Kemira Pigments ©
Titaanidioksidipigmenttejä voidaan valmistaa kahdella eri menetelmällä: sulfaatti- tai kloridiprosessilla.
Sulfaattiprosessissa titaania sisältävä raaka-aine liuotetaan rikkihappoon ja syntyvästä liuoksesta titaani saostetaan titaanihydraattina. Hydraatti pestään, kalsinoidaan ja pintakäsitellään.
Kloridiprosessissa raakamateriaali kloorataan, jolloin muodostuu titaanitetrakloridia. Tetrakloridi hapetetaan kaasufaasissa titaanidioksidiksi ja pintakäsitellään kuten sulfaattiprosessissakin.
Sulfaattiprosessin raaka-aineena käytetään ilmeniittiä. Toinen tärkeä prosessissa käytettävä aine on rikkihappo. Titaanidioksidin valmistuminen tällä prosessilla kestää noin kaksi viikkoa. (Huomioitavaa on kuitenkin se, että prosessi on jatkuvasti käynnissä.)
·Reaktio ja liuotus
Tehtaalle saapuva ilmeniitti kuivataan ja jauhetaan prosessin vaatimaan hiukkaskokoon. Tämän jälkeen se sekoitetaan väkevään rikkihappoon ja seosta kuumennetaan, kunnes eksoterminen reaktio raaka-aineen ja rikkihapon välillä lähtee käyntiin. Reaktion tuloksena syntyy kiinteää ainetta, joka koostuu lähinnä titaanista ja rautasulfaateista. Tämä kiinteä aine, titanyylisulfaatti (TiOSO4), liuotetaan veteen ja rikkihappoon. Syntyvä liuos sisältää kolmenarvoista rautaa (Fe3+) eli ferri-ioneja.
Rauta pelkistetään kahdenarvoiseksi (Fe2+) romuraudan avulla ja liuos suodatetaan liukenemattomien epäpuhtauksien poistamiseksi. Tämän jälkeen liuos jäähdytetään, jolloin suurin osa liuenneesta raudasta kiteytyy turkoosina rautasulfaattina.
Rautasulfaattikiteet poistetaan ja jäljelle jäänyt liuos väkevöidään haihduttamalla. Väkevöiminen on tarpeen, jotta seuraava vaihe eli saostus onnistuisi. Saostuksessa tummasta liuoksesta muodostuu valkeaa titaanihydraattia. Saostuma eristetään suodattamalla, jolloin liuokseen jää liuenneita sulfaatteja ja rikkihappoa. Liuos otetaan talteen, puhdistetaan ja väkevöidään, ja rikkihappo käytetään uudelleen samaan prosessiin.
Titaanihydraatti pestään nyt moneen kertaan erilaisilla suodattimilla, jotta värivirheitä mahdollisesti tuovat epäpuhtaudet saadaan poistettua. Tämän jälkeen tuote on puhtaanvalkeaa, mutta sen ominaisuudet eivät vielä ole vaadittavat: se on liian hienojakoista ja lähestulkoon amorfista.
Lähes 1000 °C:ssa kalsinoiminen saa aikaan kiteiden kasvun lopulliseen muotoonsa. Tämän jälkeen tuote jäähdytetään ja jauhetaan tietyllä tavalla riippuen siitä mihin tarkoitukseen titaanidioksidia valmistetaan. Kaikkien näiden vaiheiden jälkeen ollaan aikaan saatu pintakäsittelemätöntä pigmenttiä. Mikäli halutaan valmistaa pintakäsiteltyä pigmenttiä, on edessä vielä muutamia työvaiheita, mm. märkäjauhatusta ja suodatusta.
Kloridiprosessin lähtöaineena käytetään usein raaka-ainetta, jonka TiO2- pitoisuus on suurempi kuin sulfaattiprosessissa käytettävän, esim. rutiilimalmia tai synteettistä rutiilia. Kloridiprosessilla valmistetaan ainoastaan rutiilin kiderakenteista titaanidioksidia.
Malmi kuivataan, jonka jälkeen se sekoitetaan koksiin 900 °C:ssa. Tämän seoksen annetaan reagoida kloorikaasun kanssa, jolloin syntyy kaasumaista titaanitetrakloridia. Kaasu erotetaan reagoimattomasta kiinteästä aineesta ja puhdistetaan tietyistä epäpuhtauksista, minkä jälkeen se jäähdytetään nesteeksi. Nestemäinen TiCl4 puhdistetaan vielä tislaamalla ja muilla kemiallisilla käsittelyillä. Tämän jälkeen kloridin annetaan reagoida hapen kanssa n. 1000 °C:ssa, jolloin muodostuu titaanidioksidia ja klooria. Näin saatu raakapigmentti viimeistellään pintakäsittelyllä. Viimeisessä vaiheessa syntynyt kloori käytetään uudelleen alkuvaiheen kloorauksessa.
Raaka-aine on mustaa Ilmeniittiä ja lopputuote
valkoista titaanidioksidipigmenttiä.