تیتانیوم و تیتانیوم دی اکسید

منشا تیتانیوم (Ti) و تیتانیوم دی اکساید (TiO₂)

تیتانیوم فلزی به رنگ سفید مایل به نقره ای با عدد اتمی 22 است. این فلز سبک وزن، انعطاف پذیر، قوی، مقاوم در برابر خوردگی و زیست سازگار با نسبت استحکام به وزن بالا است. تیتانیوم نهمین عنصر فراوان روی زمین است. معمولاً در سنگ‌ها، خاک رس و ماسه یافت می‌شود. روتیل و ایلمنیت دو کانی تجاری اولیه هستند که تیتانیوم از آن‌ها استخراج و تصفیه می شود. تیتانیوم به آلیاژهای آلفا، آلیاژهای بتا و آلیاژهای آلفا بتا طبقه‌بندی می شود. آلیاژهای تیتانیوم آلفا فقط با اکسیژن آلیاژ می‌شوند و اغلب با فلزات دیگر مانند آلومینیوم، مولیبدن و وانادیم آلیاژ می‌شوند. افزودن این فلزات به دستیابی به خواص مطلوب مانند استحکام بهتر، مقاومت در برابر خوردگی و کاهش وزن کمک می کند. تیتانیوم در سال 1791 توسط ویلیام گرگور، شیمی‌دان و کانی‌شناس انگلیسی، و در سال 1795 توسط مارتین هاینریش (شیمی‌دان آلمانی)، کشف شد. کلاپروت در اسطوره‌های یونانی، عنصر تیتانیوم را به افتخار تیتان‌ها نامید. در سال 1910 بود که تیتانیوم خالص توسط شخصی به نام هانتر به دست آمد. این دانشمند با حرارت دادن تتراکلرید تیتانیوم (TiCl4 ) با سدیم در فشار و دمای بالا (1292-1472 درجه فارنهایت) تیتانیوم را جدا کرد و تیتانیوم خالص و کلرید سدیم را به عنوان یک محصول جانبی تولید کرد. سپس، در سال 1932، ویلیام جاستین کرول تیتانیوم را از TiCl4 از طریق تقطیر جزئی با کلسیم و بعداً با منیزیم و سدیم جدا کرد. امروزه “فرایند کرول” فرآیندی است که اغلب برای تولید تجاری تیتانیوم استفاده می شود.

تیتانیوم به دلیل تمایل به واکنش با اکسیژن به شکل خالص در طبیعت یافت نمی‌شود. در عوض، تیتانیوم عملاً در تمام سنگ‌ها، خاک رس، ماسه و مواد معدنی روی زمین به شکل دی اکسید تیتانیوم (TiO2) یافت می‌شود. روتایل و ایلمنیت دو ماده معدنی اصلی هستند که برای تولید تجاری تیتانیوم استفاده می شوند. آناتاز، پروسکایت، بروکیت و تیتانیت نیز حاوی تیتانیوم هستند.

ساختارهای تیتانیوم دی اکساید (TiO2)

دی اکسید تیتانیوم که برای اولین بار یک قرن پیش تولید شد، به دلیل بی اثر بودن شیمیایی، هزینه کم و در دسترس بودن، در صنعت بسیار مهم است. دی اکسید تیتانیم در طبیعت به سه صورت کریستالی یافت میشود آناتاز (Anatase) روتیل (Rutile) و بروکیت (Brookite) این کریستال‌ها اساساً TiO2 خالص هستند و در حالت خلوص می‌بایست سفید رنگ باشند اما معمولاً شامل مقدار کمی از ناخالصی ها مثل آهن، کروم یا وانادیم هستند که باعث تیره شدن رنگ آن‌ها می شود. این حالت‌های کریستالی به صورت هشت وجهی درکنار هم قرار می‌گیرند، به طوری که شش آنیون اکسیژن با سه کاتیون تیتانیوم مشترک هستند، از این رو فرمول TiO6/3، برابر با TiO2 است. این واحدهای هشت وجهی برای هر حالتی به طور متفاوتی ترتیب و تغییر شکل می‌دهند که منجر به الگوهای متمایزی از کریستالینیت می‌شود. روتیل و آناناز در سیستم هشت وجهی متبلور می‌شوند و بروکیت در سیستم اورترومبیک. اگرچه آناتاز و روتیل هر دو هشت وجهی هستند ولی هم شکل  (ایزومورف) نیستند آناناز معمولاً به صورت هشت وجهی منتظم یافت می شود و روتیل کریستال های منشوری باریکی را که غالباً به هم چسبیده‌اند ایجاد می کند. به این ترتیب، این سه حالت در شکل، ساختار و چگالی متفاوت هستند. روتیل پایداری ساختاری نسبتاً بالاتری دارد. هر TiO2 یک اتم تیتانیم در شبکه توسط شش اتم اکسیژن که به صورت هشت وجهی قرار گرفته اند، احاطه شده است و هر اتم اکسیژن توسط سه اتم تیتانیم در آرایش مثلثی احاطه شده است. سه شکل آلوتروپی TiO2 به صورت مصنوعی تهیه شده اند اما فقط روتیل که از نظر حرارتی پایدارترین شکل است به صورت کریستال های بزرگ و شفاف به دست آمده است تغییر شکل از آناناز به روتیل تقریباً نیاز به kg mol^-1 6/12 انرژی دارد اما سرعت این تغییر شکل به مقدار بسیار زیادی تحت تأثیر دما و حضور مواد دیگر است که ممکن است واکنش را تسریع و یا متوقف کنند پائین ترین دمایی که در آن تبدیل آناتاز به روتیل اتفاق می افتد ۷۰۰ درجه سانتی گراد است. اما این دما دمای انتقال نیست و این تغییر شکل برگشت پذیر نمی‌باشد. بروکیت توسط حرارت دادن TiO2 بی شکل که از یک الکیل تیتانات یا سدیم تیتانات به همراه سدیم یا پتاسیم هیدروکسید در یک اتوکلاو که برای چند روز در دمای ۶۰۰-۲۰۰ درجه سانتی گراد قرار داده می شود، تهیه می گردد. تهیه بروکیت به روش مصنوعی مشکل است و بنابراین تولید آن در صنعت ارزشمند نمی‌باشد مهم‌ترین اشکال تجاری TiO2  اتاتاز و روتیل هستند که به راحتی توسط اشعه X قابل تشخیص هستند.

روتیل بالاترین دانسیته، متراکم ترین و انباشته ترین ساختار اتمی را دارد. بنابراین سخت ترین شکل TiO2 است ( 7-65 درجه سختی Mohs ) و آناتاز نرم تر است (۵/۵ درجه سختی Mohs). TiO2 یک نیم رسانای حساس به نور است و جذب الکترومغناطیسی در نزدیکی ناحیه ی فرابنفش (UV) دارد.  نوار جذبی برای روتیل در کمتر از ۴۱۵۳ و برای آناتاز در کمتر از nm ۳۸۵ می باشد.

فرآیند تولید تیتانیوم دی اکساید

ایلمنیت حاوی 50 تا 60 درصد TiO2 است. در روتایل و آناتاز، TiO2 به طور طبیعی وجود دارد. روتایل معمولی حاوی 95 درصد است. روش تولید TiO2 بستگی به ماده اولیه خام دارد. رایج‌ترین روش برای تولید TiO2 استفاده از ایلمنیت است. ایلمنیت برای حذف گروه اکسید آهن در ایلمنیت با سولفوریک اسید مخلوط می‌شود. محصول جانبیِ آهن(II)  سولفات تنها برای تولید شدن نمک تیتانیوم در محلول، متبلور و فیلتر می‌شود. این محصول روتایل مصنوعی خوانده می‌شود. فرایندهای مشابه بیشتری برای رسیدن به محصول TiO2 روی روتایل انجام می‌شود. روتیل مصنوعی و تفاله‌های (سرباره) تیتانیوم به ویژه برای تولید دی‌اکسید تیتانیوم ساخته می‌شوند. استفاده از سنگ ایلمنیت معمولاً تنها برای تولید دی‌اکسید تیتانیوم رنگدانه است. روش دیگر برای تولید روتیل مصنوعی از ایلمنیت با بهره‌گیری از فرایند بچر است.

• فرآیند کلرید:

در فرآیند کلرید، تیتانیوم ماده اولیه غنی از تیتانیوم خام، با استفاده از گاز کلر به تتراکلرید تیتانیوم (4TiCl) تبدیل می شود. 4TiCl در دمای بالا اکسید می شود و دی اکسید تیتانیوم روتیل خالص می دهد. TiO2 آناتاز از طریق فرآیند کلرید ساخته نمی شود.

• فرآیند سولفات:

در فرآیند سولفات، سنگ معدن غنی از تیتانیوم با اسید سولفوریک واکنش داده و TiOSO4 ایجاد می کند. TiO2 خالص در چندین مرحله از TiOSO4 به دست می آید که از طریق ماده واسطه‌ی TiO(OH)2 حاصل می شود. بسته به مسیر انتخاب شده، دی اکسید تیتانیوم روتیل یا آناتاز ساخته می‌شود.

در هر دو فرآیند، اندازه ذرات رنگدانه با تنظیم دقیق مراحل در مسیر شیمیایی حاصل می شود.

موارد مصرف تیتانیوم دی اکساید

در حالت طبیعی خود، تیتانیوم دی اکساید یک پودر سفید است که رنگدانه سفید را ایجاد می‌کند. به طور گسترده ای در محصولات مختلف مصرفی و صنعتی از جمله چسب، پلاستیک و لاستیک، پوشش، رنگ، پارچه و منسوجات پوشش داده شده، جوهر چاپ و سرامیک استفاده می‌شود. TiO₂ هنگامی که به عنوان رنگدانه استفاده می‌شود، تیتانیوم سفید، پیگمنت سفید 6 (PW6) یا 77891 CI نامیده می‌شود. گرید رنگدانه دی اکسید تیتانیوم، در طیف وسیعی از کاربردها که نیاز به شفافیت و روشنایی بالا هستند استفاده می‌شود. در واقع، بیشتر سطوح و اقلامی که سفید و حتی سایه‌های تیره رنگ هستند، حاوی پیگمنت دی اکسید تیتانیوم هستند. دی اکسید تیتانیوم در طیف وسیعی از کاربردها استفاده می شود، از جمله:

• لوازم آرایشی :

رنگدانه دی اکسید تیتانیوم در برخی از لوازم آرایشی برای کمک به پنهان کردن لکه ها و روشن کردن پوست استفاده می‌شود. دی اکسید تیتانیوم امکان استفاده از پوشش‌های نازک‌تری از مواد آرایشی را برای همان اثر دلخواه فراهم می کند.

• رنگ‌ ها و پوشش‌ ها :

با محافظت از سطح رنگ‌شده، دوام و شفافیت را افزایش می‌دهد. رنگ ها و پوشش ها بزرگترین بخش از نظر کاربرد در بازار دی اکسید تیتانیوم است. صنعت رنگ و پوشش بزرگترین بخش از نظر برنامه های کاربردی برای بازار TiO₂ است.

• محصولات غذایی :

جذب نور مرئی و فرابنفش توسط دی اکسید تیتانیوم از مواد غذایی، نوشیدنی ها، مکمل ها و داروها در برابر تخریب زود هنگام محافظت می‌کند و طول عمر محصول را افزایش می دهد. گریدهای خاصی از دی اکسید تیتانیوم با درجه خلوص بالا نیز در قرص های دارویی، پوشش‌های کپسول و به عنوان کمک کننده تزئینی در برخی غذاها استفاده می شود.

• پلاستیک و لاستیک :

در کاربردهای پلاستیکی و لاستیکی، دی اکسید تیتانیوم می تواند به کاهش ترک خوردگی، محو شدن و شکنندگی که می تواند در مواد پلاستیکی به دلیل قرار گرفتن در معرض نور رخ دهد، کمک کند.

• کاتالیزور :

این شکل از دی اکسید تیتانیوم برای پشتیبانی از برنامه های کاتالیست استفاده می شود. به عنوان مثال، دی اکسید تیتانیوم با درجه بسیار ریز در نیروگاه ها برای از بین بردن اکسیدهای نیتروژن و در کاربردهای خودرویی برای کاهش انتشار گازهای سمی استفاده می شود.

• کرم ضد آفتاب :

دی اکسید تیتانیوم با درجه بسیار ریز یک جاذب عالی نور UV است، زیرا در برابر نور شفاف است. این به ایجاد سدی برای نور UV کمک می کند و از پوست در برابر اشعه های مضر محافظت می کند. علاوه بر این، کارشناسان پیشنهاد می کنند که استفاده از ضد آفتاب های غنی از دی اکسید تیتانیوم می تواند احتمال ابتلا به سرطان پوست را کاهش دهد.

• پلاستیک ها، چسب ها و لاستیک :

دی اکسید تیتانیوم می تواند به کاهش شکنندگی، محو شدن و ترک خوردگی که در پلاستیک و سایر مواد که در معرض نور رنگ تغییر رنگ می‌دهد، کمک کند.

• کاغذ :

دی اکسید تیتانیوم برای پوشش دادن کاغذ استفاده می شود و آن را سفیدتر، روشن تر و مات تر می‌کند.

ایمنی و سلامت

در صورت استنشاق، فوراً به سمت هوای تازه بروید. در صورت تماس با چشم، با آب فراوان شستشو دهید. در صورت لزوم با پزشک تماس گرفته شود.

بسته‌بندی محصول

کیسه بسته‌بندی محصول از سه لایه کاغذ تشکیل شده است و وزن هر کیسه 25 کیلوگرم است. انواع مختلف بسته‌بندی را می‌توان مطابق با نیاز مصرف کننده بسته‌بندی کرد.

انبارداری و حمل و نقل

محصولات باید در یک انبار با تهویه مناسب و خشک به صورت دسته‌ای نگه‌داری شوند. محصول را مستقیماً روی زمین نگه‌داری نکنید. آن‌ها باید با وسایلی مانند سینی یا ورقه‌های پلاستیکی از هم جدا شوند. از تماس با مواد شیمیایی واکنش‌دهنده دور نگه دارید. بارگیری، حمل و نقل و تخلیه را با دقت انجام دهید. یک دسته‌ از محصول باید در کنار هم قرار گیرند تا از آلودگی و آسیب بسته‌بندی جلوگیری شود.

بازار دی اکسید تیتانیوم: تحلیل و پیش بینی فعلی (2028-2022)

ارزش بازار جهانی دی اکسید تیتانیوم در سال 2021 به 21 میلیارد دلار رسید که پیش بینی می شود تا سال 2026 به 279 میلیارد دلار برسد. انتظار می رود بازار جهانی دی اکسید تیتانیوم در طول دوره پیش بینی با نرخ قابل توجهی 6 درصد رشد کند. از این رو، تقاضای بالا برای دی اکسید تیتانیوم در کاربردهای مختلف عامل اصلی در گسترش این بازار در سراسر جهان است. بر اساس گرید، بازار به روتایل و آناتاز تقسیم می‌شود. گرید روتیل دارای قدرت پوشش بهتری است.

• بازار بر اساس سهم تولید کشورها (تا سال 2021) :

چین تا سال 2021 بزرگترین تولید کننده مواد معدنی تیتانیوم در جهان بود و 36 درصد از کل حجم تولید دی اکسید تیتانیوم جهانی را به خود اختصاص داد. موزامبیک در آن سال دومین تولیدکننده دی اکسید تیتانیوم در جهان بود و 12 درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص داد.

• شرکت‌های اصلی و بزرگ تولید کننده TiO₂ :

Chemours Company (US)

Tronox Holding PLC (US)

Lomon Billions Group (China)

Venator Materials PLC (UK)

Kronos Worldwide Inc. (US)

INEOS (UK)

CINKARNA Celje a d. (Slovenia)

Evonik Industries AG (Germany)

TAYCA CORPORATION (Japan)

ILUKA RESOURCES (Australia)

ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD. (Japan)

برخی از گریدهای پرمصرف و با کیفیت TiO₂ در ایران و  کاربرد متفاوت آن

TiO₂ این شرکت رنگدانه سفید و معدنی است که برای ایجاد سفیدی و درخشندگی در طیف گسترده‌ای از کاربردها از جمله رنگ، جوهر، پلاستیک و کاغذ استفاده می‌شود. آن‌ها طیف وسیعی از رنگدانه‌های سولفات و کلرید با عملکرد بالا TiO₂ را برای همه کاربردهای اصلی تولید می‌کنند. هر یک از آن‌ها دارای خواص متمایزی است و برای ارائه مزایای خاصی در کاربردهای خاص طراحی شده است.

پیگمنت TiO₂ گرید R-966 :

گرید R-966 توسط شرکت Lomon Billions Group ارائه می‌شود. این رنگدانه دی اکسید تیتانیوم روتیل با زیرکونیا و آلومینا است که توسط فرآیند سولفات تولید می‌شود. این یک رنگدانه بسیار بادوام است و برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب است.

R-966 به دلیل جذب روغن کم، براقیت بالا، استحکام رنگی بالا، دوام و قابلیت پراکندگی بالا شناخته شده است. با اندازه ذرات بسیار ریز، دارای قدرت پوشش عالی می‌باشد.

• کاربرد :

پوشش‌های داخلی و خارجی معماری – پوشش‌های صنعتی بیرونی- مستربچ- پلاستیک – پوشش‌های پودری – پوشش‌های کانتینر – پوشش‌های کویل – جوهر.

• خواص و ویژگی‌ ها :

پراکندگی بالا در سیستم‌های پایه حلال و پایه آب – حفظ براقیت عالی – قدرت رنگ دهی بالا – قدرت پراکندگی بالا.

پیگمنت TiO₂ گرید R-5566 :

گرید R-5566 توسط شرکت Pangang Titanium Industry با فرآیند سولفات تولید و ارائه می‌شود. این گرید، رنگدانه دی اکسید تیتانیوم روتیل با آلومینم، زیرکونیم و عملیات سطحی آلی می‌باشد.

• کاربرد :

رنگ‌های داخلی و خارجی – کاغذسازی – رنگ‌های لاتکس – رنگ امولسیونی – لاستیک – پلاستیک – مستربچ- پوشش پودری – جوهر.

• خواص و ویژگی‌ ها :

سفیدی و براقیت بالا – قدرت پراکندگی بالا – ماندگاری بالا – هیدروفیلی قوی – قابلیت استفاده عالی.

پیگمنت TiO₂ گرید R-6618 :

گریدR-6618  توسط شرکت Shandong Jinhai Titanium Resources Technology  ارائه می‌شود. این گرید، رنگدانه دی اکسید تیتانیوم روتیل با آلومینا، زیرکونیم و عملیات سطحی آلی می‌باشد.

• کاربرد :

پوشش‌ها – جوهر حلال – چرم-  رنگ‌های پایه حلال و پایه آب –  خمیر رنگی–  پلاستیک – لاستیک.

• خواص و ویژگی‌ ها :

سفیدی خوب – قدرت پراکندگی خوب – براقیت بالا – قدرت پوشانندگی خوب – مقاومت بالا در برابر شرایط جوی.

پیگمنت TiO₂ گرید CR-350 :

گریدCR-350  توسط شرکت Pangang Group Chengdu Vanadium & Titanium Resources Development Co ارائه می‌شود. CR-350 نوعی دی اکسید تیتانیوم روتیل است که با فرآیند کلرید تولید می‌شود.

• کاربرد :

جوهر – رنگ – پوشش‌های داخلی پایه آب و پایه حلال – پرایمرهای داخلی و خارجی – پلاستیک‌  و مواد پلیمری.

• خواص و ویژگی‌ ها :

توزیع اندازه ذرات عالی، براقیت بالا – مقاومت بالا در برابر شرایط جوی – ایجاد پوشش پایدار – مقاوم در برابر سایش.

پیگمنت TiO₂ گرید SWA-100 :

گرید SWA-100  توسط شرکت GUIZHOU SUNWARD FUQUAN CHEMICALS CO ارائه می‌شود.  SWA-100 نوعی دی اکسید تیتانیوم آناتاز است که با فرآیند سولفاته تولید می‌شود.

• کاربرد :

پوشش – رنگ – جوهر چاپ – مستربچ – لاستیک – کاغذسازی – پروفیل های پلاستیک PVC و صنایع پلاستیک.

• خواص و ویژگی‌ ها :

براقیت و سفیدی خوب – قدرت پوشانندگی بالا – اندازه ذرات بسیار ریز – پراکندگی مناسب – هیدرروفوبیک.

پیگمنت TiO₂ گرید TiKON™ 33 :

گرید TiKON™ 33 توسط شرکت TRONOX Group ارائه می‌شود.  TiKON™ 33 رنگدانه دی اکسید تیتانیوم روتایل با آلومینا، زیرکونیم و عملیات سطحی آلی می‌باشد که با فرآیند سولفاته تولید می‌شود.

• کاربرد :

پوشش کویل، دکوراتیو و پودری – رنگ – جوهر چاپ –پلاستیک – لاستیک – کاغذسازی – پوشش‌های داخلی و خاجی – پوشش‌های پایه آب و پایه حلال.

• خواص و ویژگی‌ ها :

براقیت و سفیدی خوب – قدرت پوشانندگی بالا – اندازه ذرات بسیار ریز – پراکندگی مناسب – پایداری نوری و گرمایی بالا.

پیگمنت TiO₂ گرید TYR-588 :

گرید TYR-588 توسط شرکت YIBIN TIANYUAN HAIFENG HETAI CO ارائه می‌شود. TYR-588 رنگدانه دی اکسید تیتانیوم روتایل با آلومینا، زیرکونیم و عملیات سطحی آلی می‌باشد که با فرآیند کلرید تولید می‌شود.

• کاربرد :

پوشش‌های دکوراتیو و پودری – رنگ – جوهر چاپ –پلاستیک – لاستیک – مستربچ – کاغذسازی – پوشش‌های داخلی و خاجی – پوشش‌های پایه آب و پایه حلال.

• خواص و ویژگی‌ ها :

براقیت و سفیدی خوب – قدرت پوشانندگی بالا – اندازه ذرات خوب – پراکندگی بالا – پایداری بالا در برابر شرایط جوی.

شرکت تیام رهاورد آدرینا  پیوسته محصولات مختلف را با قیمت های مناسب و بالاترین کیفیت در عرصه ی داخلی و خارجی در اختیار متقاضیان قرار می دهد.

شما می توانید جهت اطلاع از نحوه ی فروش و قیمت این محصول و دیگر محصولات مورد نیاز خود و همچنین ثبت سفارش با کارشناسان فروش شرکت تیام رهاورد آدرینا در ارتباط باشید. 

  031-31319488                             09366441848                          tradchemical@