ما هو ثاني أكسيد التيتانيوم؟
المكون الرئيسي لثاني أكسيد التيتانيوم هو TIO2، وهو صبغة كيميائية غير عضوية مهمة تأتي على شكل مادة صلبة بيضاء أو مسحوق. يتميز هذا المكون بأنه غير سام، ويتمتع بدرجة عالية من البياض والسطوع، ويُعتبر أفضل صبغة بيضاء لتحسين بياض المواد. ويُستخدم على نطاق واسع في صناعات متنوعة مثل الطلاءات، والبلاستيك، والمطاط، والورق، والأحبار، والسيراميك، والزجاج، وغيرها.
Ⅰ.مخطط سلسلة صناعة ثاني أكسيد التيتانيوم:
(1يتكون الجزء العلوي من سلسلة صناعة ثاني أكسيد التيتانيوم من المواد الخام، بما في ذلك الإلمنيت، ومركزات التيتانيوم، والروتيل، وما إلى ذلك؛
(2يشير مصطلح "المرحلة المتوسطة" إلى منتجات ثاني أكسيد التيتانيوم.
(3) مجال التطبيق النهائي هو مجال ثاني أكسيد التيتانيوم.يستخدم ثاني أكسيد التيتانيوم على نطاق واسع في مجالات مختلفة مثل الطلاءات والبلاستيك وصناعة الورق والحبر والمطاط وما إلى ذلك.
ثانياً: التركيب البلوري لثاني أكسيد التيتانيوم:
ثاني أكسيد التيتانيوم هو نوع من المركبات متعددة الأشكال، وله ثلاثة أشكال بلورية شائعة في الطبيعة، وهي الأناتاز والروتيل والبروكيت.
ينتمي كل من الروتيل والأناتاز إلى النظام البلوري الرباعي، وهو مستقر في درجة الحرارة العادية؛ أما البروكيت فينتمي إلى النظام البلوري المعيني القائم، ذو بنية بلورية غير مستقرة، لذلك فهو ذو قيمة عملية ضئيلة في الصناعة في الوقت الحاضر.
من بين البنى الثلاث، تُعدّ مرحلة الروتيل الأكثر استقراراً. تتحول مرحلة الأناتاز بشكل لا رجعة فيه إلى مرحلة الروتيل عند درجة حرارة أعلى من 900 درجة مئوية، بينما تتحول مرحلة البروكيت بشكل لا رجعة فيه إلى مرحلة الروتيل عند درجة حرارة أعلى من 650 درجة مئوية.
(1) ثاني أكسيد التيتانيوم في طور الروتيل
في طور الروتيل لثاني أكسيد التيتانيوم، تقع ذرات التيتانيوم في مركز الشبكة البلورية، بينما تقع ست ذرات أكسجين عند زوايا ثماني السطوح التيتانيوم-الأكسجين. ويرتبط كل ثماني سطوح بعشرة ثماني سطوح مجاورة (بما في ذلك ثمانية رؤوس مشتركة وحافتين مشتركتين)، وتشكل جزيئتان من TiO2 وحدة الخلية.
رسم تخطيطي للخلية البلورية لثاني أكسيد التيتانيوم في طور الروتيل (يسار)
طريقة توصيل ثماني السطوح لأكسيد التيتانيوم (على اليمين)
(2) ثاني أكسيد التيتانيوم في طور الأناتاز
في طور الأناتاز من ثاني أكسيد التيتانيوم، يرتبط كل ثماني السطوح من التيتانيوم والأكسجين بـ 8 ثماني السطوح المحيطة به (4 تشترك في الحواف و 4 تشترك في الرؤوس)، وتشكل 4 جزيئات من TiO2 وحدة الخلية.
رسم تخطيطي للخلية البلورية لثاني أكسيد التيتانيوم في طور الروتيل (يسار)
طريقة توصيل ثماني السطوح لأكسيد التيتانيوم (على اليمين)
ثالثًا: طرق تحضير ثاني أكسيد التيتانيوم:
تتضمن عملية إنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم بشكل رئيسي عملية حمض الكبريتيك وعملية الكلورة.
(1) عملية حمض الكبريتيك
تتضمن عملية إنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم باستخدام حمض الكبريتيك تفاعل التحلل الحمضي لمسحوق حديد التيتانيوم مع حمض الكبريتيك المركز لإنتاج كبريتات التيتانيوم، والتي تُحلل مائيًا بعد ذلك لإنتاج حمض الميتاتيتانيك. بعد التكليس والطحن، نحصل على منتجات ثاني أكسيد التيتانيوم. تُنتج هذه الطريقة نوعي ثاني أكسيد التيتانيوم: الأناتاز والروتيل.
(2) عملية الكلورة
تتضمن عملية الكلورة لإنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم خلط مسحوق الروتيل أو خبث التيتانيوم العالي مع فحم الكوك، ثم إجراء عملية كلورة بدرجة حرارة عالية لإنتاج رابع كلوريد التيتانيوم. بعد الأكسدة بدرجة حرارة عالية، يُستخلص منتج ثاني أكسيد التيتانيوم من خلال الترشيح والغسل بالماء والتجفيف والتكسير. وتنتج عملية الكلورة لإنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم منتجات الروتيل فقط.
كيف يمكن التمييز بين أصالة ثاني أكسيد التيتانيوم؟
أولاً: الطرق الفيزيائية:
(1)أبسط طريقة هي مقارنة الملمس عن طريق اللمس. ثاني أكسيد التيتانيوم المقلد يبدو أكثر نعومة، بينما ثاني أكسيد التيتانيوم الأصلي يبدو أكثر خشونة.
(2)إذا وضعت بعض ثاني أكسيد التيتانيوم على يدك عن طريق الشطف بالماء، فإن المنتج المزيف يسهل غسله، بينما المنتج الأصلي ليس من السهل غسله.
(3)خذ كوبًا من الماء النظيف وضع فيه قطرات من ثاني أكسيد التيتانيوم. القطرة التي تطفو على السطح هي الأصلية، أما القطرة التي تستقر في القاع فهي مزيفة (قد لا تنجح هذه الطريقة مع المنتجات المُفعّلة أو المُعدّلة).
(4)تحقق من قابليته للذوبان في الماء. بشكل عام، ثاني أكسيد التيتانيوم قابل للذوبان في الماء (باستثناء ثاني أكسيد التيتانيوم المصمم خصيصًا للبلاستيك والأحبار وبعض أنواع ثاني أكسيد التيتانيوم الاصطناعية، والتي لا تذوب في الماء).
ثانياً: الطرق الكيميائية:
(1) إذا تمت إضافة مسحوق الكالسيوم: ستؤدي إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى حدوث تفاعل قوي مصحوب بصوت صرير، مصحوبًا بإنتاج عدد كبير من الفقاعات (لأن كربونات الكالسيوم تتفاعل مع الحمض لإنتاج ثاني أكسيد الكربون).
(2) في حالة إضافة الليثوبون: ستؤدي إضافة حمض الكبريتيك المخفف أو حمض الهيدروكلوريك إلى إنتاج رائحة البيض الفاسد.
(3) إذا كانت العينة كارهة للماء، فلن يؤدي إضافة حمض الهيدروكلوريك إلى حدوث تفاعل. ومع ذلك، إذا تشكلت فقاعات بعد ترطيبها بالإيثانول ثم إضافة حمض الهيدروكلوريك، فهذا يثبت أن العينة تحتوي على مسحوق كربونات الكالسيوم المغلف.
ثالثًا: هناك أيضًا طريقتان جيدتان أخريان:
(1) باستخدام نفس الصيغة PP + 30% GF + 5% PP-G-MAH + 0.5% مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم، كلما انخفضت قوة المادة الناتجة، كلما كان ثاني أكسيد التيتانيوم (الروتيل) أكثر أصالة.
(2) اختر راتنجًا شفافًا، مثل ABS الشفاف مع إضافة 0.5% من مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم. قِس نفاذية الضوء فيه. كلما انخفضت نفاذية الضوء، كان مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم أكثر أصالة.
تاريخ النشر: 31 مايو 2024
