Luận văn Thạc sĩ ngành Công nghệ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo chất màu TiO2 từ khoáng ilmenite ở Hà Tĩnh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu đã tiến hành khảo sát quá trình nghiền khoáng ilmenite và ảnh hưởng của kích thước hạt đối với hiệu suất phân hủy khoáng, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình hòa tách và thủy phân dung dịch,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ ngành Công nghệ Hóa học: Nghiên cứu chế tạo chất màu TiO2 từ khoáng ilmenite ở Hà Tĩnh

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi NGUYÔN NGUY£N NGäC --------------------------------------- NGuyÔn NGUY£N NGäC Ngµnh CN HãA HäC Nghiªn cøu chÕ t¹o chÊt mµu TiO2 tõ ilmenite hµ tÜnh luËn v¨n th¹c sÜ NgµNH C¤NG NGHÖ HãA HäC Kho¸ 07 - 09 Hµ Néi - 2009
MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 2 DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN 3 DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN 4 MỞ ĐẦU 6 PHẦN I TỔNG QUAN 9 1.1. TITAN DIÔXIT 10 1.2. CÁC TÍNH CHẤT CỦ TITAN ĐIÔXIT 11 1.2.1. Các tính chất vật lí 11 1.2.2. Tính chất hóa học 13 1.2.3. Tính chất bề mặt của titan điôxit 14 1.3. NGUYÊN LIỆU CHO CHẾ TẠO TITAN ĐIÔXIT 14 1.3.1. Nguyên liệu tự nhiên 15 1.3.1.1. Khoáng ilmenite 16 1.3.1.2. Khoáng Rutile 19 1.3.1.3. Khoáng Anatase 20 1.3.2. Nguyên liệu nhân tạo 20 1.3.2.1 Xỉ titan 20 1.3.2.2 Rutile tổng hợp 21 1.4. CHẾ TẠO CHẤT MÀU TiO2 TỪ KHOÁNG ILMENITE 21 1.4.1. Khai thác và tinh chế quặng ilmenite từ sa khoáng bờ biển 22
1.4.2. Chế tạo chất màu titan đi ô xit từ ilmenite 24 1.4.2.1. Quá trình sunphat chế tạo chất màu titan điôxit 25 1.4.2.2. Chế tạo chất màu titan đi ô xit bằng quá trình clo 31 1.5. CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHẤT MÀU TITAN DIÔXIT 33 1.5.1. Độ tán xạ 34 1.5.2. Gam màu 34 1.5.3. Độ phân tán trong môi trường làm việc 35 1.5.4. Độ bóng và độ bền thời tiết 35 1.5.5. Khả năng phối màu 36 1.6. ỨNG DỤNG CỦA CHÂT MÀU TITAN DIÔXIT 36 1.6.1. Công nghiệp sơn, phủ bề mặt 36 1.6.2. Mực in 37 1.6.3. Ứng dụng trong lĩnh vực chất dẻo 37 1.6.4. Công nghiệp sợi và giấy 37 1.6.5. Công nghiệp vật liệu ceramic 37 1.6.6. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác 37 PHẦN II PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 38 2.1. NGUYÊN LIỆU 39 2.1.1. Khoáng ilmenite 39 2.1.2. Hóa chất và nguyên liệu khác 39 2.2. THIẾT BỊ 39 2.3. THỰC NGHIỆM 40 2.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 41 2.4.1. Nhiễu xạ tia X (XRD) 41
2.4.2. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 43 2.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt DSC 45 PHẦN III KẾT QUẢ THẢO LUẬN 47 3.1. XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH NGUYÊN LIỆU ILMENITE 48 3.1.1. Xác định độ ẩm của ikhoáng lmenite 48 3.1.2. Khảo sát chế độ nghiền khoáng 48 3.1.3. Xác định thành phần pha của khoáng ilmenite 49 3.2. NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ … 49 3.2.1. Lượng axit lý thuyết và lượng axit thực tế 50 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 lên hiệu suất phân hủy 51 3.2.3. Ảnh hưởng của cỡ hạt lên hiệu suất phân hủy 53 3.3. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH HÒA TÁCH 55 3.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ hòa tách đến hiệu suất tạo thành TiO2 56 3.3.2. nh hưởng của nhiệt độ hòa tách lên hiệu suất tạo thành TiO2 58 3.3.3. Khảo sát quá trình khử và tách sắt khỏi dung dịch 61 3.4. KHẢO SÁT QUÁ SỰ THỦY PHÂN... 63 3.4.1. Xác định đặc tính biến đổi theo nhiệt độ của kết tủa 64 3.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất tạo thành TiO2 64 3.4.3. Ảnh hưởng của nồng độ TiOSO4 trong dung dịch.... 66 3.5. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH NUNG SẢN PHẨM 67 PHẦN IV KẾT LUẬN 73 PHẦN V KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi --------------------------------------- NGUYÔN NGUY£N NGäC Nghiªn cøu chÕ t¹o chÊt mµu TiO2 tõ ilmenite hµ tÜnh luËn v¨n th¹c sÜ NgµNH C¤NG NGHÖ HãA HäC ngêi híng dÉn khoa häc : Pgs. ts. Lª xu©n thµnh Hµ Néi - 2009
1 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực, được đồng tác giả cho phép sử dụng và không sao chép ở bất kỳ tài liệu khoa học nào. Tác giả Nguyễn Nguyên Ngọc
2 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Lê Xuân Thành, người đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, các cô trong Bộ môn Công nghệ Các chất vô cơ - Khoa Công nghệ Hóa học - Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã hỗ trợ, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Nhân dịp này, tôi xin gửi lời cảm ơn tới Viện Đào tạo Sau đại học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu cũng như thực hiện đề tài tốt nghiệp. Xin bày tỏ lòng cảm ơn tới các bạn đồng nghiệp, các anh chị trong khóa học 2007 - 2009 đã luôn sát cánh cùng tôi, giúp đỡ nhau trong suốt thời gian qua. Và trên tất cả, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến cha, mẹ thân sinh tôi, gia đình và anh em tôi đã luôn là động lực và niềm tin để tôi vững bước trên con đường khoa học trong thời gian qua và mai sau. Hà Nội, ngày 10 tháng 11 năm 2009 Nguyễn Nguyên Ngọc
3 DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Tran STT Bảng Nội dung g 1 Bảng 1.1 Sản lượng chất màu titan diôxit của thế giới trong các thời kỳ 10 2 Bảng 1.2 Thông số mạng tinh thể TiO2 ở các dạng thù hình khác nhau 12 3 Bảng 1.3 Nguyên liệu cho chế tạo titan điôxit 15 4 Bảng 1.4 Thành phần của quặng ilmenite 16 5 Bảng 1.5 Dự trữ khoáng ilmenite của thế giới 28 6 Bảng 1.6 Thành phần khoáng rutile ở một số nơi trên thế giới 19 7 Bảng 2.1 Thành phần khoáng ilmenite Hà Tĩnh 39 8 Bảng 3.1 Ảnh hưởng của thời gian nghiền lên kích thước hạt khoáng 48 9 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ axit lên hiệu suất phân hủy khoáng 52 10 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của cỡ hạt lên độ phân hủy của khoáng ilmenite 54 11 Bảng 3.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ hòa tách lên hiệu suất tạo thành TiO2 57 12 Bảng 3.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ hòa tách tới hiệu suất tạo thành TiO2 59 13 Bảng 3.6 Khảo sát quá trình khử và tách ion sắt ra khỏi dung dịch 62
4 14 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân tới hiệu suất tạo thành TiO2 65 15 Bảng 3.8 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch lên hiệu suất thủy phân 66 16 Bảng 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung lên dạng pha tinh thể sản phẩm 68 DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN STT Hình Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng rutile 11 2 Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng rutile (a), anatasa (b), brookite (c) 12 3 Hình 1.3 Sự biến đổi tính chất bề mặt TiO2 theo điều kiện môi trường 14 4 Hình 1.4 Sơ đồ dây chuyền tách và tinh chế khoáng ilmenite 23 5 Hình 1.5 Sơ đồ chế tạo chất màu titan diôxit bằng quá trình sunphat 26 6 Hình 1.6 Sơ đồ dây chuyền sản xuất titan diôxit bằng quá trình clo 31 7 Hình 2.1 Khoáng ilmenite Hà Tĩnh đã tinh chế 39 8 Hình 2.2 Thiết bị lò nung ống Tube Furnance 21100 40 9 Hình 2.3 Sự nhiễu xạ của chùm tia X trên mạng tinh thể 42 10 Hình 2.4 Sơ đồ máy nhiễu xạ tia X phân tích tinh thể học 42
5 11 Hình 2.5 Tương tác giữa chùm tia electron năng lượng cao với vật liệu 44 12 Hình 2.6 Hình ảnh một kính hiển vi điện tử truyền qua hiện đại 44 13 Hình 3.1 Phổ XRD của khoáng ilmenite nguyên liệu 49 14 Hình 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ axit sunphuric lên hiệu suất phân hủy 53 Ảnh hưởng của kích thước hạt lên hiệu suất phân hủy khoáng 15 Hình 3.3 55 ilmenite 16 Hình 3.4 Hình ảnh dung dịch sau khi lọc bã rắn, chưa tách muối sắt 55 17 Hình 3.5 Ảnh hưởng của tỷ lệ hòa tách lên hiệu suất tạo thành TiO2 57 18 Hình 3.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ hòa tách lên hiệu suất tạo thành TiO2 60 19 Hình 3.7 Hình ảnh dung dịch thu được sau quá trình thủy phân 63 20 Hình 3.8 Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu kết tủa chưa nung 64 21 Hình 3.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ thủy phân lên hiệu suất tạo thành TiO2 65 22 Hình3.10 Ảnh hưởng của nồng độ TiOSO4 lên hiệu suất tạo thành TiO2 67 23 Hình3.11 Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm nung ở các chế độ khác nhau 69 24 Hình3.12 Ảnh TEM của sản phẩm TiO2 72
6 MỞ ĐẦU Titan diôxit là một chất màu trắng quan trọng nhất trong các chất màu thuộc loại này, nó được sử dụng rộng rãi với khối lượng lớn trong nhiều ngành công nghiệp và dân dụng như sơn và chất phủ bề mặt, giấy và sợi, nhựa và chất dẻo, gốm sứ thủy tinh, mỹ phẩm, xúc tác quang hóa, ... Sản lượng sản xuất và chất lượng của chất màu titan diôxit trên thế giới không ngừng tăng theo thời gian. Khoáng ilmenite là một trong những nguyên liệu đầu quan trọng nhất để chế tạo chất màu titan diôxit trong công nghiệp. Trong tự nhiên imenite có thể tồn tại cùng với một số khoáng khác của titan, sắt hay zircon, … ở dạng mỏ quặng trong lòng đất hoặc dạng sa khoáng bờ biển hay còn được gọi là cát biển. Việt Nam là một trong số ít nước trên thế giới có trữ lượng khoáng ilmenite dồi dào, hơn nữa ilmenite của nước ta lại phần lớn là dạng cát biển nên có hàm lượng TiO2 cao lại rất dễ khai thác và tinh chế. Đó thực sự là một thuận lợi lớn để phát triển ngành công nghiệp chất màu titan diôxit. Theo các nghiên cứu khảo sát, khoáng ilmenite nước ta ở dạng cát biển phân bố dọc theo bờ biển của các tỉnh từ Bắc Trung Bộ đến duyên hải Nam Trung Bộ, trong đó tập trung nhiều ở các tỉnh Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quãng Trị, Thừa Thiên- Huế, Ninh Thuận, Bình Thuận, … Còn ở dạng mỏ quặng thì được tìm thấy ở Thái Nguyên và một số vùng lân cận. Tuy nhiên có một thực tế đáng tiếc là hiện nay lượng ilmenite của Việt Nam chủ yếu được khai thác, sơ chế rồi xuất khẩu ở dạng khoáng thô. Mặc dù hiện tại nhu cầu TiO2 thành phẩm của nước ta là khá lớn và trong tương lai nó sẽ còn tăng cao do sự phát triển của công nghiệp và đời sống. Chúng ta xuất
7 đi khoáng thô với giá rẽ để rồi lại nhập về sản phẩm cuối cùng với giá cao .Giá khoáng xuất khẩu khoảng 1000 đồng/kg ilmenite, với hàm lượng TiO2 trong ilmenite cỡ 54 %, giá trị khoáng cỡ 1800 đồng/ kg TiO2 nguyên liệu, trong khi đó giá TiO2 thành phẩm nhập khẩu là 85 000 đồng/kg TiO2 Mỹ, 54 000 đồng/kg TiO2 Úc, 35 000 đồng/ kg TiO2 Hàn Quốc. Đó là một sự lãng phí. Sau này khi ngành công nghiệp chế tạo chất màu titan diôxit nói riêng và hợp chất titan nói chung của Việt Nam ra đời và phát triển, liệu có còn khoáng ilmenite để nó hoạt động?! Việc xuất khoáng sản ở dạng thô nói chung và khoáng ilmenite nói riêng thực sự là hiện tượng “chảy máu tài nguyên” của đất nước. Nhận thức được vấn đề đó, dưới sự chỉ đạo của Chính phủ: • Ngày 14/4/2006, Bộ Công nghiệp ra Thông tư số 02/2006/TT-BCN với nội dung cho phép các đơn vị xuất khẩu khoáng ilmenite chỉ được phép xuất khẩu đến hết năm 2008. • Tuy nhiên, ngày 19/03/2009, Văn phòng Chính phủ ra Công văn số 1707/VPCP-KTN cho phép các đơn vị xuất khẩu khoáng ilmenite được nới dài thời gian xuất khẩu đến hết năm 2010. Thực tế là ở nước ta hiện nay vẫn chưa có nhà máy chế biến sâu khoáng ilmenite để sản xuất các sản phẩm cuối cùng từ chứa titan như chất màu TiO2, hợp kim titan,... Do đó nghiên cứu chế biến khoáng ilmenite Việt Nam thành các sản phẩm cuối cùng mang lại giá trị cao đang được sự quan tâm của Nhà nước và các nhà khoa học. Xuất phát từ tình hình đó mà em chọn đề tài tốt nghiệp là “Nghiên cứu chế tạo chất màu nền TiO2 từ khoáng ilmenite Hà Tĩnh”. Nhiệm
8 vụ của đề tài là từ khoáng ilmenite Hà Tĩnh (loại dùng cho xuất khẩu) chế tạo được chất màu TiO2 theo quá trình sunphat. Các bước cụ thể như sau: • Khảo sát quá trình nghiền khoáng ilmenite và ảnh hưởng của kích thước hạt đối với hiệu suất phân hủy khoáng, • Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy, • Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng và tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình hòa tách và thủy phân dung dịch, • Khảo sát chế độ nung, • Phân tích đánh giá chất lượng sản phẩm chất màu TiO2 thu được, • Đề xuất được một công nghệ sản xuất chất màu TiO2 từ ilmenite Hà Tĩnh.
9 PHẦN I TỔNG QUAN
10 1.1. TITAN DIÔXIT Titan điôxit, TiO2, tồn tại trong tự nhiên ở các dạng pha tinh thể rutile, anatase và brookite[1]. Rutile và anatase được sản xuất ở quy mô công nghiệp với khổi lượng lớn dùng làm chất màu, chất xúc tác và chế tạo vật liêu ceramic. Titan điôxit là chất màu trắng quan trọng và thông dụng nhất nhờ vào các đặc tính tốt về tán xạ ánh sáng, bền hóa học, không độc hại. Nó cũng là chất màu vô cơ có thị phần lớn nhất trong công nghiệp chất màu với sản lượng sản xuất luôn dẫn đầu và không ngừng tăng theo thời gian, được chỉ ra ở bảng 1.1 [1,11]. Bảng 1.1. Sản lượng sản xuất chất màu titan diôxit của thế giới trong các thời kỳ Quá trình sunphat Quá trình clo Tổng Năm 103 tấn/năm 103 tấn/năm % 103 tấn/năm % 1965 1254 90,3 135 9,7 1389 1970 1499 77,4 437 22,6 1936 1977 1873 72,3 716 27,7 2589 1988 1781 60,2 1178 39,8 2959 1995 1541 45,0 1884 55,0 3425
11 2001 1722 43,5 2240 56,5 3962 2008 1998 40,2 2974 59,8 4972 1.2. CÁC TÍNH CHẤT CỦ TITAN ĐIÔXIT 1.2.1. Các tính chất vật lí Trong ba dạng pha tinh thể của titan đi ô xit thì rutile là dạng bền nhiệt động nhất [1]. Ở nhiệt độ trên 7000C, có sự chuyển pha xẩy ra nhanh chóng từ anatase sang rutile, còn dạng brookite rất khó chế tạo nên không có giá trị thực tế trong công nghiệp chất màu. Trong cả ba dạng thù hình của TiO2 thì một nguyên tử Ti được bao quanh bởi 6 nguyên tử O nằm trên 6 site của hình bát diện, còn mỗi nguyên tử O được bao quanh bởi 3 nguyên tử Ti nằm trên 3 site của hình tam giác phẳng. Hay nói cách khác, nếu lấy một nguyên tử Ti làm trung tâm thì ta có một cấu trúc bát diện, trong đó tâm là một nguyên tử Ti còn 6 đỉnh của bát diện là 6 nguyên tử O. Còn nếu lấy một nguyên tử O làm tâm, thì ta có một cấu trúc tam giác phẳng, tâm là nguyên tử O còn 3 đỉnh là 3 nguyên tử Ti, như chỉ ra trên hình 1. Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng rutile
12 Đơn vị cấu trúc cơ sở của mạng lưới tinh thể TiO2 là các khối bát diện. Ba dạng thù hình rutile, anatase và brookite khác nhau bởi sự sắp xếp theo cách khác nhau của các khối bát diện này [1]. Sự sắp xếp các khối bát diện tương ứng với cấu trúc rutile, anatase và brookite được chỉ ra ở hình 2. (a) (b) (c) Hình 1.2. Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng rutile (a), anatasa (b) và brookite (c) Tinh thể rutile và anatase thuộc hệ cấu trúc tetragonal còn brookite thuộc hệ cấu trúc rhombic. Các hằng số mạng lưới tinh thể và khối lượng riêng tương ứng của các pha tinh thể được nêu ra trong bảng 1.2. Bảng 1.2. Thông số mạng lưới của tinh thể TiO2 ở các dạng thù hình khác nhau Hằng số mạng lưới, nm Khối lượng Pha Hệ cấu trúc riêng g/cm3 a b c Rutile tetragonal 0,4594 0,2958 4,21 Anatase tetragonal 0,3785 0,9514 4,06 Brookite rhombic 0,9184 0,5447 0,5145 4,13 Nhiệt độ nóng chảy của TiO2 cỡ 18000C. Ở điều kiện trên 10000C, áp suất phân ly của oxi tăng liên tục theo nhiệt độ do sự do động mạnh của
13 nguyên tử O trong mạng tinh thể, điều này dẫn đến hình thành các ôxit thấp hơn của titan [1]. Đi kèm với quá trình này là sự thay đổi màu sắc và độ dẫn điện của TiO2 khi thay đổi nhiệt độ. Khi nhiệt độ lớn hơn 4000C thì màu vàng bắt đầu xuất hiện, điều này được giải thích là do sự giản nở nhiệt của mạng lưới tinh thể và đây là quá trình thuận nghịch. Rutile có khối lượng riêng lớn nhất và là dạng sắp xếp đặc sít nhất nên có độ cứng cao nhất (độ cứng Mohs bằng 6,5 ÷ 7,0) còn anatase mềm hơn với độ cứng Mohs bằng khoảng 5,5. Titan điôxit là một chất bán dẫn rất hoạt tính và phổ hấp thụ điện từ nằm trong vùng UV gần (tử ngoại gần). Độ chênh lệch năng lượng giữa vùng dẫn và vùng hóa trị trong tinh thể bằng 3,05 eV đối với rutile và bằng 3,29 eV đối với anatase, tương ứng với phổ hấp thụ là λrutile < 415nm và λanatase < 3,85 nm. Sự hấp thụ bức xạ năng lượng cao sẽ kích thích electron nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và tạo ra một electron tự do trên vùng dẫn, đồng thời hình thành một lỗ trống ở vùng hóa trị. Các electron tự do và lỗ trống di chuyển lên các bề mặt tinh thể và ở đây chúng có thể tham gia vào phản ứng ôxi hóa khử, đó là cơ sở khoa học của xúc tác quang hóa. 1.2.2. Tính chất hóa học Titan điôxit là một chất lưỡng tính, mang tính chất của cả axit yếu và bazơ yếu. Vì điều này, các muối titanat và axit titanic là không bền trong môi trường nước, chúng bị thủy phân tạo thành các oxi hydroxit titan. Titan điôxit rất bền hóa học, hầu như không bị ảnh hưởng bởi hầu hết các tác nhân hữu cơ và vô cơ. Nó chỉ bị hòa tan bởi axit floric, axit sunphuric đặc và kiềm nóng chảy.
14 Ở nhiệt độ cao, TiO2 phản ứng với các tác nhân khử như cacbon monoxit, hydro và amoniac để tạo thành titan ôxit ở hóa trị thấp, không khử về titan kim loại [1]. TiO2 phản ứng với khí clo ở nhiệt độ trên 5000C trong sự có mặt của cacbon tạo ra titan tetraclorua (TiCl4). 1.2.3. Tính chất bề mặt của titan điôxit Diện tích bề mặt riêng của titan đi ôxit biến động trong khoảng từ 0,5 ÷ 300 m2/g, phụ thuộc vào phương pháp chế tạo và phạm vi ứng dụng. Bề mặt titan ôxit được bảo hòa bởi liên kết phối trí của nước. Phụ thuộc vào loại liên kết của nhóm hydroxyl với titan, những nhóm chức này sẽ mang tính axit hay bazơ [1]. Tính phân cực của bề mặt TiO2 và đặc điểm của nhóm hydroxyl là những yếu tố chính ảnh hưởng tới tính chất phân tán trong môi trường lỏng hay tính bền thời tiết của chất màu titan điôxit, đó là những tính chất rất quan trong đối với một loại chất màu cho sơn. Ngoài ra, sự có mặt của các nhóm hydroxyl trên bề mặt titan đi ôxit cũng tạo ra cho vật liệu này có khả năng xúc tác quang hóa. Ví dụ phản ứng phân hủy nước thành hydro và oxy, phản ứng khử nitơ thành amoniac.v.v. Hình 1.3. Sự biến đổi tính chất bề mặt của TiO2 theo điều kiện môi trường 1.3. NGUYÊN LIỆU CHO CHẾ TẠO TITAN ĐIÔXIT Nguyên liệu để chế tạo titan đi ôxit bao gồm các loại khoáng tự nhiên như ilmenite, leucoxene, rutile và những vật liệu nhân tạo như xỉ titan, rutile tổng hợp.v.v. Một số loại nguyên liệu quan trọng và hàm lượng TiO2 của chúng là được minh họa trong bảng 1.3 [1].
15 Bảng 1.3. Nguyên liệu cho chế tạo titan điôxit Tên khoáng Công thức Hàm lượng TiO2, % Rutile TiO2 92 ÷ 98 Anatase TiO2 90 ÷ 95 Brookite TiO2 90 ÷ 100 Ilmenite FeTiO3 35 ÷ 60 Leucoxene Fe2O3TiO3 60 ÷ 90 Perovskite CaTiO3 40 ÷ 60 Sphere (titanite) CaTiSiO5 30 ÷ 42 Titanomagnetite Fe(Ti)Fe2O4 2 ÷ 20 1.3.1. Nguyên liệu tự nhiên Titan xếp thứ 9 trong số những nguyên tố phổ biến nhất của vỏ trái đất và nó luôn tồn tại ở dạng hợp chất chứa oxy. Trong các khoáng titan tự nhiên, ilmenite và rutile có giá trị kinh tế nhất, còn leucoxene là sản phẩm từ sự phong hóa của ilmenite. Nguồn dự trữ titan lớn nhất là dạng khoáng anatase và titanomagnetite nhưng ở thời điểm này nó vẫn chưa thể sử dụng mang lại hiệu quả kinh tế. Hiện nay khoảng 95% sản lượng khai khoáng ilmenite và rutile trên thế giới được dùng để chế tạo chất màu TiO2, 5% còn lại dùng cho chế tạo que hàn hoặc sản xuất titan kim loại.