Диоксид титана
В современно мире титановая индустрия развивается стремительно. Она является источником появления большого количества веществ, которые используются в разных сферах промышленности.
Характеристики диоксид титана
Диоксид титана обладает большим количеством названий. Он является амфотерным оксидом четырехвалентного титана. Он играет важную роль в развитии титановой индустрии. Только пять процентов титановой руды идет на производство оксида титана.
Есть большое количество модификаций диоксида титана. В природе встречаются кристаллы титана, которые обладают формой ромба или четырехугольника.
Формула диоксид титана
Диоксид титана формула представлена следующим образом: TiO2.
Диоксид титана нашел широкое распространение в различных отраслях промышленности. Он известен во всем мире в качестве такой пищевой добавки, как Е-171. Однако у данного компонента есть ряд негативных действий, что может свидетельствовать о том, что диоксид титана вред несет для организма человека. Известно, что этот компонент обладает отбеливающими качествами. Это может быть хорошо при производстве синтетических моющих средств. Вред для организма человека этой пищевой добавки представляет собой угрозу печени и почкам.
Вред от диоксид титана
В пищевой промышленности есть вероятность появления вреда от диоксида титана. При избыточном его использовании продукция может приобрести нежелательный оттенок, что только оттолкнет потребителей.
Диоксид титана обладает достаточно низким уровнем токсичности.
Он может стать токсичным при взаимодействии с другими компонентами какой – либо продукции. Использование продукции с высоким содержанием токсинов может привести к отравлениям или даже к смертельному исходу. Поэтому очень важно знать, с какими элементами не стоит использовать оксид титана.
Свойства диоксида титана
У диоксида титана имеется большое количество характерных для него свойств. Они определяют возможность его использования в разных отраслях промышленности. Диоксид титана свойства имеет следующие:
Получение диоксид титана
Ежегодно в мире производится более пяти миллионов тонн диоксида титана. За последнее время его производство очень сильно увеличил Китай. Мировыми лидерами по получению этого вещества являются США, Финляндия, Германия. Именно эти государства имеют большие возможности для получения этого компонента. Они экспортируют его в разные страны мира.
Диоксид титана получение возможно двумя основными методами:
1. Изготовление диоксида титана из ильменитового концентрата.
На производственных предприятиях процесс получения оксида титана таким образом делится на три этапа. На первом из них осуществляется обработка ильменитовых концентратов при помощи серной кислоты. В итоге образуются два компонента сульфат железа и сульфат титана. Затем осуществляет повышения уровня окисления железа. В специальных фильтрах происходит разделение сульфатов и шламов. На втором этапе производится гидролиз сульфатный солей титана. Гидролиз осуществляется путем использования зародышей из растворов сульфатов. В результате образуются гидраты оксида титана. На третьем этапе производится их нагревание до определенной температуры.
2. Изготовление диоксида титана из тетрахлорида титана.
В данном виде получения вещества существует три метода, которые представлены:
Таблица. Производители диоксид титана.
| Предприятие | Объемы производства, тыс. тонн |
|---|---|
| DuPont Titanium Technologies | 1150 |
| National Titanium Dioxide Co | н/д |
| Ltd. (Cristal) | 705 |
| Huntsman Pigments | 659 |
| Tronox, Inc. | 642 |
| Kronos Worldwide, Inc. | 532 |
| Sachtleben Chemie GmbH | 240 |
| Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd | 230 |
Применение диоксид титана
В современном мире оксид титана активно применяется в различных отраслях промышленности.
Диоксид титана применение имеет следующее:
Оксид титана также нашел широкое применение в пищевой промышленности. Производители добавляют его в свои изделия в качестве одного из компонентов красителей пищевого типа. В продуктах питания он практически не ощущается. Производители добавляют его в минимальных количествах для того, чтобы их продукция лучше хранилась и имела привлекательный внешний вид.
Статьи по теме
Свойства фенола
Фенолы и их производные содержатся в древесине, торфе, буром и кам. углях, нефтяных остатках. В живой природе фенолы, гл. обр. в виде производных, присутствуют в клетках растений.
Диоксид титана упрочняет цемент
Статья содержит краткий анализсостояния производства и потребления диоксида титана, перспективы организации егопроизводства диоксида в России по состоянию на 2007 год, предложение поорганизации побочного производства белого пигмента (заменителя диоксида титана)для строительной индустрии.
Диоксид титанапигментный является наиболее востребованным товаром на мировом рынке. Мировойобъем его производства— 4,5 млнт.
Мировые цены надиоксид титана возросли на 10% по сравнению с 2006 г., инициатором этого процесса стала американскаяфирма-производитель «DePont».
Россия является крупным потребителем диоксидатитана на мировом рынке. Точный объем потребления диоксида титана в России не известен.На основании опросаторговых компаний, поставляющих диоксид титана на российский рынок, а такжеоценки объемов поставок по производителям, не фигурирующим в данных ФТС РФ (илифигурирующих с незначительными объемами поставок), но чья продукция взначительных объемах представлена на российском рынке, с учетом производимого вРоссии диоксида титана на «Соликамском магниевом заводе» и волгоградском«Химпроме», объем российского рынка в 2005 г. оценен в 70 тыс. т.
Вместе с тем из-заразвития лакокрасочной промышленности (на которую приходится 57% всего потреблениядиоксида титана) и увеличения производства качественной бумаги (на 12%) потребности в пигменте к 2010 г. в России могутвозрасти до 110 тыс. т. В современныханалитических обзорах потребности строительной индустрии в белом пигменте —диоксиде титана не учитываются, а фактическая потребность ежегодно возрастает.
Вопрос обеспечения строительной индустрии диоксидом титана крайне важен какдля производства строительных красок предприятиями бывшего Минместпрома ичастными строительными фирмами, так и для производства штукатурок, грунтовок изатирок.
Отдаленные районы, например Забайкалье, не имеют возможности ввозить белыйцемент — очень дорого. Производители вынуждены окрашивать серый цемент в белыйцвет, вводя 8 % диоксида титана.
Московский завод ЖБИ № 17 неоднократно использовал диоксид титана дляокраски серого цемента, так как в технологической линии завода не предусмотренаподача белого цемента.
Таким образом, вопрос обеспечения строительной индустрии диоксидом титанаостается открытым. Импортный диоксид титана не всегда применим — из-за егостоимости.
Исследование влияния диоксида титана на прочностные характеристикипортландцемента показали увеличение его прочности на марку, тогда как введениедругих пигментов вызывает снижение прочности портландцемента на 20 % и менее.
Пигментный диоксидтитана существуют в двух формах — анатазная и рутильная и производится по двум технологическим схемам:сульфатный и хлорный способы. Обеформымогут быть произведены любым из способов.
По сравнению ссульфатным хлорный способ является более экологически чистым и совершеннымблагодаря возможности осуществлять процесс в непрерывном режиме, чтопредполагает полную автоматизацию производства. Однако хлорный способ избирателен ксырью, а в связи с использованием хлора и высоких температур требует применениякоррозионностойкого оборудования.
Собственноероссийское производство пигментного диоксида титана осуществляется наСоликамском магниевом заводе в объеме 4 тыс.т/год в соответствии стребованиями ТУ 17 15-347-00545484-94. Ценаготового продукта — 31000руб./т.Качество получаемого пигмента значительно ниже мирового уровня по устойчивостик ультрафиолетовому облучению, реологическим свойствам, разбеливающей способности и отклонению от цветовогоэталона.
Борьба за российский рынок идет в первую очередь междудвумя украинскими заводами по производству диоксида титана — ЗАО «Крымский Титан» (86 тыс.т/год) и ОАО «Сумыхимпром» (50 тыс.т/год) — и западными поставщиками(США, Финляндия, Швеция и т.д.).
На территорииРоссии наметилось строительство нескольких заводов.
В Амурской области фирма Aricom рассчитывает начать работу на базеКуранахского титаноильменитовогоместорождения.
Для того чтобывыйти на рынок (фактически пустой) и занять на немдоминирующее положение, компания Peter Hambro Mining подготовила проекторганизации производства полного цикла — начиная от добычи и обогащения ильменитовой руды допроизводства и сбыта диоксида титана. В настоящее время немецкая компанияFerrostaal AG готовит технико-экономическое обоснование строительствагорнообогатительного комбината (ГОК) на Куранахском месторождении и завода попроизводству диоксида титана в Тынде. Расчетная мощность ГОК — 735,3 тыс. т руды ежегодно, что позволит производить117,65 тыс. т ильменитового концентрата. Вблизи Тынды, в 440 км от месторождения, будет построен завод попроизводству 50 тыс. тдиоксида титана, в том числе 37,5 тыс. тпигмента для лакокрасочнойпромышленности, 7,5 тыс. т — для пластмасс и 5 тыс. т — для бумаги. При этом нуждыстроительной отрасли не оцениваются вовсе.
В Карелии запасыПудожгорского месторождения железо-титан-ванадиевых руд имеют стратегическоезначение для российской экономики, поскольку их разработка позволит снизитьзависимость страны от импорта титанового сырья. Общие ресурсытитаномагнетитовых руд Пудожского района оцениваются в 3,6 млрд т, этокрупнейшая сырьевая база Северо-Запада России. Однако ее освоение невозможнобез развития транспортной и энергетической инфраструктур.
В Республике Коми в Ярегском месторождениисосредоточено около 40% запасов титана России. Проект его освоения обоснован возможностьюразработки технологии совместной добычи двух полезных ископаемых — титановой руды и нефти.
В Томской областисырьевой базой производства пигментного диоксида титана являются утвержденныезапасы Туганского месторождения ильменит-цирконовых песков.
Технологическаясхема производства начинается с добычных работ (забой — экскаватор — самосвал — склад обогатительногокомплекса), далее проводятся работы по обогащению, включающие в себя первичноегравитационное обогащение до стадии получения чернового коллективногоконцентрата, электромагнитную и электростатическую доводку чернового концентратадо товарной продукции.
По информации от27 марта 2007, корпорация «ВСМПО-Ависма» намерена увеличить к 2010 г. выпуск титана в 1,5 раза. В период с 2000 по 2005 гг.производство товарной продукции повысилось в 2,5 раза, а в период до 2010 г. прирост, как ожидается, составит 1,7–1,9 раза.
В Томске создаетсяособая экономическая зона.По информации от 30 мая 2007г., Томскую экономическую зонупостроит «Монтена инвест». Компания «Монтена инвест» стала победителем вконкурсе ОАО «Особая экономическая зона «Томск»» на строительство первого корпуса южной площадки особой экономическойзоны (ОЭЗ) в Академгородке.
В сложившейся ситуации на рынке потребления пигментного диоксида титанановый способ получения механоактивированного заменителя диоксида титана имеетбольшую перспективу в плане насыщения рынка и получения прибылей.
Пигмент белый механоактивированный (рецептура «Хризантема») являетсязаменителем диоксида титана, обладает повышенной термо- и светостойкостью,нерастворим в связующих, обладает высокой стойкостью к агрессивным средам, щелоче-и атмосферостойкостью, низкой маслоемкостью.
При получении механоактивированного белого пигмента используется энергиямеханоактивации, которая содействует совершению химических актов междукомпонентами механоактивируемой смеси. Получаемый продукт несет родительскиесвойства компонентов сырьевой смеси. Механоактивированный белый пигмент«Хризантема» обладает каталитическими свойствами. При этом окрашиваниематериалов с использованием механоактивированного белого пигмента происходит намолекулярном уровне.
Технология получения механоактивированного белого пигмента порошковая,безотходная, выбросы в атмосферу минимально возможные для применяемых устройств:циклонов и рукавных фильтров.
Механоактивированный белый пигмент «Хризантема» имеет большие перспективы примененияв строительстве и смежных отраслях для получения окрашенных материалов в связис низким классом опасности «З», наличием неограниченной сырьевой базы исравнительно невысокой (в 2 раза ниже, чем диоксида титана) ценой.
Разработка подготовлена к промышленному внедрению и защищена патентом наизобретение № 2205849 «Пигмент и способ его получения».
В табл. 1 приведены данные о влиянии добавкимеханоактивированного белого пигмента «Хризантема» на степень белизны иактивностьбелого портландцемента М-300, производимого на ОАО «Щуровский цемент». Испытание на равномерностьизменения объемавыдержали все пробы. В испытаниях использовался диоксид титана рутильной формы, производство Сумского ОАО «Химпром».
Мировой рынок диоксида титана
Титана диоксид – это химическое вещество, которое представляет из себя порошок белого цвета и не растворяется в воде. Другие названия этого вещества – двуокись титана, титановые белила. Диоксид титана, применение которого настолько разнообразно, что варьируется от пищевой, до тяжелой промышленности, является основным веществом в титановой отрасли. Пигмент диоксид титана дает стойкий белый цвет, его используют для выпуска косметических кремов, красителей для пластмасс и в лакокрасочных изделиях. Диоксид титана, свойства которого обеспечивают настолько широкое применение, достаточно токсичен и является канцерогеном.
Производство диоксида титана осуществляется двумя путями – из ильменитового концентрата с добавлением сульфата и из тетрахлорида титана с добавлением хлорида.
Мировое потребление диоксида титана 2006 г. составило 4,2 млн. тонн. 58–62% произведенного в мире диоксида титана используется в лакокрасочной промышленности, где постепенно вытесняются из производства краски на основе цинка, бария и свинца.
Минеральными источниками для производства диоксида титана обычно служат титансодержащие руды: рутилы, ильмениты и люкоксены (в русской транскрипции — лейкоксены). Наиболее богатыми являются рутилы (rutile): в них содержится от 93 до 96% двуокиси титана (TiO2), в ильменитах (ilmenite) — от 44 до 70%, а концентраты люкоксенов (leucoxene) могут содержать до 90% TiO2. Из всей добываемой титановой руды лишь 5% идет непосредственно на производство титана.
Ильменит-магнетитовые и ильменит-гематитовые руды коренных месторождений составляют основу минерально-сырьевой базы титановой промышленности Канады, Китая и Норвегии. Месторождения в корах выветривания карбонатитов известны и разрабатываются только в Бразилии. В остальных странах основные запасы титановых минералов заключены в россыпных, преимущественно комплексных месторождениях. Наибольшее промышленное значение имеют современные и древние прибрежно-морские и сопровождающие их дюнные россыпи. Протяженность каждой россыпи невелика — от сотен метров до нескольких километров. Однако они часто образуют прослеживаемые на десятки и сотни километров серии россыпей, разделенных небольшими участками безрудных отложений. Такие серии россыпей заключают в себе большую часть запасов титанового сырья Австралии (на западном и восточном побережьях континента), Индии (западное и восточное побережья), США (Атлантическое побережье полуострова Флорида), ЮАР и Кении, значительную часть запасов Бразилии (побережье Атлантического океана).
Наиболее высококачественным сырьем для производства пигментного диоксида титана являются рутил и анатаз, содержащие соответственно 92–98 и 90–95% диоксида титана. В отличие от ильменита (43–53% TiO2) они не требуют предварительного обогащения путем передела в промежуточные продукты. Мировые (без России) подтвержденные запасы диоксида титана составляют около 800 млн. тонн. Основными источниками получения диоксида титана являются ильменитовый концентрат и природный рутил.
Мировая структура производства диоксида титана
Крупнейшим продуцентом пигментного диоксида титана является компания E.I. du Pont de Nemours & Co. Inc. (DuPont). За последние 10 лет ее доля увеличилась с 22 до 24% от объемов мирового производства этого продукта. Компания владеет заводами в США (3 завода), Мексике и Тайване суммарной мощностью 1000 тыс. т/год, которые работают по хлоридной технологии. Рассматривалась возможность строительства в Европе завода по выпуску диоксида титана мощностью 120–150 тыс. т/год, однако руководство компании пришло к выводу о неэкономичности такого строительства. По мнению DuPont, новые заводы целесообразнее строить в Китае.
Согласно прогнозу компании DuPont, до 2009-2010 годов среднегодовой прирост мирового рынка диоксида титана составит около 3%. Увеличение производства будет осуществляться на 1,5% год за счет более полного использования существующих мощностей и ещё на 1,5-2,2% год за счет реконструкции действующих предприятий. Крупные производители в настоящее время, по мнению представителей компании DuPont, не имею достаточных средств для строительства новых заводов.
Отдельно упомянем китайский рынок диоксида титана, как наиболее интересный поставок диоксида титана потенциальными российскими производителями. Производство диоксида титана в Китае в 2005 году выросло на 21,3% до 730 000 тонн. Не смотря на то, что Китай обладает запасами титана в размере 965 млн. тонн (38,85% от общего мирового запаса), качество титановой руды не удовлетворяет потребительский спрос на рынке диоксида титана. В период 2006-20010 в Китай необходимо импортировать 4,4млн. тонн титановой руды или 2,8 млн. тонн титанового скрапа высокого качества. Объемы производства диоксида титана в Китае в период 2000-2005 увеличились вдвое, до 800 000тонн/год. Производство ильменита в 2005 году увеличилось на 58,2% до 226 000 тонн, тогда как двуокись титана анатазной модификации выросло на 13,89% до 410 000 тонн. Производство непигментного диоксида титана за 2005 год осталось стабильным – 92 000 тонн. За 2005 год импорт диоксида титана упал на 9,2% до 227 736 тонн, а вот экспорт вырост на 67% до 157 425 тонн.
Мировая структура потребления диоксида титана
Мировое потребление диоксида титана 2006 г. составило 4,2 млн. тонн. Структура потребления диоксида титана, по оценкам европейских экспертов, такова. 58–62% произведенного в мире диоксида титана используется в лакокрасочной промышленности, где постепенно вытесняются и производства краски на основе цинка, бария и свинца.
Около 12–13% диоксида титана используется как пигмент при производстве бумажных изделий в виде рутила (высокосортная бумага) или анатаза (низкосортная бумага, картон). В среднем при изготовлении 1 т бумаги используется 1,4 кг TiO2.
На производство пластмасс расходуется около 18–22% диоксида титана. Незначительные количества химиката потребляются в производстве каучука, косметики и искусственных волокон.
В ближайшие годы наиболее высокими темпами будет расти потребление диоксида титана в производстве ламинированной бумаги — на 4–6% в год, а также в производстве пластмасс — на 4% в год. Рост потребления диоксида титана в лакокрасочной промышленности будет менее быстрым — не более 1,8–2% в год.
Удельный вес США и стран Западной Европы в мировом потреблении диоксида титана составляет по 33%, Азии — около 25%. Banc of American Securities прогнозирует рост спроса на диоксид титана в 2006 г.: 8-10% а Азии, 2-4% в Северной Америке и 0-2% в Европе. Мировое потребление ожидается в 2006 г. на уровне 4,2 млн. т.