Титана диоксид это – Оксид титана(iv) — Википедия

Диоксид титана – это… Что такое Диоксид титана?

Порошок оксида титана

Оксид титана(IV) (диоксид титана, двуокись титана, титановые белила, пищевой краситель E171) TiO2 — амфотерный оксид четырёхвалентного титана. Является основным продуктом титановой индустрии (на производство чистого титана идёт лишь около 5 % титановой руды).[1]

  • ICSC 0338
  • CAS [13463-67-7]
  • RTECS XR2775000
  • EC —

Строение

Диоксид титана в рутильной форме
Серым цветом обозначены атомы титана, красным — кислорода

Оксид титана существует в виде нескольких модификаций. В природе встречаются кристаллы с тетрагональной сингонией (анатаз, рутил) и ромбической сингонией (брукит). Искусственно получены ещё две модификации высокого давления — ромбическая IV и гексагональная V.

Характеристики кристаллической решётки[2]
Модификация/ПараметрРутилАнатазБрукитРомбическая IVГексагональная V
Параметры элементарной решётки, нмa0,459290,37850,514470,45310,922
b0,91840,5498
c0,295910,94860,51450,49000,5685
Число формульных единиц в ячейке248  
Пространственная группаP4/mnmI4/amdPbcaPbcn 

При нагревании и анатаз, и брукит необратимо превращаются в рутил (температуры перехода соответственно 400—1000°C и около 750 °C). Основой структур этих модификаций являются октаэдры TiO6, то есть каждый ион Ti4+ окружён шестью ионами O2-, а каждый ион O2- окружён тремя ионами Ti4+. Октаэдры расположены таким образом, что каждый ион кислорода принадлежит трём октаэдрам. В анатазе на один октаэдр приходятся 4 общих ребра, в рутиле — 2.

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.

Свойства

Физические, термодинамическе свойства

Чистый диоксид титана — бесцветные кристаллы (желтеет при нагревании). Для технических целей применяется в раздробленном состоянии, представляя собой белый порошок. Не растворяется в воде и разбавленных минеральных кислотах (за исключением плавиковой).

для рутила 4,235 г/см3[2]
для анатаза 4,05 г/см3[2] (3,95 г/см3[3])
для брукита 4,1 г/см3[2]
  • Температура разложения для рутила 2900 °C[3]

Температура плавления, кипения и разложения для других модификаций не указана, т.к. они переходят в рутильную форму при нагревании (см. выше).

Средняя изобарная теплоёмкость Cp (в Дж/(моль·К))[4]
МодификацияИнтервал температуры, K
298—500298—600298—700298—800298—900298—1000
рутил60,7162,3963,7664,9265,9566,89
анатаз63,2165,1866,5967,6468,4769,12
Термодинамические свойства[5]
МодификацияΔH°f, 298, кДж/моль[6]298, Дж/моль/K[7]ΔG°f, 298, кДж/моль[8]p, 298, Дж/моль/K[9]ΔHпл., кДж/моль[10]
рутил-944,75 (-943,9[3])50,33-889,49 (-888,6[3])55,04 (55,02[3])67
анатаз-933,03 (938,6[3])49,92-877,65 (-888,3 [3])55,21 (55,48 [3])58

Вследствие более плотной упаковки ионов в кристалле рутила увеличивается их взаимное притяжение, снижается фотохимическая активность, увеличиваются твёрдость (абразивность), показатель преломления (2,55 — у анатаза и 2,7 — у рутила), диэлектрическая постоянная.

Химические свойства

Диоксид титана амфотерен, то есть проявляет как осно́вные, так и кислотные свойства (хотя реагирует главным образом с концентрированными кислотами).

Медленно растворяется в концентированной серной кислоте, образуя соответствующие соли четырёхвалентного титана:

TiO2 + 2H2SO4 → Ti(SO4)2 + 2H2O

В концентрированных растворах щелочей или при сплавлении с ними образуются титанаты — соли титановой кислоты (амфотерного гидроксида титана TiO(OH)2)

TiO2 + 2NaOH → Na2TiO3 + H2O

То же происходит и в концентрированных растворах карбонатов или гидрокарбонатов:

TiO2 + K2CO3 → K2TiO3 + CO2↑ TiO2 + 2KHCO3 → K2TiO3 + 2CO2↑ + H2O

C перекисью водорода даёт ортотитановую кислоту:

TiO2 + 2H2O2 → H4TiO4 + О2

При нагревании с аммиаком даёт нитрид титана:

2TiO2 + 4NH3 →(t) 4TiN + 6H2O + O2

При сплавлении с оксидами, гидроксидами и карбонатами образуются титанаты и двойные оксиды:

TiO2 + BaO → BaO·TiO2

TiO2 + BaCO3 → BaO·TiO2 + CO2

TiO2 + Ba(OH)2 → BaO·TiO2 + H2O

При нагревании восстанавливается углеродом и активными металлами (Mg, Ca, Na) до низших оксидов.

При нагревании с хлором в присутствии восстановителей (углерода) образует тетрахлорид титана.

Нагревание до 2200 °C приводит сначала к отщеплению кислорода с образованием синего Ti3O5 (то есть TiO2·Ti2O3), а затем и тёмно-фиолетового Ti2O3.

Гидратированный диоксид TiO2·nH2O [гидроксид титана(IV), оксо-гидрат титана, оксогидроксид титана] в зависимости от условий получения может содержать переменные количества связанных с Ti групп ОН, структурную воду, кислотные остатки и адсорбированные катионы. Полученный на холоде свежеосажденный TiO2·nH2O хорошо растворяется в разбавленных минеральных и сильных органических кислотах, но почти не растворяется в растворах щелочей. Легко пептизируется с образованием устойчивых коллоидных растворов. При высушивании на воздухе образует объёмистый белый порошок плотностью 2,6 г/см³, приближающийся по составу к формуле TiO2·2H2O (ортотитановая кислота). При нагревании и длительной сушке в вакууме постепенно обезвоживается, приближаясь по составу к формуле TiO2·H2O (метатитановая кислота). Осадки такого состава получаются при осаждении из горячих растворов, при взаимодействии металлического титана с HNO3 и т. п. Их плотность ~ 3,2 г/см³ и выше. Они практически не растворяются в разбавленных кислотах, не способны пептизироваться.

При старении осадки TiO2·nH2O постепенно превращается в безводный диоксид, удерживающий в связанном состоянии адсорбированные катионы и анионы. Старение ускоряется кипячением суспензии с водой. Структура образующегося при старении TiO2 определяется условиями осаждения. При осаждении аммиаком из солянокислых растворов при рН < 2 получаются образцы со структурой рутила, при рН 2—5 — со структурой анатаза, из щелочной среды — рентгеноаморфные. Из сульфатных растворов продукты со структурой рутила не образуются.

Токсические свойства, физиологическое действие, опасные свойства

TLV(предельная пороговая концентрация, США): как TWA (среднесменная концентрация, США) 10 мг/м³ A4 (ACGIH 2001).

ПДК в воздухе рабочей зоны – 10 мг/м³ (1998)

ООН — 2546

Добыча и производство

Полная статья получение оксида титана(IV)

Мировое производство диоксида титана на конец 2004 года достигло приблизительно 5 миллионов тонн. [11]

Основными производители и экспортёры диоксида титана:

  • KEMIRA PIGMENTS OY (Финляндия)
  • ЗАО «Крымский Титан» (АР Крым)
  • KRONOS TITAN GmbH & Co. OHG (Германия)
  • Sachtleben (Германия)
  • Kerr-McGee (США)

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 технология получения оксида титана (IV) сульфатным способом: исследование, разработка новых марок, модернизация технологии и аппаратурного оформления процесса.

Как указано выше, диоксид титана встречается в виде минералов, однако этого источника недостаточно, поэтому значительная его часть производится. Существуют два основных промышленных метода получения TiO2: из ильменитового (FeTiO3) концентрата и из тетрахлорида титана.

Производство диоксида титана из ильменитового концентрата

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 сульфтов 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.

Производство диоксида титана из тетрахлорида титана

Существуют три основных метода получения диоксида титана из его тетрахлорида:

  • гидролиз водных растворов тетрахлорида титана (с последующей термообработкой осадка)
  • парофазный гидролиз тетрахлорида титана (основан на взаимодействии паров тетрахлорида титана с парами воды). Процесс обычно ведётся при температуре 900—1000°C
  • термообработка тетрахлорида (сжигание в токе кислорода)

Применение

Основные применения диоксида титана:

  • производителей лакокрасочных материалов, в частности, титановых белил — 57 % от всего потребления[11] (диоксид титана рутильной модификации обладает более высокими пигментными свойствами — светостойкостью, разбеливающей способностью и др.)
  • производство пластмасс — 21 %[11]
  • производство ламинированной бумаги — 14 %[11]
Мировые мощности по производству пигментов на основе диоксида титана (тыс. тонн/год)[12]
 2001 г.2002 г.2003 г.2004 г.
Америка1730173017301680
Запад. Европа1440147014801480
Япония340340320320
Австралия180200200200
Прочие страны69074012001400
Всего4380448049305080

Другие применения — 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).

Цены и рынок

Цены на диоксид титана отличаются в зависимости от степени чистоты и марки. Так, особо чистый (99,999 %) диоксид титана в рутильной и анатазной форме стоил в сентябре 2006 года 0,5—1 доллара за грамм (в зависимости от размера покупки), а технический диоксид титана — 2,2—4,8 доллара за килограмм в зависимости от марки и объёма покупки[13].

Нормативы

  • Двуокись титана пигментная. Технические условия ГОСТ 9808-84

В настоящее время диоксид титана по ГОСТ 9808-84 не выпускается.

  • Диоксид титана пигментный. ТУ У 24.1-05762329-001-2003

По данным техническим условиям работает ГАК “Титан” (г. Армянск).

  • Титана диоксид пигментный. ТУ У 24.1-05766356-054:2005

По данным техническим условиям работает ОАО “Сумыхимпром” (г. Сумы).

Использованная литература

  1. Б. В. Некрасов. Основы общей химии. Т. I изд. 3-е, испр. и доп. Изд-во «Химия», 1973 г. С. 644, 648
  2. Т. Г. Ахметов, Р. Т. Порфирьева, Л. Г. Гайсин и др. Химическая технология неорганических веществ: в 2 кн. Кн. 1 Под ред. Т. Г. Ахметова.—М.:Высшая школа, 2002 ISBN 5-06-004244-8 С. 369—402
  3. Химия: Справ. изд./В. Шретер, К.-Х. Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. 2-е изд., стереотип. — М.:Химия, 2000. С. 411
  4. Химическая энциклопедия (электронная версия) С. 593, 594

Ссылки

Примечания

  1. http://www.snab.ru/lkm2/01/03.pdf
  2. 1 2 3 4 Химическая энциклопедия
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 Рабинович. В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник Л.:Химия, 1977 с. 105
  4. Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 8-е, перераб./Под ред. А. А. Равделя и А. М. Пономаревой. — Л.:Химия, 1983. С.60
  5. Кроме изменения стандартной энтальпии плавления там же с. 82
  6. изменение стандартной энтальпии (теплоты образования) при образовании из простых веществ, термодинамически устойчивых при 101,325 кПа (1 атм) и температуре 298 K
  7. стандартная энтропия при температуре 298 K
  8. изменение стандартной энергии Гиббса (теплоты образования) при образовании из простых веществ, термодинамически устойчивых при 101,325 кПа (1 атм) и температуре 298 K
  9. стандартная изобарная теплоёмкость при температуре 298 K
  10. Изменение энтальпии плавления. Данные по Химической энциклопедии с. 593
  11. 1 2 3 4 http://www.titanium-chemical.com
  12. http://www.titanmet.ru/Pages/News.aspx?action=view&nid=4eeff716-272d-433f-a74d-a6e046c66a86&lang=ru
  13. http://www.pure-tio2.com/buy.htm

Wikimedia Foundation.
2010.

dis.academic.ru

Области применения диоксида титана | TiO2

Благодаря своим свойствам сегодня диоксида титана используется при производстве широкого круга товаров различного назначения. Так, более 50% всего объема диоксида титана идет на изготовление товаров лакокрасочной отрасли (титановые белила), поскольку диоксид обладает отличными красящими свойствами. Это: краски (глянцевые, матовые и полуматовые, силикатные, кремнийорганические, порошковые, эмульсионные и с наполнителями для разнообразных строительных, ремонтных и промышленных работ, печати), лаки и эмали, смеси и растворы для грунтования, шпаклевки, штукатурки, цементирования, а также полиуретановые и эпоксидные покрытия, в том числе и для древесины. Диоксид, как и металл, белого цвета, поэтому используется он в качестве пигмента. Главное его достоинство – нетоксичность и безвредность. Кроме того, покрытия приобретают высокую стойкость к воздействиям ультрафиолета, не желтеют и практически не стареют.

Более 20% объема производства двуокиси титана потребляется для изготовления пластических масс и изделий на их основе с высокими термическими свойствами (к примеру, оконный пластик, различная мебель, предметы быта, детали автомобилей, машин и техники), а также каучука, линолеума и резины. Здесь он выступает в роли наполнителя, обеспечивая стойкость изделий и поверхностей к изменениям светопогоды, сопротивление при смене среды, защиту от агрессивных факторов.

Около 14% используется при производстве бумаги (белой, цветной, пропитанной), картона, обоев. Диоксид титана играет важную роль при пигментовании. Для придания бумаге гладкости, белости и высоких свойств при печати на поверхность наносят диоксид или его смеси с другими пигментами.

Диоксид титана химической чистоты 99,9998% применяется при производстве оптоволоконных изделий, медицинского оборудования, в радиоэлектронной промышленности. При изготовлении сверхчистых стекол диоксид служит эталоном чистоты. Также он незаменим при выработке термостойкого и оптического стекла, как огнеупорное защитное покрытие при сварочных работах. При производстве керамики диоксид используется для придания максимальной белости черепку либо же эмали (ангобам).

Известно применение оксида титана в косметической отрасли, в частности для усиления свойств солнцезащитных средств, отбеливающих возможностей различных кремов и пр. Упаковочные материалы с использованием диоксида титана играют важную роль при транспортировке и хранении нестойких к солнечному свету продуктов. В пищевой промышленности диоксид используют для отбеливания таких продуктов, как рыбные фарши и полуфабрикаты, белое мясо (кальмар, курица), сахар-рафинад, жевательные резинки, драже и т. д. При этом, конечно же, регламентируется максимальная концентрация диоксида в массе продукта.

Также соединение может использоваться как катализатор в химическом и фармацевтическом производстве для получения специфических промежуточных продуктов.

В целом, для каждого производства нормируется чистота диоксида, количество и характер примесей, допустимые массовые концентрации и другие показатели. Производство и потребление диоксида титана на сегодня является одним из показателей развития экономики.

www.titanium-chemical.com

Диоксид титана – что это такое? Сферы применения и вред Е171

Здоровье

9 января 2015

Производство любой пищевой продукции в наше время не обходится без специальных добавок. Ведь с помощью этих химических соединений продлевается срок годности товара, улучшается его цвет, консистенция и запах. Что же собой представляет диоксид титана? Последнее время вышеуказанную пищевую добавку можно часто встретить в составе многих рыбных, мясных и хлебобулочных изделий, конфет и белого шоколада.

Краткое описание диоксида титана

Е171 является добавкой, которая представляет собой некие бесцветные кристаллики, которые при нагревании желтеют.

Данное химическое соединение получают сульфатным (из ильменитового концентрата) или же хлоридным (из тетрахлорида титана) методами.

Характеристика Е171:

  • не токсичен;
  • не растворяется в воде;
  • обладает химической стойкостью;
  • высокая отбеливающая способность;
  • атмосферная и влагостойкость.

Краситель диоксид титана не влияет на вкус продукта. Его основное задание – придать ему белоснежный вид.

Применение диоксида титана

Данное химическое соединение активно используется в таких отраслях промышленности, как:

  • производство лакокрасочной продукции, пластмассы и бумаги;
  • пищевая промышленность.

Также применяется диоксид титана в косметике. Его добавляют в мыло, крема, аэрозоли, помады, различные пудры и тени.

Е171 в пищевой промышленности используется для производства быстрых завтраков, порошкообразных продуктов, молока сухого, крабовых палочек, майонеза, жевательных резинок, белого шоколада, конфет.

Также Е171 используется для отбеливания муки. Необходимое количество красителя вносят вместе с мукой в массу и тщательно перемешивают тесто для максимального распределения вещества. Дозировка составляет: от 100 до 200 граммов на 100 кг муки.

Диоксид титана применяют и в мясоперерабатывающей промышленности. Ведь вышеуказанное химическое соединение имеет отличную диспергируемость. Кроме того, Е171 отбеливает паштеты, шпик и другую деликатесную продукцию.

Также вышеуказанная добавка используется в производстве консервов растительных для осветления потертого хрена.

Видео по теме

Диоксид титана: вред

Исследования, которые проводились учеными по поводу негативного влияния вышеуказанной пищевой добавки, подтверждают: Е171 не растворяется в соке желудка и не всасывается через стенки кишечника организмом. Поэтому, согласно мнению представителей официальной медицины, диоксид титана не оказывает негативного влияния на здоровье человека. На основании этих данных разрешается применять вышеуказанную пищевую добавку в производстве продуктов питания (СанПин 2.3.2.1293-03).

Но все-таки существуют предположения о потенциальной опасности, которую может нести диоксид титана. Вред его ученые исследовали следующим образом: проводились испытания на крысах, которые вдыхали этот порошок. Результаты анализов: диоксид титана является канцерогенным для человека и может вызвать развитие онкологии.

Некоторые ученые утверждают, что добавка Е171 способна разрушать организм человека на клеточном уровне. Эта информация подтверждается только опытами на грызунах.

Несмотря на утверждение представителей официальной медицины, что диоксид титана является безвредным, все-таки опыты над ним продолжаются. Специалисты не рекомендуют превышать дозировку пищевой добавки Е171 (1 % в день) людям с ослабленным иммунитетом.

Диоксид титана в косметике

Вышеуказанная добавка применяется в производстве средств ухода за кожным покровом. Дело в том, что диоксид титана обладает следующим свойством: уменьшает негативное воздействие лучей солнца на кожу человека. То есть Е171 является ультрафиолетовым фильтром.

Химическая нейтральность – еще одно, не менее важное свойство данного химического соединения. Это означает, что диоксид титана не вступает в реакцию с кожным покровом и не вызывает аллергии.

Для производства косметических средств используется исключительно высокоочищенный Е171, с мелкодисперсной структурой.

Диоксид титана – добавка, которая активно применяется как в пищевой промышленности, так и производстве косметики и другой продукции. Соблюдение дозировки Е171 не приносит вреда здоровью. Превышение количества вышеуказанного химического соединения может спровоцировать серьезные проблемы в человеческом организме.


Источник: fb.ru

monateka.com

Диоксид титана

Случайный факт:

Чаще всего, в графе “Состав” на упаковке с продуктами питания, информация, идет в порядке убывания количества ингридиента — Обновить

    Законы и документы о пищевой добавке:

  • Разрешающие применение — 4
  • Упоминаний о добавке— 7

    Применение добавки по странам:

  • Россия — разрешена
  • Украина — разрешена
  • Беларусь — разрешена
  • Евросоюз — разрешена
  • США — разрешена
  • Канада — разрешена

Описание пищевой добавки

Диоксид титана или Titanium Dioxide – контрастирующее вещество, имеющее хорошие отбеливающие свойства. По непроверенным данным может вызывать заболевания печени и почек (при попадании внутрь). Зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е-171

Применение Е-171 диоксида титана

Применяется для придачи косметическим средствам белого цвета и светонепроницаемост­и (в основном, в кремах для загара). Основное место применения диоксида титана – крем для загара. Он считается одим из лучших компонентов для отсечения УФ-лучей, вызывающих меланому (рак кожи)

В пищевой промышленности диоксид титана (Е-171) применяется в основном как вещество-отбеливатель (например, белые части крабовых палочек могут отбеливаются с помощью диоксида титана). Краситель Е-171 часто применяется при производстве сухого молока, быстрых завтраков.

Кроме этого диоксид титана применяется в производстве лакокрасочной продукции, бумаги, пластмасс и других отраслях промышленности.

Оксид титана (IV) имеет следующие альтернативные названия: диоксид титана, двуокись титана, титановые белила, пищевой краситель E-171. Англоязычные названия: titanium dioxide и, менее правильное, хотя тоже используемое – titanium oxide.

Диоксид титана (Е-171) представляет собой бесцветные кристаллы, желтеющие при нагревании. В промышленности краситель Е-171 используется в раздробленном состоянии в виде белого порошка. Диоксид титана не растворим в воде. Химическая формула добавки Е-171: TiO2.

Таким образом пыль диоксида титана канцерогенна. В пищевых продуктах добавка Е-171 считается безвредной, хотя исследования ее влияния на организм продолжаются.

prodobavki.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о