Оксид титана применение. Диоксид титана - свойства и область применения. Основные сферы применения диоксида титана

(диоксид титана) - синтетический пигмент белого цвета, имеющий две формы - рутильный и анатазный, получаемые гидролизом растворов с последующим прокаливанием гидратированной двуокиси титана. Двуокись титана - основной продукт титановой индустрии. В наше время, в интернете все чаще можно обнаружить запрос « , так давайте же попытаемся разобраться для чего же он нужен и как его используют.

Основные сферы применения двуокиси титана:

Лакокрасочные материалы: (титановые белила) эмали, лаки, а также краски и покрытия на их основе: для улучшения укрывистости и для отбеливания, для предотвращения старения плёнки, для защиты покрытий от ультрафиолетовых лучей, и от пожелтения окрашенных поверхностей.

Пластика (мебель, окна, пластиковые запчасти для автомобилей): для высокой белизны и интенсивности цветового оттенка, предотвращение старения материала и воздействиям на него внешних факторов.

Бумага: используется для отбеливания и улучшения гладкости, также для производства средств покрывающих бумагу.

Косметика: для защиты от ультрафиолета в кремах от загара, для улучшения отбеливания зубных паст.

Пищевая промышленность: для отбеливания таких продуктов полуфабрикаты, рыбные фарши, белое мясо, жевательные резинки, сахар-рафинад. Для защиты пластиковых упаковок от ультрафиолета, что помогает при хранении и транспортировке продуктов нестойких к солнечному свету.

Фармацевтическая промышленность: двуокись титана пигментная имеет высокую химическую чистоту, для лучшего отбеливающего и укрывистосного свойства.

Краска для печати: увеличение защиты покрытий к воздействиям атмосферы.

Используется и других сферах: защита древесины от внешних факторов (увеличение атмосферостойкости, фильтрация солнечной радиации), добавление в резиновые изделия, производство стекла и стеклянной керамики, радиоэлектронике, очистке воздуха, при изготовлении оптического и термостойкого стекла, тяжелых сплавов, промежуточных химических соединений, материалов для высоких температур (противопожарная защита печей с тягой), опытная хроматография жидкостей. Диоксид служит эталоном чистоты при создании сверхчистых стекол.

Для удовлетворения потребностей, описанных выше, двуокись титана применяют в различных фракциях, чьи характеристики адаптированы для соответствующего использования. Кристаллы двуокиси титана имеют такие формы, как рутил и анатаз. В зависимости от использования, применяют кристаллы различных форм и размеров частиц.

Диоксид титана нашел широчайшее применение в лакокрасочной промышленности в качестве белого пегмента, по причине своей хорошей белизны. Обладая такими преимуществами как не токсичность, доступность, способность отталкивать ультрафиолетовое излучение и стойкостью к внешним атмосферным воздействиям. Спешим разочаровать старых консерваторов: краски на основе цинка или свинца остались в прошлом.

Следственно, главной способностью диоксида титана в эмалях и красках есть придание им белизны . Но конкуренты так же присутствуют, самые главные мел и мраморный кальцит. Стоят они дешевле и имеют белый цвет. Поэтому краски содержат смесь этих веществ, а в редких случаях только один пигмент.

Белизна краски выражается в количестве входящего в ее состав диоксида титана, но повышает и ее цену, в сравнении с красками, в состав которых входит больше мела или мраморного кальцита. Встречаются рекомендации по частичной замене диоксида титана на окись алюминия, либо тальк, но все это имеет отношение к экономическим соображениям. Как ни странно, но есть некоторая закономерность, в том, что потребление и производство диоксида титана является своебразным показателем развития экономики. Вот такая вот оказия друзья.

Для производства сварных каркасов железобетонных изделий рабочие выполняющие сварку арматуры должны быть одеты в специальную одежду пошитую из огнеупорных тканей. Данный тип одежды защищает сварщиков от попадания искр и брызг металла.

Косметические свойства диоксида титана, основная характеристика вещества, польза и потенциальный вред от использования косметических средств с двуокисью титана.

Содержание статьи:

Диоксид титана - это широко распространенный ингредиент косметических средств, пищевых продуктов и многих других изделий разных видов промышленности. Он не имеет широкого спектра действия, но весьма полезен в ряде производственных технологий. Стоимость и востребованность зависят от степени очистки. Также этим параметром определяется и степень безопасности. Рассмотрим более подробно основные полезные свойства данного вещества и возможные опасности, связанные с его применением.

Что такое диоксид титана

Приведем краткую характеристику данного вещества:

• Как маркируется на этикетках, синонимы . Двуокись титана, Titanium Dioxide, титановые белила, титановый ангидрит, окись титана, оксид титана, CI 77891, Titanium oxide, Titanic acid anhydride, Pigment white 6, micronized titanium dioxide.
• Основные свойства . Имеет высокую отбеливающую способность, легко совмещается с пленкообразователями, стабилен, обладает отличной укрывистостью.
• Получение . Может иметь природное происхождение - это рутил, минерал, концентрация диоксида титана в котором порядка 60%. Перед применением в любом производстве его необходимо тщательно очищать от примесей.
• Область применения диоксида титана . Лакокрасочное производство, для изготовления резины и пластмасс, ламинированной бумаги, стекла (оптического и термостойкого), для создания огнеупорных материалов, искусственных драгоценных камней, диэлектриков керамических, в качестве фотокатализатора в нанотехнологиях, в пищевой промышленности, в фармацевтике и для изготовления косметических средств.
• Уровень опасности . В соответствии с классификацией опасных веществ диоксид имеет IV класс опасности, т.е. является малоопасным. Он не токсичен. Характеризуется инертностью. Не представляет опасности кожным покровам.
• Допустимая концентрация . Описываемое вещество безопасно, если не превышает концентрацию в воздухе 10 мг/куб.м.

Косметические свойства диоксида титана

Он не является активным компонентом из-за своей инертности. Он не способен изменять характеристики кожных покровов. Ему не присущи увлажняющие, стимулирующие, антиоксидантные свойства, т.к. он не проникает в кожные покровы. Однако польза от его присутствия все же есть. Какая - рассмотрим более подробно.

С практической точки зрения Titanium Dioxide применяется при производстве средств, предназначенных для придания особого оттенка коже и для ее защиты от ультрафиолетовых лучей. В данном контексте он имеет несколько полезных косметических свойств:

1. Выступает красителем . В первую очередь Titanium Dioxide применяется как краситель. Он превосходно отбеливает любые компоненты. Отбеливающие свойства CI 77891 активно используются при производстве тонирующих продуктов - тональных кремов, пудры, теней для век, румян, т.к. позволяют задавать необходимый оттенок путем смешивания в разных пропорциях с другими красителями.
2. . Кристаллы диоксида титана способны защищать кожу от вредного воздействия ультрафиолетового излучения. Эта способность позволяет относить данное вещество к SPF-фильтрам.
3. Является вспомогательным веществом . Он используется в качестве загустителя смесей, наполнителя, придает нужную вязкость продукту. Диоксиду титана также приписывают свойства удерживания влаги и маскировки некоторых дефектов кожи.

Можно ли быть уверенными в безопасности применения продуктов, содержащих диоксид титана - читайте далее.

Диоксид титана в косметике: вред или польза?

Рассмотрим несколько противоречивых и неоднозначных вариантов:

• Применение в качестве красителя . Да, двуокись титана значительно улучшает потребительские характеристики продуктов - отбеливает смесь, придавая ей благородно белый цвет. Однако в данном контексте можно говорить о создании привлекательного внешнего вида товара, т.к. белый цвет всегда ассоциируется с чистотой, безопасностью. Поэтому такой вариант использования важен с маркетинговой точки зрения для производителя, но никак не ассоциируется с практичностью и полезностью для потребителя. Другое дело - применение в декоративной косметике для придания особого оттенка. Однако и здесь существуют ограничения по содержанию, например, до 10% в тональных кремах, до 15% в пудрах.
• Применение в антиперспирантах . Аэрозольные антиперспиранты, содержащие двуокись титана, потенциально опасны для человека. Это связано с тем, что при производстве используется сильно измельченное вещество, и при распылении аэрозоля частички невольно попадают через дыхательные пути в легкие. Откуда могут разноситься кровотоком ко всем органам организма. Есть мнение, что диоксид титана легко выводится из организма в неизменном виде. Но последние исследования показывают, что наночастицы Titanium oxide, которые все чаще применяются производителями разных групп товаров, проникают в клетки и оказывают механическое воздействие на ДНК. Эти данные появились после проведенных опытов на крысах. Достоверных данных по воздействию на человека пока нет.
• Применение в качестве SPF-фильтра . Первые солнцезащитные крема с двуокисью титана после нанесения оставляли белый след на коже. Данную проблему производители решили следующим образом - стали использовать наночастицы данного вещества. Действительно, крем стал более прозрачным, поэтому перестал оставлять следы на коже. Но это привело к тому, что изменилась фильтрующая способность средства. При измельчении до наночастиц при той же удельной массе Titanium oxide приобретает большую площадь поверхности и может стать фотокатализатором, который будет усиливать повреждающее воздействие ультрафиолетового излучения.
• Использование в средствах для наружного применения . Отдельно стоит сказать о том, что двуокись титана обладает способностью закупоривать поры и приводить к образованию прыщей. Чтобы избежать этого, стоит уделять особое внимание тщательной очистке кожи после применения косметических средств, содержащих данный компонент.

Таким образом, использование диоксида титана может быть небезопасным в контексте физико-химических реакций при условии использования его в размерах наночастиц. Потребителям стоит внимательно изучать состав, чтобы минимизировать риски развития негативных реакций.

В чем состоит вред диоксида титана в косметике

На основании полученных результатов исследований можно сделать вывод, что не каждое косметическое средство, содержащее двуокись титана, может быть безопасным. Полностью отказаться от таких продуктов в краткие сроки не получится, т.к. применение этого ингредиента крепко вошло в производственные технологии. В ожидании новых результатов исследований стоит помнить о мерах предосторожности некоторым категориям людей - людям с чувствительной кожей и детям.

Вред диоксида титана для обладателей проблемной кожи

Несмотря на свою химическую нейтральность по отношению к дерме и любым ингредиентам косметических и моющих средств, диоксид титана может создавать липкую пленку на кожных покровах, которая не только задерживает влагу, но и может служить причиной развития прыщей, появления раздражения, особенно на жирной коже, склонной к таким дефектам.

В случае с нормальной кожей нет повышенного выделения кожного жира, пота, поэтому эти загрязнения не вызовут проблем.

В любом случае необходимо выбирать качественные средства для снятия макияжа, т.к. остатки двуокиси титана могут скапливаться в кожных порах и провоцировать появление новых раздражений.

Вреден ли диоксид титана в косметике для детей

На этикетке каждого товара обозначены координаты для связи с производителем. Перед покупкой лучше всего убедиться в том, что в конкретном продукте не используются наночастицы, ведь они несут в себе наибольшую опасность. Попадание в организм микрочастиц данного вещества чревато изменением в ДНК, ухудшением иммунитета и непредсказуемым развитием хронических заболеваний. В случае с детским неокрепшим организмом опасность возрастает в несколько раз.

Примечательно, что теоретически риск попадания наночастиц из косметики внутрь организма довольно мал. Поэтому полный отказ от использования таких товаров не требуется. В данном случае родители должны обучать детей правильному использованию и не допускать применения не по назначению.

При необходимости применения солнцезащитного крема лучше выбирать тот, который оставляет белый след - это говорит о том, что диоксид титана применяется в форме крупнозернистого порошка и будет более безопасным.

Что такое диоксид титана в косметике - смотрите на видео:

Диоксид титана. Свойства, применение. Способы получения.

Чистый диоксид титана (TiO2) - это бесцветное твердое кристаллическое вещество. Несмотря на бесцветность, в больших количествах диоксид титана чрезвычайно эффективный белый пигмент, если он хорошо очищен. TiO2 практически не поглощает никакого падающего света в видимой области спектра. Свет или передается, или преломляется через кристалл или же отражается на поверхностях.

TiO2 - это стабильное (самый стабильное из всех известных белых пигментов), нелетучее, нерастворимое в кислотах, щелочах и растворах при нормальных условиях вещество. Диоксид титана отличается высокой реакционной устойчивостью к различным соединениям, в том числе и к токсичным, содержащимся в воздушной среде. Из-за своей инертности, диоксид титана не токсичен и, в общем, считается очень безопасным веществом. Он может контактировать с продуктами в упаковке, а в определенных концентрациях его можно использовать и как пищевой краситель.

TiO2 - полиморфен и встречается в трех основных кристаллических формах. Существуют три формы, анатаз (октаэдрит), рутил и брукит, последний в природе встречаются редко и, хотя эту форму и готовят в лабораториях, коммерческого интереса она не представляет.

Рутильный диоксид примерно на 30% лучше рассеивает свет (укрывистость), чем анатазный, поэтому последний используется гораздо реже. К тому же, анатаз менее атмосферостоек, чем рутил. Анатаз гораздо хуже работает в защите полимера (акрилата, пластмассы) от УФ лучей и приводит к фотокатализу и потере свойств полимера (происходит деструкция, выцветание, меление и т.д.).

Рассеивающая способность

способность пигмента к отражению света видимой части спектра определенных длин волн. Этот показатель у диоксида титана напрямую зависит от диаметра частиц TiO2. При размере частиц 0,2 мкм сумма рассеянного света для всех длин волн максимальна. При увеличении размера частицы от 0,25 до 0,3 мкм рассеивание голубого света быстро понижается. Но рассеивание зеленого и красного практически не меняется. Тем не менее, при диаметре частиц 0,15 мкм наблюдается максимальное рассеивание синего, в то время, как рассеивание красного и зеленого значительно ниже.

Маслоемкость

это способность частиц пигмента удерживать на своей поверхности определенное количество масла. Выражается она в граммах на 100 грамм пигмента и колеблется обычно от 10 до 20.

Укрывистость

способность пигмента при равномерном распределении в объеме делать невидимым цвет исходного материала. Укрывистость выражается в граммах пигмента, необходимого для того, чтобы сделать невидимым цвет поверхности площадью 1 м2. Белые пигменты обеспечивают укрывистость путем рассеивания световой волны любой длины видимого спектра. Чем меньше будет этот показатель, тем ниже расходная норма диоксида титана в композиции.

Цвет

свойство тел вызывать определенное зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом и интенсивностью отражаемого или испускаемого ими видимого излучения. Сухой диоксид титана характеризуется высокой яркостью, белизной и его отражающая способность близка к отражающей способности идеального диффузора.

Светостойкость

свойство материала сохранять свой цвет под воздействием световых лучей. В процессе эксплуатации изделия, особенно наружного применения, изменяют свой первоначальный цвет под воздействием ультрафиолетовых лучей естественного света и источников искуственного освещения, излучающих ультрафиолетовые лучи.

Атмосферостойкость

свойство полимерных композиций сопротивляться разрушающему действию солнечных лучей, дождя, мороза, снега, ветра и других атмосферных факторов (например, газов и пыли, загрязняющих нижние слои атмосферы).

Обработка поверхности необходима для увеличения устойчивости к внешним воздействиям. Неорганическая (Al2O3, SiO2) увеличивает стойкость частиц диоксида титана к кислотному воздействию, которое может приводить к разрушению частиц пигмента. Органическая обработка улучшает распределение частиц пигмента в объеме композиции.

Физические свойства диоксида титана

Чистый диоксид титана представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, желтеющее при нагревании. В тонкораздробленном состоянии - белый порошок. Практически не растворяется в воде и минеральных кислотах, кроме плавиковой и концентрированной серной. Температура плавления для рутила: 1870°C. Температура кипения для рутила: 2500°C. Плотность при 20°C для рутила: 4,235 г/см3.

Химические свойства диоксида титана

Диоксид титана является амфотерным оксидом, то есть проявляет как кислотные, так и основные свойства.

Медленно реагирует с концентрированной серной кислотой, растворяясь в ней с образованием соответствующего сульфата:

TiO2+ 2H2SO4 = Ti(SO4)2 + 2H2O

Также диоксид титана постепенно растворяется в концентрированных растворах щелочей, например, в гидроксиде натрия, образуя титанаты (производные титановой кислоты):

TiO2 + 2NaOH = Na2TiO3+ H2O

При нагревании диоксида титана в атмосфере аммиака образуется нитрид титана:

4TiO2 + 4NH3 = 4TiN + 6H2O + O2

Сильными восстановителями, например, активными металлами (Ca, Mg, Na), углеродом или водородом при высокой температуре диоксид титана восстанавливается до низших оксидов. При нагревании с углеродом в атмосфере хлора образуется тетрахлорид титана TiCl4 - этот прием используется в промышленном масштабе для очистки титана от различного рода примесей.

Токсические свойства диоксида титана

Будучи химически инертным, диоксид титана является малоопасным веществом. В организм может поступать в виде аэрозоля при вдыхании или при приеме внутрь.

Области применения

Лакокрасочные материалы:

декоративные, архитектурные краски; эмульсионные полуматовые краски; эмульсионные глянцевые краски; грунтовки, подложки, шпаклевки; краски на основе растворителя – глянцевые; штукатурные растворы; силикатные краски; покрытия для древесных материалов; цементный штукатурный раствор; краски промышленного назначения; штукатурка на основе синтетических смол; полимерные покрытия; краски для ремонтных работ; мелкозернистые порошковые краски; уф / uv - отверждаемые краски; краски, отверждаемые кислотным отвердителем; порошковые покрытия; полиуретановые покрытия; эпоксидные покрытия; краски для дорожной разметки; краски для судовых покрытий; высоконаполненные краски; электроосаждаемые краски; печатные краски.

Пластики:

высокопрочный поливинилхлорид (для помещений); резина; термопластмасса; термореактивный пластик; пластмассы на основе ненасыщенных полиэфиров; эластомеры, каучук; покрытия для пола (линолеум)

Бумага и картон:

бумажные покрытия; обои; парафиновая бумага; цветная бумага

Синтетические волокна / ткани:

для матирования скрученного волокна

Косметика:

зубная паста, мыло и пр.

Пищевая промышленность:

карамель, жевательная резинка, сахар пудра и рафинад, лягушачьи лапки, курица, свиные и говяжьи языки, молочные поросята, мука, тесто, сахарная глазурь, джемы, молочные коктейли, брынза, сыворотка, сгущенное молоко, любая рыбо- и морепродукция и т.д.

Фармацевтическая промышленность:

пигментный диоксид титана, высокой химической чистоты, для придания, высокого отбеливающего и укрывистосного эффекта в фармацевтике.

Печатная краска:

для повышения стойкости покрытий к атмосферным воздействиям

Катализатор:

диоксид титана может быть использован как катализатор, как фотокатализатор и как инертный базовый керамический материал для активных компонентов.

Другие сферы использования:

предохранение древесины (повышение атмосферостойкости с помощью оптической фильтрации вредной для древесины солнечной радиации), наполнение резины, стеклянных эмалей, стекла и стеклянной керамики, электрокерамики, очистка воздуха, сварочные флюксы, твердые сплавы, химические промежуточные соединения, материалы, содержащие диоксид титана, подходящих для использования при высоких температурах (например, противопожарная защита печей с форсированной тягой), аналитическая и опытная хроматография жидкостей, декоративный бетон (для придания белизны цементной краске)

Основные применения диоксида титана:

производителей лакокрасочных материалов, в частности, титановых белил - 57 % от всего потребления (диоксид титана рутильной модификации обладает более высокими пигментными свойствами - светостойкостью, разбеливающей способностью и др.)

производство пластмасс - 21 %

производство ламинированной бумаги - 14 %

Другие применения диоксид титатана - в производстве резиновых изделий, стекольном производстве (термостойкое и оптическое стекло), как огнеупор (обмазка сварочных электродов и покрытий литейных форм), в косметических средствах (мыло и т. д.), в пищевой промышленности (пищевая добавка E171).

Диоксид титана может быть использован для изготовления солнечных батарей - превращения солнечного света в электроэнергию; для производства водорода; в сфере электроники для псевдоконденсаторов и т.д.

Способы получения

Пигменты диоксида титана существует в двух формах - анатазная и рутильная и производятся по двум технологическим схемам: сульфатный и хлорный способы.

По сравнению с сульфатным хлоридный способ является более экологически чистым и совершенным благодаря возможности осуществлять процесс в непрерывном режиме, что предполагает полную автоматизации производства. Однако он избирателен к сырью, а в связи с использованием хлора и высоких температур требует применения коррозионностойкого оборудования.

Хлорный метод:

Хлорный метод получения диоксида титана заключается в том, что исходным сырьем (полуфабрикатом) служит тетрахлорид титана. Из него диоксид титана можно получать методом гидролиза или сжиганием при высокой температуре. Тетрахлорид титана гидролизуется при нагревании водных растворов, либо в газовой фазе под действием паров воды.

Сульфатный метод:

Технология производства состоит из трёх этапов:

получение растворов сульфата титана (путём обработки ильменитовых концентратов серной кислотой). В результате получают смесь сульфата титана и сульфатов железа (II) и (III), последний восстанавливают металлическим железом до степени окисления железа +2. После восстановления на барабанных вакуум-фильтрах отделяют растворов сульфатов от шлама. Сульфат железа(II) отделяют в вакуум-кристаллизаторе.

гидролиз раствора сульфатных солей титана. Гидролиз проводят методом введения зародышей (их готовят осаждая Ti(OH)4 из растворов сульфата титана гидроксидом натрия). На этапе гидролиза образующиеся частицы гидролизата (гидратов диоксида титана) обладают высокой адсорбционной способностью, особенно по отношению к солям Fe3+, именно по этой причине на предыдущей стадии трёхвалентное железо восстанавливается до двухвалентного. Варьируя условия проведения гидролиза (концентрацию, длительность стадий, количество зародышей, кислотность и т. п.) можно добиться выхода частиц гидролизата с заданными свойствами, в зависимости от предполагаемого применения.

термообработка гидратов диоксида титана. На этом этапе, варьируя температуру сушки и используя добавки (такие, как оксид цинка, хлорид титана и используя другие методы можно провести рутилизацию (то есть перестройку оксида титана в рутильную модификацию). Для термообработки используют вращающиеся барабанные печи длиной 40-60 м. При термообработке испаряется вода (гидроксид титана и гидраты оксида титана переходят в форму диоксида титана), а также диоксид серы.

Добыча  диокисд титана

В последние годы чрезвычайно быстро растет производство диоксида титана в Китае.

В России пигментный диоксид титана не производят, но производят технические марки, используемые в металлургии. На территории СНГ диоксид титана производится на Украине предприятиями «Сумыхимпром», город Сумы, «Крымский титан», г. Армянск) и КП «Титано-магниевый комбинат» (г. Запорожье). Сумский государственный институт минеральных удобрений и пигментов (МИНДИП) в своих научно-исследовательских работах особое место уделяет технологиям получения оксида титана (IV) сульфатным способом: исследование, разработка новых марок, модернизация технологии и аппаратурного оформления процесса.

Нахождение в природе

В чистом виде в природе встречается в виде минералов рутила, анатаза и брукита (по строению первые два имеют тетрагональную, а последний - ромбическую сингонию), причём основную часть составляет рутил.

Третье в мире по запасам рутила месторождение находится в Рассказовском районе Тамбовской области. Крупные месторождения находятся также в Чили (Cerro Bianco), канадской провинции Квебек, Сьерра-Леоне.

Диоксид титана TiO2 полиморфен, он кристал­лизуется в двух сингониях: брукит - в ромбической, рутил и анатаз - в тетрагональной, но последние различаются строением кристаллической решетки. В обоих случаях каждый атом титана находится в центре октаэдра и окружен 6 атомами кислорода. Пространственное же рас­положение октаэдров разное: в анатазе на каждый октаэдр при­ходится 4 общих ребра, в рутиле только 2. Элементарная ячейка анатаза состоит из четырех молекул, а рутила только из двух:

Благодаря более плотной упаковке ионов в кристаллах рутил пре­восходит анатаз по стабильности, плотности, твердости, показателю пре­ломления, диэлектрической постоянной и обладает пониженной фотохими­ческой активностью. При температуре 915 0C ‑ 950 0C анатаз переходит в рутил, но полученный при этом рутил отличается высокой абразивностью и низкой дисперсностью. В 1949 г. была найдена возможность управления кристаллизацией введением рутилизирующих добавок и зародышей. Ионы Zn2+, Mg2+, Al3+, Sn2 + являются стабилизаторами рутильной формы, ионы SO42-, PO43 - - анатазной. В присутствии даже малых количеств соединений фосфора переход анатаза в рутил становится невозможным. Рутилизирующие за­родыши получают, обрабатывая гидратированный диоксид титана после пятой стадии промывки раствором едкого натра. При этом образуется тетратитанат натрия Na2Ti4O3, который обрабатывают соляной кислотой, и пептизируют продукт гидролиза, предварительно освобожденный от ионов SO42-. Такие зародыши вводятся перед прокаливанием.

Рутил, прокаленный при температуре около 10000C и содержащий примеси Fe, Cr, Ni, Mn, проявляет свойство фототропии. При освещении он становится коричневым, в темноте вновь светлеет. Это объясняется окислением примесных металлов в высшие оксиды вследствие выделения кислорода при освещении ТiO2 с деформированной решеткой.

В чистом виде диоксид титана, особенно в анатазной форме, обладает высокой фотохимической активностью, что вызывает разрушение лакокрасочной пленки («меление») и выцветание органических пигментов. Модифицирование поверхности частиц диоксида титана гидроксидами Al, Si, Zn резко уменьшает фотохимическую активность.

Диоксид титана химически инертен, нерастворим в слабых кислотах и щелочах и органических растворителях. Не ядовит, ПДК в воздухе рабочих зон 10 мг/м3. Может применяться со всеми видами пленкообразователей и растворителей. Пригоден для водоэмульсионных, воднодисперсионных и порошковых красок. Пигментный диоксид титана также широко используется для окрашивания изделий из резины, пластмасс, линолеума, бумаги и химических волокон. Кроме пигментного диоксида титана, содержащего 82-95 % (масс.) TiO2, вырабатывается диоксид титана для твердых сплавов, стекол, керамики с более высоким содержанием TiO2.

Сырье, для получения диоксида титана. Для переработки в пигментный диоксид титана используются минералы: природный рутил, содержащий 92-95 % (масс.) TiO2 и примесь Fe2O3, придающую ему красный цвет (рутил красный); ильменит FеО*ТiO2 или - арканзит Fe2O3*3ТiO2; титаномагнетиты,
состоящие из зерен ильменита и магнетита и содержащие 8-12 % (масс.) TiO2.

В чистом виде титансодержащие минералы встречаются редко. Для освобождения от примесей других минералов и пустой породы измель­ченные руды подвергают магнитному и другим видам обогащения и получают концентраты примерного состава, % (масс.):

Технология производства пигментного диоксида титана. Переработка титановых концентратов и шлаков в пигментный диоксид титана имеет целью не только освобождение от примесей, но и придание TiO2 требуемой кристаллической формы, дисперсности, адсорбционных свойств и подав­ление фотохимической активности. Для получения диоксида титана приме­няют два способа: сернокислотный - для концентратов, содержащих более 40 % TiO2, и хлоридный,- экономически выгодный только для переработки концентратов, содержащих не менее 80 % TiO2 (так как получаемые отходы FeCl3 не находят применения).

Сернокислотный способ. Это тонкий и сложный процесс, состоящий из трех основных стадий и ряда вспомогательных операций (см. схему 2.1).

1. Первой стадией является разложение тонкоизмельченного
титан-содержащего
концентрата 85-92 %-ной серной кислотой при 180-220 0C и непрерывном перемешивании реакционной массы сжатым воздухом с получением прозрачного раствора титанилсульфата TiOSO4. При этом протекают следующие экзотермические реакции разложения:

а также аналогичные реакции с оксидами Mn, Ca, Al и другими примеся­ми. Все реакции протекают бурно после предварительного нагрева с выделением большого количества паров воды, H2SO4, SO3 и SO2, которые улавливают­ся в скруббере, орошаемом водой. Реакцию разложения проводят периоди­ческим методом.

Многочисленные попытки применения реакторов непрерывного действия с механическим перемешиванием не оправдали себя как технически, так и экономически, так как наблюдался большой коррозионный и эрозионный износ аппаратуры.

Кислые растворы сульфатов титана, железа и других элементов, присутствующих в сырье, имеют сложный коллоидно-химический состав, изменяющийся в зависимости от содержания кислоты, температуры, времени выдержки.

При проведении реакции разложения реактор непрерывно продувают сжатым воздухом, который перемешивает суспензию, а затем при кристаллизации солей и застывании плава делает его пористым. После окончания реакции разложения и охлаждения плава выход по титану составляет 96-98 %. В реактор подают воду (из расчета получения раствора с содержанием TiО2 примерно 120 г/л) и все водорастворимые соли переходят в раствор.

Для последующего удаления сульфата железа(II) из раствора титанилсульфата проводят восстановление ионов Fe3+ до Fe+, для чего в реактор добавляют чугунную стружку. В кислой среде проходит реакция восстановления Fe3+ -->- Fe2+ выделяющимся водородом. Одновременно восстанавливается и небольшое количество (3-5 г/л) Ti4+ до Ti3+. Соединения Ti3+ являются сильными восстановителями, они исключают возможность повторного окисления воздухом Fe2+ и этим предотвращают адсорбцию ионов Fe3+ на диоксиде титана, придающих ему желтую окраску.

Кислые растворы титанилсульфата, сульфатов железа, алюминия, марганца отстаивают или отфильтровывают от шлама, состоящего из остатков неразложившейся руды, диоксида кремния, нерастворимого сульфата кальция, а затем осветляют, отделяя коллоидные частицы коагуляцией с помощью флокулянтов - высокомолекулярных ПАВ. После вакуум-кристаллизации железный купорос FeSO4*7H2O отделяют от раствора центрифугированием или фильтрованием. Железный купорос является побочным продуктом производства.

2. Важнейшей стадией, определяющей пигментные свойства диоксида титана, является термический гидролиз титанилсульфата, протекающий по реакции:

Это уравнение не раскрывает сложного хода реакции гидролиза и полного состава получаемых веществ. Титанил-ионы в водном растворе образуют гидроксокомплексы I, II, в которых атомы титана связаны через оловые мостики. При термическом гидролизе происходит переход оловых мостиков в оксо-связи:

Такой продукт гидролиза по брутто-составу примерно соответствует TiO(OH)2 и его называют метатитановой кислотой
(MTK). Фактически часть основных групп в полиионе замещены на сульфогруппы, которые частично сохраняются в виде концевых групп и в продукте гидролиза, имеющем полимерное строение и называемом гидратированным диоксидом титана (ГДТ): TiO2*0,71H2O*0,07SO3.

Для ускорения гидролиза и повышения выхода, а главное, для получения частиц ГДТ определенного размера в предгидролизный раствор вводят специально подготовленные зародыши. Для получения зародышей отбирают 0,3-0,5 % (масс.), в расчете на TiO2, предгидролизного кислого раствора в отдельный реактор, где при непрерывном перемешивании его нейтрализуют раствором NaOH до рН = 3. При этом выпадает коллоидный осадок гидрозоля гидроксида титана, после 1-2-часовой выдержки при 60-80 0C переходящий в микрокристаллические зародыши переменного состава. Условия приготовления зародышей определяющее влияют на процесс гидролиза и качество пигмента.

Так как в растворах с концентрацией TiO2 < 200 г/л рано наступает коагуляция продуктов гидролиза, что препятствует кристаллохимическому росту частиц, предгидролизные растворы предварительно концентрируют до содержания в них TiO2 200-240 г/л. Это осуществляют в вакуум-выпарных аппаратах при 60 0C. Гидролиз проводят в реакторах, снабженных мешалкой и змеевиками для обогрева и охлаждения. Подготовленный предгидролизный раствор нагревают, вводят зародыши, доводят до кипения (105-1100C), разбавляют водой и продолжают кипятить до 96-97 %-ного превращения титанилсульфата в ГДТ, который отделяют от раствора фильтрованием и промывают водой. Сульфаты в кислой среде не гидролизуются и остаются в растворе серной кислоты.

Осажденный ГДТ подвергают 3-6-кратной промывке, на последних стадиях деминерализованной водой. Однако полностью отмыть прочно адсорбированные ионы Fe3+ не удается. Для удаления оставшихся ионов Fe3+ проводят «отбелку»: ионы Fe3+ восстанавливают водородом до Fe2+, для чего вводят порошок металлического цинка и химически чистую серную кислоту. После отбелки проводят солевую обработку, добавляя для получения рутильной формы TiO2 до 3 % (масс.) ZnO и специально приготовленные рутилизирующие зародыши. Для получения анатазной формы TiO2 вводят минерализатор К2СО3, облегчающий удаление воды при прокаливании, и 0,5 % фосфорной кислоты, стабилизирующей анатазную форму.

3. Следующей стадией является
прокаливание ГДТ с получением диоксида титана:

При прокаливании вместе с водой удаляется и SO3 [состав ГДТ TiO2*0,71H2O*0,07SO3].

Прокаливание проводят в трубчатых вращающихся печах при температуре 850-900 0C, время пребывания продукта в печах - около 8 ч. Выходящие из печей дымовые газы подвергаются мокрой очистке от SO3, Н2SO4 и уносимой газами пыли ТiO2 в скрубберах, орошаемых аммиачной водой. Полученный диоксид титана охлаждают и размалывают.

4. Заключительными операциями получения пигментного диоксида титана являются мокрый размол, классификация частиц по размерам и поверхностная обработка (см. схему). Предварительно измельченный в сухом виде диоксид титана репульпируют в очищенной воде (300- 350 г/л TiO2), добавляют силикат натрия и щелочь и подвергают

непрерывному мокрому размолу в шаровой или в бисерной мельнице. Вытекающая из мельницы пульпа направляется для классификации частиц в гидроциклоны или центрифуги. Отделенные частицы размерами более 1 мкм возвращают на повторный размол.

Пульпу с частицами менее 1 мкм подвергают солевой обработке растворами Al(SO4)3, NaOH, Na2SiO3, ZnSO4и коагулируют. Осадок TiO2 отфильтровывают и отмывают от ионов Na + и SO42-. В зависимости от дальнейшего назначения диоксид титана обрабатывают модификаторами - ПАВ или кремнийорганическими соединениями. Полученный пигментный диоксид титана сушат, подвергают микронизации и упаковывают. На предприятия, производящие воднодисперсионные лакокрасочные материалы, диоксид титана перевозят в цистернах в виде 65-70 %-ной водной пасты. Операция сушки в технологическом процессе получения TiO2 таким образом исключается.

Недостатком сернокислотного способа является большой расход серной кислоты - 2,1 т на 1 т диоксида титана. Вся серная кислота превращается в отходы: кислые шламы, железный купорос, разбавленную и загрязненную «гидролизную» кислоту и очень разбавленные кислые воды от промывки железного купороса, ГДТ и газовых выбросов.

Железный купорос, получаемый в количестве 3,2-3,6 т на 1 т TiO2, используется в производстве желтых и красных железо-оксидных пигментов и как коагулянт при очистке водопроводной воды. Избыток купороса прокаливают с известью и получают «окатыши» - сырье для доменной выплавки чугуна. Выделяющиеся газы SO2 и SO3 снова превращают в серную кислоту.

Разбавленную 15-20 %-ную гидролизную кислоту концентрировать весьма трудно, так как имеющиеся в ней соли Al, Mg, Fe и другие образуют гелеобразные шламы. Гидролизную кислоту используют для производства удобрения - суперфосфата.

Таким образом, производство диоксида титана сернокислотным способом представляет собой сложный комплекс производств серной кислоты, суперфосфата, железооксидных пигментов и металлургического сырья, а иногда и выплавки чугуна, и все же большое количество шлама и сильно разбавленных кислых промывных вод остается неиспользованным.

Хлоридный способ. Получение пигмента по этому способу основано на хлорировании брикетов из высококонцентрированного титансодержащего сырья с восстановителем коксом в реакторе непрерывного действия при 800 0C:

Одновременно хлорируются и примеси Fe(II и III), Al, Si. Тетрахлорид титана TiCI4 представляет собой жидкость с температурой кипения 1350C и температурой замерзания - 230C. Трихлорид железа - твердое вещество с температурой плавления 282 0C и температурой кипения 3150C. Дихлорид железа FeCl2 - также твердое вещество, возгоняется при 672 0C. Большая разница в температурах кипения хлоридов титана и железа позволяет двухкратной ректификацией разделять продукты хлорирования с получением TiCl4 высокой степени чистоты и отходов SiCl4, FeCl3. Поэтому для хлоридного способа приемлемо сырье только с очень высоким содержанием TiO 2 (не менее 85 %). На воздухе TiCl4 сильно дымит, гидролизуясь в Ti(OH)4, поэтому вся аппаратура должна быть герметичной и стойкой к действию хлора.

Чистый TiCl4 перерабатывается в TiO 2 по одному из двух следующих методов.

1. Окисление
TiCl 4 воздухом, (разбавленным азотом для снижения температуры):

Реакция проводится в специальной горелке. Хлор, разбавленный азотом, подвергается регенерации и возвращается в процесс хлорирования. Прогрессивным способом является сжигание TiCl4 в плазмотроне, где кислород воздуха предварительно ионизируют нагреванием до 2000 0C с помощью пусковой вольтовой дуги и постоянного высокочастотного электрообогрева. Полученные частицы TiO 2 подвергают резкому охлаждению - «закалке» во избежание их роста, агрегации и спекания.

2. Гидролиз перегретым до 4000C водяным паром по реакции:

Образующийся в этом процессе анатаз быстро переходит в рутил. Парофазный гидролиз мало применяется, так как необходимо регенерировать хлор из HCl, что требует больших затрат.

Полученный обоими способами высокодисперсный диоксид титана отделяется от реакционных газов в электрофильтрах. Для освобождения от адсорбированных Сl2 или HCl проводится дехлорирование продувкой перегретым паром. Вся аппаратура хлоридного способа производства TiO 2 изготовляется из чистого. металлического титана, поэтому продукт не загрязняется и отличается высокой белизной и хорошей разбеливающей способностью. В процессе окисления в зону реакции могут быть введены модификаторы - алюминий и кремний.

Хлоридный процесс производства TiCl4 характеризуется применением особо высокогерметичного оборудования и высокой культурой производства. Это необходимо, чтобы не допускать загрязнения окружающей среды хлором и другими отходами (FeCl2 и FeCl3).

В мировой практике хлоридным способом вырабатывается менее 30% TiO 2 но этот способ перспективен, поскольку связан также с получением из TiCl4 чистого металлического титана.

Всем привет. Думаю, вы, перед тем как купить какую-то продукцию знакомитесь с ее составом. Вот и я всегда так делаю. В составе многих косметических средств можно увидеть диоксид титана. Я встречала такие надписи: titanium dioxide, micronized titanium dioxide. А также titanium dioxide , ci 77891. Естественно мне стало интересно диоксид титана что это такое. И есть ли какой-то вред от данного вещества? Давайте разберемся вместе.

В природе данное вещество встречается в виде трех минералов: рутила, анатаза и брукита. Чистая двуокись представляет собой бесцветные кристаллы, при нагревании они желтеют.

В косметической промышленности двуокись титана применяют в раздробленном состоянии. Она представляет собой белую пудру, не растворимую в воде. По консистенции напоминает мел, что хорошо видно на фото порошка. Как видите, вещество имеет природное происхождение. Т.е. это не синтетический продукт и не органика.

По своим химическим свойствам двуокись абсолютно инертна. Это значит, что она не вступает в реакцию с другими веществами.

Т.е. при добавлении ее в различные средства никаких дополнительных соединений она не образует. Это говорит о ее безвредности. Частично растворяется в соляной кислоте. Т.е. с соединениями хлора реакция возможна.

Титан не является летучим. Из организма выводится практически полностью. Мелкие частицы диоксида обладают способностью отражать УФА-излучение. Именно это излучение вызывает такое смертельное заболевание, как меланома. Также частички двуокиси отражают УФВ-излучение, которое приводит к раку кожи.

Применение двуокиси титана

Применение данного вещества довольно обширно. Его активно используют в мыловарении, в косметике и пищевой промышленности. В составе продуктов двуокись вы найдете по мркировке Е171. По сути – это краситель, вещество используется для придания продукту белого цвета. Такое широкое применение двуокись титана получила из-за своей не токсичности. А также хорошей отбеливающей способности и стойкости к влаге.

Титан также используют в производстве бумаги, пластмасс, лакокрасочной промышленности. Рассуждая о вреде, давайте просто посмотрим, где добавку Е171 применяют в пищевой промышленности:

• в завтраки быстрого приготовления
• крабовые палочки
• сухое молоко
• майонез
• белый шоколад
• муку (на 100 кг муки разрешено добавлять от 100 до 200 г диоксида)
• в кондитерской промышленности - осветление глазури и т.д.

Применение настолько широко, что думать о колоссальном вреде организму просто смешно. Ведь двуокись встречается практически везде: в мыле, зубной пасте, креме, продуктах. Почему диоксид получил такое широкое применение в косметике? И насколько это оправданно - давайте разбираться.

Для чего титан применяют в косметике

Как я уже говорила основное применение вещества – как красителя. В косметике тоже самое – белоснежный цвет крема, мыла, пасты – это двуоксись титана. В составе пудры и тональных кремов вещество применяют для создания нужного оттенка.

Концентрация в пудре не более 15%, в тональном креме не более 10%

Но основное и незаменимое свойство титана в косметике – это все же защита от ультрафиолета. Плюс к этому вещество гипоаллергенно, оно не раздражает кожу. Поэтому добавляется даже в кремы для самых маленьких.

В ЕС и США диоксид разрешен не только в косметической и пищевой промышленности. Его успешно применяют для окрашивания лекарственных средств. Также и в РФ – капсулы и таблетки окрашивают титаном.

В косметической, фармацевтической и пищевой промышленности двуокись тщательно очищают и очень мелко дробят. А в дезодоранты, помады и пудры, порошок попадает в виде нано частиц. Вот вокруг этих наночастичек и идут споры.

Двуокись титана – вредна или нет

Недавние исследования показали, что солнцезащитная косметика с этим веществом бесполезна в бассейнах. Т.е. при купании в хлорированной воде диоксид сразу смывается с тела. И, естественно, теряет свои свойства. А вот в морской воде выдерживаете до 4-х заходов в воду. Что можно сказать по этому поводу? Здесь скорее речь не о вреде. А о неспособности крема выполнить свои функции при определенных условиях.

Были и другие исследования о якобы биохимическом воздействии двуокиси на клетки. Титан на клеточном уровне может мешать передаче сигналов. При этом двуокись должна попадать в организм через пищу. Сразу скажу, исследования были проведены минимальные.

По токсикологии и аллергии уровень опасности низкий. Что касается онкологии – ниже среднего. Вы должны понимать, что нужно есть двуокись большими ложками и длительно. Тогда есть вероятность спровоцировать онкопроцесс. Все опыты проводились на животных и дозы им давались максимальные. В здравом уме мы не станем диоксид титана употреблять в таком количестве.

Американская независимая организация EWG делит диоксид на обычный и солнцезащитный. Эта организация составляет рейтинг опасных веществ. Так вот солнцезащитным диоксид становится при измельчении до нано частиц.

Нано частица имеет размер менее 100 нм в диаметре. Для солнцезащитной косметики применяют диоксид с размером частиц около 25 нм

Существует предположение, что нано частицы могут через кожу попадать в кровь. А кровью они будут разноситься по организму, попадать в клетки и мозг. Также предполагают, что нано частицы могут накапливаться в организме. Но вы же понимаете, никто не проводил многолетние исследования. Допустим, какие изменения в организме происходят, если 10 лет использовать пудру с диоксидом.

Вот и получается - то, что нано частицы могут накапливаться в коже, вообще только предположили . Ведь это нужно ждать десятки лет, чтобы подтвердить или опровергнуть данные опасения. Поэтому лично я не нашла ни одного опытного исследования о вреде нано частиц двуокиси.

Если у вас все еще остались сомнения загляните на сайт EWG . Они утверждают, что лучше всего защищает от солнца оксид цинка и диоксид титана. Если бы вещество было опасно, неужели его одобрили бы практически все страны мира?

Примеры косметики с titanium dioxide

Этот природный минерал присутствует во многих косметических средствах. С некоторыми из них я вас сейчас познакомлю. И фото такой косметики я для вас припасла.

Спрей - активатор загара от Виши SPF 50+ . Это косметическое средство обеспечивает интенсивное увлажнение. Также оно позволяет быстро добиться стойкого и естественного загара. Данный флюид гипоаллергенный – может использоваться для ухода за чувствительной кожей.

Солнцезащитное средство для детей . Выпускается оно со значком SPF 50+. В составе данного косметического средства присутствует инновационный солнечный фильтр Mexoplex®. Выдерживает до 6 купаний в воде по 20 минут. Можно пользоваться всей семьей.