Produção do Dióxido de Titânio




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27 . 01 . 16

Produção do Dióxido de Titânio

Existem duas rotas principais de produção do TiO2, o processo via sulfonação e o processo pela via cloração. O primeiro processo a ser desenvolvido para a obtenção do TiO2 como nós conhecemos hoje foi a via por sulfonação do mineral  Ilmenita (mineral de ferro e titânio, FeTiO3), em meados dos anos 1910. Tal processo foi o único meio de produção até a introdução efetiva do processo via cloração, nos anos 1950.

 

Produção do Dióxido de Titânio por Cloração

O processo via cloreto foi desenvolvido em laboratório noa anos 1920 mas apenas aplicado em escala industrial no final dos anos 1950. Neste processo, o rutilo mineral ou minério refinado é reagido com cloro gasoso em presença de coque para formar tetracloreto de titânio líquido. Após a destilação, este é oxidado na fase vapor, produzindo dióxido de titânio pigmentar, que também pode passar por um processo de tratamento de superfície. As reações químicas que regem a operação podem ser observadas abaixo:

TiO2 + C + 2Cl2 → TiCl4 + CO +CO2

TiCl4 +O2 → TiO2 + 2Cl2

O rutilo natural é encontrado em concentrações que variam de 90-98%. Esta concentração alta é desejada e faz com que o rutilo seja muito eficiente como matéria prima. O processo por cloreto necessita que a concentração do mineral seja alta, maior do que 90%. O processo de uma maneira mais abrangente pode ser observado na Figura 1, abaixo (em inglês).

cloro

Esta rota de produção atende tranquilamente com qualidade necessária as indústrias de papel, papeis laminados, tintas, plásticos, etc. Este meio de produção também produz muito menos efluentes se comparado com a rota por sulfonação. Porém, os custos para se construir e operar uma planta que possuirá este processo são maiores, já que há maior demanda de energia (cerca de 30 MJ por tonelada). A matéria prima, rutilo, também é mais caro por causa de sua menor abundância.

 

Produção do Dióxido de Titânio por Sulfonação

O processo de produção de TiO2 por sulfato envolve todos os químicos clássicos, com exceção da destilação, e é uma operação industrial complexa de multiestágio.

O minério bruto de titânio é reagido com ácido sulfúrico e o sulfato de titanila obtido é hidrolisado, obtendo-se um óxido hidratado que é calcinado a 900°C para produzir o dióxido de titânio pigmentar. Após este processo, o produto pode ser moído e embalado ou sofrer tratamento superficial para lhe conferir melhorias em suas propriedades, como dispersibilidade e durabilidade. As reações químicas que acontecem podem ser observadas abaixo.

FeTiO3 + 2H2SO4 → TiOSO4 + FeSO4 + H2O

TiOSO4 + H2O → TiO2n.H2O + H2SO4

TiO2n.H2O → TiO2 + n.H2O

Este processo é mais complicado em termos de números de operações unitárias envolvidas. Tais processos não vistos na figura 2.

Figura 2: Processo por sulfato

sulfato

 

Este processo, por já estar sendo utilizado por praticamente um século é muito bem conhecido e já possui uma constância de qualidade conhecida.

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Fontes:

Journal of Nanomaterials, Volume 2011, Article ID 869618, 8 pages

James R. Fisher, Titanium Dioxide Pigments Industry in the 1990’s – Problems and Profits, Journal of Coatings Technology, 65, 820, p. 67-70, 1993