PHƯƠNG PHÁP AXIT SUNFURIC  SẢN XUẤT TITAN DIOXIT

PRODUCTION OF TITANIUM DIOXIE BY SULPHATE PROCESS

1. Định nghĩa

Titanium Dioxide là một hợp chất hóa học tự nhiên dạng oxit của titan có công thức là TiO₂, là chất rắn màu trắng, mịn, khi nung nóng có màu vàng, khi làm lạnh trở lại màu trắng.

2. Trạng thái tự nhiên

TiO₂ xuất hiện trong tự nhiên không bao giờ ở dạng nguyên chất, nó tồn tại chủ yếu trong hợp kim (với Fe), trong khoáng chấtS và trong các quặng đồng. TiO­­­₂ có 4 dạng thù hình: vô định hình, tinh thể anatase, tinh thể rutile, tinh thể  brookite. Nhưng phổ biến nhất vẫn là dạng tinh thể anatase, rutile. Tinh thể TiO­­­₂ có độ cứng cao, khó nóng chảy, nhiệt độ nóng chảy là 1870°C.

Hình 1: Các dạng thù hình của TiO­­­₂

Có hai qui trình công nghệ hiện đang dùng nhiều trên thế giới để sản xuất bột màu  TiO₂ là phương pháp axit sulfuric và phương pháp clo hóa. Trong bài viết này chúng ta sẽ đi tìm hiểu về phương pháp axit sulfuric.

3. Phương pháp axit sunfuric

Qui trình dùng axit Sunphuric đậm đặc để hòa tách. Phương pháp sunfat là phương pháp lâu đời nhất và thường được áp dụng cho những quặng có hàm lượng thấp. Bao gồm 4 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1:  dùng H₂SO₄ để phân hủy quặng ilmenite( FeTiO₃­­_­­ )

FeTiO₃ + 3H₂SO₄ = Ti(SO₄)₂ + FeSO₄ + 3H₂O

FeTiO₃ + 2H₂SO₄ = TiOSO₄ + FeSO₄ + 2H₂O

Lúc đầu người ta chỉ cần nung lên 125⁰C – 135⁰C, sau đó nhiệt độ sẽ tự động tăng lên nhờ nhiệt của phản ứng lên đến 180⁰C – 200⁰C.

Giai đoạn 2:  tách Fe ra khỏi dung dịch

Hỗn hợp ilmenit và H₂SO­₄ (dư) nung ở nhiệt độ khoảng 170 - 220 ⁰C trong thời gian nhất định. Làm nguội sản phẩm và hòa tan bằng nước dư, sau đó dùng bột sắt để khử Fe³⁺ về Fe²⁺. Hỗn hợp tiếp tục làm lạnh đến khoảng 15⁰C để muối Fe²⁺ kết tinh dạng FeSO₄.7H₂O và đem lọc để loại bỏ phần kết tủa.

Giai đoạn 3:  thủy phân

Dung dịch thu được sau khi lọc, đun nóng đến nhiệt độ 110⁰C để tạo axit metatitannic (H2TiO3 hoặc TiO2n.H2O) lắng xuống.

TiOSO₄    +     H₂O   =     TiO₂.nH₂O   +    H₂SO₄

Giai đoạn 4: loại bỏ SO₃

Titan dioxit ngậm nước được nung để tách nước ở 200 – 300⁰C và từ 500 – 900 ⁰C để loại bỏ SO₃:

TiO₂n.H₂O =  TiO₂ + nH₂O

Khi nung nhiệt độ < 950⁰C cho TiO₂ dạng anatase, còn khi > 950⁰C cho TiO₂ dạng rutile.

Ưu điểm của phương pháp là chỉ dùng một loại hóa chất duy nhất là  H₂SO_{4 ­}, có thể dùng nguyên liệu đầu vào có hàm lượng TiO₂ thấp rẻ tiền. Tuy nhiên, phương pháp này thải ra môi trường lượng lớn sắt sunfat và axit loãng.

Để biết thêm thông tin chi tiết hãy liên hệ với Trung tâm nghiên cứu phát triển vật liệu mới Mega Việt Nam để được giải đáp những thắc mắc và đưa ra các giải pháp kịp thời.

>> Xem thêm các bài báo chuyên ngành chúng tôi mới cập nhật <<