Диоксид титана

Synonyms:
TITANIUM DIOXIDE  ; Dioxide DE TITANE  ; oxyde de titane (IV), TiO2; TiO2; cas 13463-67-7; Cas no:13463-67-7;  Titanium dioxide (rutile); titanium dioxide; TITANIUM DIOXIDE  ; Dioxide DE TITANE  ; OXYDE DE TİTANE (IV), TİO2; TİO2; CAS 13463-67-7; TITANIUM DIOXIDE  ; Dioxide DE TITANE  ; OXYDE DE TİTANE (IV), TİO2; TİO2; CAS 13463-67-7; CAS NO:13463-67-7;  TİTANİUM DİOXİDE (RUTİLE); TİTANİUM DİOXİDE; TİTANİUM DİOXIDE  ; DİOXYDE DE TİTANE  ; TITANIUM DIOXIDE  ; Dioxide DE TITANE   ; TİTANİUM DİOXIDE  ; DİOXYDE DE TİTANE   ; TİTANİUM DİOXİDE RUTİLE; Tıtanıum Dıoxıde  ; Dıoxyde De Tıtane  ; Oxyde De Titane (Iv), Tio2; Tio2; Cas 13463-67-7; Cas No:13463-67-7;  Titanium Dioxide (Rutile); Titanium Dioxide; Titanium Dioxıde  ; Dioxide De Titane  ; Tıtanıum Dıoxıde  ; Dıoxyde De Tıtane   ; Titanium Dioxıde  ; Dioxide De Titane   ; Titanium Dioxide Rutile; tıtanıum dıoxıde  ; dıoxyde de tıtane  ; oxyde de titane (ıv), tio2; tio2; cas 13463-67-7; cas no:13463-67-7;  titanium dioxide (rutile); titanium dioxide; titanium dioxıde  ; Dioxide de titane  ;Tıtanıum Dıoxıde  ; Dıoxyde De Tıtane   ; Titanium Dioxıde  ; Dioxide De Titane   ; Titanium Dioxide Rutile; tıtanıum dıoxıde  ; dıoxyde de tıtane  ; oxyde de titane (ıv), tio2; tio2; cas 13463-67-7; cas no:13463-67-7;  titanium dioxide (rutile); titanium dioxide; titanium dioxıde  ; Dioxide de titane  ; tıtanıum dıoxıde  ; dıoxyde de tıtane   ; titanium dioxıde  ; Dioxide de titane   ; titanium dioxide rutile; TiO2; TiO2; CAS NO:13463-67-7;  TİTANİUM DİOXİDE (RUTİLE); TİTANİUM DİOXİDE; TİTANİUM DİOXIDE  ; DİOXYDE DE TİTANE  ; TITANIUM DIOXIDE  ; Dioxide DE TITANE   ; TİTANİUM DİOXIDE  ; DİOXYDE DE TİTANE   ; TİTANİUM DİOXİDE RUTİLE; Tıtanıum Dıoxıde  ; Dıoxyde De Tıtane  ; Oxyde De Titane (Iv), Tio2; Tio2; Cas 13463-67-7; Cas No:13463-67-7;  Titanium Dioxide (Rutile); Titanium Dioxide; Titanium Dioxıde  ; Dioxide De Titane  ; Tıtanıum Dıoxıde  ; Dıoxyde De Tıtane   ; Titanium Dioxıde  ; Dioxide De Titane   ; Titanium Dioxide Rutile; tıtanıum dıoxıde  ; dıoxyde de tıtane  ; oxyde de titane (ıv), tio2; tio2; cas 13463-67-7; cas no:13463-67-7;  titanium dioxide (rutile); titanium dioxide; titanium dioxıde  ; Dioxide de titane  ; tıtanıum dıoxıde  ; dıoxyde de tıtane   ; titanium dioxıde  ; Dioxide de titane   ; titanium dioxide rutile; TiO2; TiO2 ; Titanyum dioksit anastaz  ; Titanium dioksit anastaz  ; Titanyum dioksyt anastaz  ; Titanyum dioksit ; di oxyde de titane  ; Dioxide de titane; Dioxide de titan  ; Di Oxyde de titane  ; tıtanıum dıoxıde  ; dıoxyde de tıtane   ; titanium dioxıde  ; Dioxide de titane   ; titanium dioxide rutile; TiO2; TiO2; CAS NO:13463-67-7;   Dıoxyde De Tıtane   ; Titanium Dioxıde  ; Dioxide De Titane   ; Titanium Dioxide Rutile; tıtanıum dıoxıde  ; dıoxyde de tıtane  ; oxyde de titane (ıv), tio2; tio2; cas 13463-67-7; cas no:13463-67-7;  titanium dioxide (rutile); titanium dioxide; titanium dioxıde  ; Dioxide de titane  ; tıtanıum dıoxıde  ; dıoxyde de tıtane   ; titanium dioxıde  ; Dioxide de titane   ; titanium dioxide rutile; TiO2; TiO2 ; Titanyum dioksit anastaz  ; Titanium dioksit anastaz  ; Titanyum dioksyt anastaz  ; Titanyum dioksit ; di oxyde de titane  ; Dioxide de titane; Dioxide de titan  ; Di Oxyde de titane  ; Dioxyde de titane; dioxyde de titan; Titanyum Dioksit; Titanium Dioksit; Titanyum Diyoksit

а

Идентификаторы
Количество CAS
13463-67-7 ☑
3D модель (JSmol)
Интерактивное изображение
ЧЭБИ
ЧЕБИ: 32234 ☑
ЧЭМБЛ
ChEMBL1201136 ☒
ChemSpider
24256 ☑
ECHA InfoCard 100.033.327
E номер E171 (цвета)
КЕГГ
C13409 ☒
PubChem CID
26042
Номер RTECS
XR2775000
UNII
15FIX9V2JP ☑
CompTox Dashboard (EPA)
DTXSID3021352
ИнЧИ [показать]
УЛЫБКИ [показать]
Свойства
Химическая формула TiO
2
Молярная масса 79,866 г / моль
Внешний вид Белое твердое вещество
Запах Без запаха
Плотность
4,23 г / см3 (рутил)
3,78 г / см3 ()
Точка плавления 1843 ° C (3349 ° F, 2116 K)
Температура кипения 2,972 ° C (5,382 ° F, 3245 K)
Растворимость в воде Нерастворимый
Ширина запрещенной зоны 3,05 эВ (рутил) [1]
Магнитная восприимчивость (χ) + 5,9 · 10-6 см3 / моль
Показатель преломления (нД)
2,488 ()
2,583 (брукит)
2,609 (рутил)
Термохимия
Стандартный моляр
энтропия (So298) 50 Дж · моль − 1 · K − 1 [2]
Станд. Энтальпия
образование (ΔfH⦵298) −945 кДж · моль − 1 [2]
Опасности
Паспорт безопасности ICSC 0338
Классификация ЕС (DSD) (устаревшая) Не указана
NFPA 704 (огненный алмаз)
NFPA 704 четырехцветный алмаз
010
Температура вспышки Негорючие
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (допустимый) TWA 15 мг / м3 [3]
REL (рекомендуется) Ca [3]
IDLH (непосредственная опасность) Ca [5000 мг / м3] [3]
Родственные соединения
Другие катионы Диоксид циркония
Диоксид гафния
Родственные оксиды титана Оксид титана (II)
Оксид титана (III)
Оксид титана (III, IV)
Родственные соединения Титановая кислота
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒ проверить (что такое ☑☒?)
Ссылки на инфобоксы
Диоксид титана, также известный как оксид титана (IV) или диоксид титана / taɪˈteɪniə /, представляет собой встречающийся в природе оксид титана, химическая формула TiO
2. При использовании в качестве пигмента его называют титановым белком, пигментным белым 6 (PW6) или CI 77891. Обычно его получают из ильменита, рутила и. Он имеет широкий спектр применения, включая краску, солнцезащитный крем и пищевой краситель. При использовании в качестве пищевого красителя имеет номер E E171. Мировое производство в 2014 году превысило 9 миллионов тонн. [4] [5] [6] Было подсчитано, что диоксид титана используется в двух третях всех пигментов, а пигменты на его основе оцениваются в 13,2 миллиарда долларов [7].

Вхождение
Диоксид титана встречается в природе в виде рутила и минералов. Кроме того, известны две формы высокого давления: моноклинная бадделеитоподобная форма, известная как акаогиит, и другая, орторомбическая α-PbO2-подобная форма, известная как брукит, обе из которых можно найти в кратере Рис в Баварии. 8] [9] [10] В основном он добывается из ильменитовой руды. Это самая распространенная форма руды, содержащая диоксид титана, во всем мире. Следующим по распространенности является рутил, содержащий около 98% диоксида титана в руде. Метастабильная фаза и фаза брукита необратимо превращаются в равновесную фазу рутила при нагревании выше температур в диапазоне 600-800 ° C (1,110-1,470 ° F) [11].

Диоксид титана имеет восемь модификаций - помимо рутила, акаогиита и брукита, три метастабильные фазы могут быть получены синтетическим путем (моноклинная, тетрагональная и орторомбическая) и пять форм высокого давления (α-PbO2-подобная, бадделеитоподобная, котуннитоподобная, орторомбическая OI и кубическая фазы) также существуют:

Форма Кристаллическая система Синтез
Рутил тетрагональный
 Тетрагональный
Брукит Орторомбический
TiO2 (B) [12] Моноклинный гидролиз K2Ti4O9 с последующим нагреванием.
TiO2 (H), голландитоподобная форма [13] Тетрагональное окисление родственной титанатной бронзы K0.25TiO2
TiO2 (R), рамсделлитоподобная форма [14] Орторомбическое окисление соответствующей бронзы из титаната лития Li0,5TiO2
TiO2 (II) - (α-PbO2-подобная форма) [15] Орторомбическая
Акаогиит (бадделеитоподобная форма, 7-координированный Ti) [16] Моноклинная
TiO2 -OI [17] Орторомбический
Кубическая форма [18] Кубическая P> 40 ГПа, T> 1600 ° C
TiO2 -OII, котуннит (PbCl2) -подобный [19] Орторомбический P> 40 ГПа, T> 700 ° C
Фаза котуннитного типа была заявлена ​​Л. Дубровинским и соавторами как самый твердый из известных оксидов с твердостью по Виккерсу 38 ГПа и объемным модулем упругости 431 ГПа (то есть близким к значению алмаза в 446 ГПа) при атмосферном давлении. 19] Однако более поздние исследования пришли к другим выводам с гораздо более низкими значениями как твердости (7–20 ГПа, что делает его более мягким, чем обычные оксиды, такие как корунд Al2O3 и рутил TiO2) [20], так и объемного модуля (~ 300 ГПа) [21]. ] [22]

Оксиды представляют собой промышленно важные руды титана. Металл также добывают из других руд, таких как ильменит или лейкоксен, или из одной из самых чистых форм - рутилового пляжного песка. Звездчатые сапфиры и рубины получают свой астеризм из-за присутствующих примесей рутила. [23]

Диоксид титана (B) встречается как минерал в магматических породах и гидротермальных жилах, а также в каймах выветривания на перовските. TiO2 также образует ламели в других минералах. [24]

Расплавленный диоксид титана имеет локальную структуру, в которой каждый Ti координирован в среднем примерно с 5 атомами кислорода. [25] Это отличается от кристаллического fo. 
Эволюция мирового производства диоксида титана в зависимости от процесса
Способ производства зависит от исходного сырья. Самый распространенный минеральный источник - ильменит. Обильный рутиловый минеральный песок также может быть очищен хлоридным способом или другими способами. Ильменит превращается в диоксид титана пигментной чистоты либо сульфатным, либо хлоридным способом. Как сульфатный, так и хлоридный процессы производят пигмент диоксида титана в кристаллической форме рутила, но сульфатный процесс можно регулировать для получения формы. , будучи более мягким, используется в волокнах и бумаге. Сульфатный процесс выполняется как периодический процесс; Хлоридный процесс осуществляется как непрерывный процесс. [26]

Заводы, использующие сульфатный процесс, требуют ильменитовый концентрат (45-60% TiO2) или предварительно обработанное сырье в качестве подходящего источника титана. [27] В сульфатном процессе ильменит обрабатывают серной кислотой для извлечения пентагидрата сульфата железа (II). Полученный синтетический рутил дополнительно обрабатывается в соответствии со спецификациями конечного пользователя, т.е. с содержанием пигмента или иным образом. [28] В другом способе производства синтетического рутила из ильменита в процессе Бехера сначала окисляется ильменит как средство отделения железного компонента.

Альтернативный процесс, известный как хлоридный процесс, превращает ильменит или другие источники титана в тетрахлорид титана в результате реакции с элементарным хлором, который затем очищается перегонкой и реагирует с кислородом для регенерации хлора и получения диоксида титана. Пигмент из диоксида титана также может быть получен из сырья с более высоким содержанием титана, такого как улучшенный шлак, рутил и лейкоксен, с помощью хлоридно-кислотного процесса.

Пятерка крупнейших TiO
2 переработчика пигментов находятся в Chemours, Cristal Global, Venator, Kronos и Tronox, который является крупнейшим в 2019 году. [29] [30] Основными конечными пользователями диоксида титана пигментных марок являются компании Akzo Nobel, PPG Industries, Sherwin Williams, BASF, Kansai Paints и Valspar. [31] Глобальный TiO
2 спрос на пигменты в 2010 г. составил 5,3 млн т с ежегодным ростом примерно 3-4% [32].

Специализированные методы
Для специальных применений пленки TiO2 готовятся различными специализированными химическими методами. [33] Золь-гель способы включают гидролиз алкоксидов титана, таких как этоксид титана:

Ti (OEt) 4 + 2 H2O → TiO2 + 4 EtOH
Эта технология подходит для изготовления пленок. Родственный подход, который также опирается на молекулярные прекурсоры, включает химическое осаждение из паровой фазы. В этом случае алкоксид улетучивается, а затем разлагается при контакте с горячей поверхностью:

Ti (OEt) 4 → TiO2 + 2 Et2O
Приложения
Наиболее важными областями применения являются краски и лаки, а также бумага и пластмассы, на которые приходится около 80% мирового потребления диоксида титана. Другие применения пигментов, такие как печатные краски, волокна, резина, косметические продукты и продукты питания, составляют еще 8%. Остальное используется для других целей, например, для производства технического чистого титана, стекла и стеклокерамики, электрокерамики, металлических патинов, катализаторов, электрических проводников и химических промежуточных продуктов. [34]

Пигмент
Диоксид титана, впервые произведенный массово в 1916 году [35], является наиболее широко используемым белым пигментом из-за его яркости и очень высокого показателя преломления, по которым он уступает лишь некоторым другим материалам (см. Список показателей преломления). Размер кристалла диоксида титана в идеале составляет около 220 нм (измерено с помощью электронного микроскопа), чтобы оптимизировать максимальное отражение видимого света. Оптические свойства готового пигмента очень чувствительны к чистоте. Всего лишь несколько частей на миллион (ppm) некоторых металлов (Cr, V, Cu, Fe, Nb) могут настолько нарушить кристаллическую решетку, что эффект можно будет обнаружить при контроле качества [36]. Ежегодно во всем мире используется примерно 4,6 миллиона тонн пигментного TiO2, и ожидается, что это число будет расти по мере того, как его использование продолжает расти. [37]

TiO2 также является эффективным глушителем в виде порошка, где он используется в качестве пигмента для придания белизны и непрозрачности таким продуктам, как краски, покрытия, пластмассы, бумага, чернила, продукты питания, лекарства (например, пилюли и таблетки) и большинство зубных паст. В красках его часто небрежно называют «ярко-белый», «идеальный белый», «самый белый белый» или другими подобными терминами. Непрозрачность улучшается за счет оптимального размера частиц диоксида титана.