Ero sivun ”Titaanidioksidi” versioiden välillä

Titaanidioksidi (TiO₂) on hyvin [[inertti]], myrkytön [[valkoinen]] yhdiste, jonka [[moolimassa]] on 79,90. Sen taittokerroin on erittäin korkea (2,6–2,9) minkä takia sitä käytetään maaleissa, papereissa ja muoveissa lisäämään niiden [[peittokyky|peittokykyä]]. Titaanidioksidipigmentit ovat parempien ominaisuuksiensa vuoksi syrjäyttäneet lyijypohjaiset pigmentit ja TiO₂ onkin ominaisuuksiensa takia tuotetuin epäorgaaninen [[väriaine]]. Esimerkiksi maalien painosta on usein yli 20  % titaanipigmenttiä.<ref>Force 1991, Griebler et al. 2006</ref>

Vuonna 1994 valmistetusta titaanipigmentistä käytettiin 59  % pinnoitteina ja maaleina, 20  % muovien lisäaineena, 13  % paperin lisäaineena ja 8  % muuhun käyttöön. Väriaineen lisäksi titaanidioksidia käytetään esimerkiksi [[Katalysaattori|katalysaattoreissa]] voima- ja teollisuuslaitoksilla, UV-suojana [[aurinkovoide|aurinkovoiteissa]] sekä elektrokeraamisissa tuotteissa.<ref>Griebler et al. 2006</ref>

TiO₂ esiintyy kolmessa eri kidemuodossa: tetragonisina rutiilina ja anantaasina sekä harvinaisena rombisena brookiittina. Teollisuudessa valmistetaan rutiilia ja anantaasia, joiden valmistustavat sekä käyttötarkoitukset ovat erilaiset. Termodynaamisesti rutiili on vakain kidemuoto: jos anantaasia lämmitetään yli 700  °C lämpötilaan, sen kiderakenne muuttuu pysyvästi rutiiliksi.<ref>Murphy & Frick 2006</ref>

Rutiili on titaanidioksidin kidemuodoista tihein ja kovin. Sen tiheys on 4,21  g/cm3 ja kovuus Mohsin asteikolla 6,5  –  7,0 kun anantaasin tiheys on 4,06  g/cm3 ja kovuus 5,5.<ref>Griebler et al. 2006</ref>

Titaanipigmenttejä tuotetaan kahdella eri prosessilla: sulfaattiprosessilla ja kloridiprosessilla. Sulfaattiprosessissa raaka-materiaaliraakamateriaali hajotetaan rikkihapon avulla 150–220 º °C lämpötilassa. Prosessissa syntyvä titaanidioksidihydraatti saostetaan ja sen epäpuhtaudet poistetaan jatkoprosesseissa. Kloridiprosessissa raaka-materiaalitraakamateriaalit reagoivat kloorin kanssa 700–1200 º °C lämpötilassa, ja syntyy [[titaanitetrakloridi|titaanitetrakloridia]]. Se [[tislaus|tislataan]] muista klooriyhdisteistä ja sitten sitä poltetaan 900–1400  °C lämpötilassa, jolloin muodostuu puhdasta TiO₂:ta. Molemmissa prosesseissa puhdasta titaanidioksidia vielä muokataan sen käyttötarkoituksen mukaan. Titaanipigmenttilaatuja eri tarkoituksiin onkin yli 400.<ref>Griebler et al. 2006</ref>

|+ TiO₂-tuotanto vuosittain.<ref>Griebler et al. 2006</ref>

|

! colspan="2" | Sulfaattiprosessi

! kt/a !

|-

9| 27,7

| 2589 |

| 2959 |

|-

Puhtaan titaanioksidin valmistusreaktio keksittiin 1908 ja sen teollinen valmistus alkoi Norjassa vuonna 1916.<ref>Güther et al. 2005</ref> Titaanidioksidia voidaan valmistaa sulfaatti- tai kloridiprosessilla. Kloridiprosessia käytetään kun raaka-aineena on rutiilimineraali ja sulfaattiprosessia kun raaka-aine on esimerkiksi [[ilmeniitti]]. Esimerkiksi [[Porin titaanidioksiditehdas|Porin titaanidioksiditehtaalla]] Suomessa jalostetaan slagia ja ilmeniittiä, jolloin käytetään sulfaattiprosessia.<ref>Seppälä 1999</ref> Titaanidioksidin sulamispiste on noin 1800 1 800 °C ja se reagoi yli 500  °C lämpötilassa kloorin kanssa muodostaen titaanitetrakloridia kun hiiltä on läsnä.<ref>Griebler et al. 2006</ref>

Kloridiprosessissa titaanimineraalit muutetaan titaanitetrakloridiksi ja siitä titaanidioksidiksi tai titaanimetalliksi. Kloridimenetelmä on uudempi kuin sulfaattimenetelmä ja se saastuttaa vähemmän, mutta se vaatii raaka-aineekseen paljon titaanidioksidia sisältävän malmin (yli 70  %). Jotkut tehtaat ovat kuitenkin onnistuneet tuottamaan kloridiprosessin kautta titaanidioksidia myös muuttuneesta ilmeniitistä, jonka titaanidioksidipitoisuus on noin 60  %. Joka tapauksessa tätä tuotantotapaa käyttävien tehtaiden pääraaka-aine ei ole ilmeniitti.<ref>Force 1991</ref>

Sulfaattimenetelmässä TiO₂ tiivistetään malmista rikkihapon avulla monimutkaisessa prosessissa. Tässä prosessissa ei raaka-aineelta vaadita korkeaa titaanidioksidipitoisuutta, mutta sen jätteet ovat ympäristömyrkkyjä, ellei niitä neutraloida. Itse asiassa tässä prosessissa raaka-aineet, joissa on korkea titaanidioksidipitoisuus, eivät ole reaktiokykyisiä. Yleensä sulfaattiprosessia käyttävien titaanipigmenttitehtaiden käyttämän ilmeniittiraaka-aineen titaanidioksidipitoisuus on 45–60  %.<ref>Force 1991</ref>