Двуокись титана

Производство двуокиси титана для лакокрасочной промышленности и других потребителей возникло в XIX в.— значительно раньше выплавки металла (вторая четверть нашего столетия). По этому гидрометаллургическому способу рутил или ильменит, по возможности маложелезистый, обрабатывают 93%-ной серной кислотой при температуре 125—200° С, по реакции, выделяющей тепло.

Вместе с титаном в раствор переходит железо (II) и железо (III), последнее восстанавливают металлической стружкой:

2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺ .

Константу равновесия реакции легко вычислить из двух окислительно-восстановительных систем:

2Fe³+ 2е = 2Fe²⁺ ; E⁰ = 0,77В, Fe — 2e = Fe²⁺; E⁰ = —0,42 В,

K = a³_Fe2+/a²_Fe3+ = 2•10⁴⁰.

Полнота восстановления достаточно велика, например при a_Fe2+ = 1 г-ион/л в растворе остается ~10^-20 г-ион/л Fe³⁺, но на практике она ограничена доступом кислорода воздуха. Растворимость FeSO₄ в воде при обычных условиях около 19% (по массе), a TiOSO₄~54%, поэтому удается

отделить основные количества железа кристаллизацией FeSO₄•7H₂O. Последующий гидролиз сульфата титанила можно представить так:

ТiO²⁺ + 2Н₂O = ТiО(ОН)₂ + 2Н⁺,

рК = 2pK_H2O — pПР_Ti(он)2 = — 1

Из константы гидролиза при рН —1 найдем

К = a²_H+/a_TiO2+ = 10

aTiO²₂⁺= 10^-3 г-ион/л (0,08 г/л).

Рис. Краткая схема производства титана из железотитановых концентратов

Конечная кислотность предупреждает осаждение Fe(OH)₂,. но для удержания в растворе больших количеств Fe³⁺ она недостаточна. Этим и обусловлена необходимость возможно более полного восстановления железа. К недостаткам этого способа надо отнести высокий расход серной кислоты, трудность сброса отходов и получение грубозернистой двуокиси.

Производство ТiO₂ сжиганием тетрахлорида титана в кислороде при температуре 1000° С и подогреве описывается реакцией:

TiCl₄ + O₂ = ТiO₂ + 2Сl₂; ΔZ⁰_1273° = -83,38 кДж.

Экономическая оценка этого способа в сравнении с гидрометаллургией зависит от качества сырья и местных условий. В зарубежном мире так получают, от ¹/₄ До ¹/₃ ТiO₂.

 

Статья на тему Двуокись титана