеливающая способность, оттенок, рН, электрическое сопротивление, склонность к закупориванию сетчатых фильтров (дисперсность), кислотная растворимость, степень пожелтения под воздействием минеральных масел и диспергируемость при слабых сдвиговых усилиях. Ниже приводятся краткие описания оценки этих параметров.

Цвет

Отражающая способность сухого прессованного пигмента Ti0₂ измеряется при трех различных фильтрах. Полученные результаты измерений используются для расчета цвета по системе CIE Lab  (L*, а*, Ь*).

Разбеливающая способность и оттенок
На двухваловой мельнице изготавливаются серые виниловые образцы умеренной твердости. Показания колориметра, полученные на образцах при трех различных отражательных фильтрах, используются для расчета относительной разбеливающей способности и оттенка.

РН
Величина рН для смеси воды и Ti0₂ в соотношении 5:1 измеряется как стандартный параметр качества. Известно, что величина рН продукта влияет на такие рабочие характеристики жидких композиций, как потребность во введении поверхностно-активных добавок и склонность к флоккуляции.

Электрическое сопротивление
Измерение электропроводности используется для определения электрического сопротивления суспензии Ti0₂ и воды, взятых в соотношении 5:1, которое отражает содержание растворимых солей в пигменте.

Дисперсность(проверка с помощью набора сит)
Смеси с 50%-ным содержанием диоксида титана в полиэтилене низкой плотности готовятся с помощью смесителя Бенбери. Заданное количество полученной смеси продавливается через комплект сит; результат оценивается по количеству диоксида титана, которое остается после этого на сите 500-mesh (500 ячеек на 1 см² сита). Для марки R-350 проводится более жесткая проверка с 70%-ным содержанием диоксида титана.

Тест на кислотную растворимость
Растворимость в кислоте диоксида титана марок R-105 и R-960 может быть сопоставлена со степенью сплошности покрытия поверхности частиц Ti0₂ оксидом кремния с последующей экстраполяцией полученных результатов на долговечность продукта при таких его практических применениях, как например, производство винилового сайдинга или оконных профилей. Образец пигмента смешивается с серной кислотой и нагревается в течение заданного времени. Для определения количества Ti0₂, растворившегося в кислоте, используется специальный индикатор.

Пожелтение под воздействием минеральных масел
Сухой диоксид титана диспергируется в масле, содержащем светостабилизатор в виде стерически затрудненных аминов и фенольный антиоксидант. Полученная смесь подвергается воздействию ультрафиолетовых лучей с последующим измерением степени пожелтения в виде изменения значения координаты цветности b*.

Диспергирование при слабых сдвиговых усилиях
Сухой диоксид титана диспергируется в краске при низких сдвиговых усилиях. Степень дисперсности измеряется с помощью специального оборудования после нанесения краски. (Данная проверка проводится только для марок типа R-960, которые предназначены главным образом для применения в лакокрасочных материалах).

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка диоксида титана можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок диоксида титана в России».