ثاني أكسيد التيتانيوم TiO2

في الكيمياء إن مركب ثاني أكسيد التيتانيوم عبارة عن مركب غير عضوي يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (TiO2)، وهو عبارة عن مسحوق أبيض عديم الرائحة لا طعم له، يظهر في ثلاثة أشكال بلورية، وهو أكسيد يحدث بشكل طبيعي مصدره الإلمنيت والروتيل والأناتاز وله مجموعة واسعة من التطبيقات، له دور في تلوين الطعام، علما أن ثاني أكسيد التيتانيوم عبارة عن مادة مهيجة رئوية معتدلة ويعتبر عمومًا غبارًا مزعجًا.

ثاني أكسيد التيتانيوم

• ثاني أكسيد التيتانيوم المعروف أيضًا باسم أكسيد التيتانيوم (IV) أو التيتانيا هو أكسيد التيتانيوم الذي يحدث بشكل طبيعي، يتم استخدامه كصبغة تحت أسماء التيتانيوم الأبيض، الصباغ الأبيض (6(PW6))، أو (CI 77891)، وعادة ما يتم استخراجه من الإلمنيت والروتيل والأناتاز.

• ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2)، عبارة عن مسحوق أبيض وله أكبر قوة إخفاء لجميع الأصباغ البيضاء، وهو غير قابل للاحتراق، ومع ذلك فهو عبارة عن مسحوق عند تعليقه في الهواء قد يتسبب في انفجار غبار في حالة وجود مصدر اشتعال، لم يتم إدراجه في جدول المواد الخطرة، ولا تعتبره وزارة النقل خطرة في النقل.

• قد يظهر ثاني أكسيد التيتانيوم في عدة أشكال بلورية مختلفة: الروتيل، أناتاز، وبروكيت، ومن بين هؤلاء يعتبر الروتيل والأنتاز الأشكال الوحيدة ذات الأهمية التجارية، الروتيل هو الشكل البلوري الأكثر استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية، لكن أناتاز هو الشكل الأكثر استخدامًا في التطبيقات الصيدلانية.

• ثاني أكسيد التيتانيوم مركب شديد البياض ولامع مع مؤشر انكسار عالٍ، وفي الدهانات هو صبغة بيضاء وعامل معتم يدخل في الدهانات المنزلية والمائية، ورنيش، مينا، تعبئة ورق وطلاء، مطاط، بلاستيك، أحبار طباعة، أقمشة صناعية، أغطية أرضيات، مبيضات أحذية، كما أنه يستخدم في تلوين السيراميك وطلاء قضبان اللحام وغيرها العديد من الاستخدامات.

خواص ثاني أكسيد التيتانيوم

• يوجد ثاني أكسيد التيتانيوم الطبيعي في ثلاثة أشكال بلورية: (anatase) و (rutile) و (brookite)، بينما الروتيل هو الشكل الأكثر شيوعًا له هيكل ثماني السطوح، ويحتوي (Anatase) و (brookite) على ثمانيات مشوهة للغاية من ذرات الأكسجين المحيطة بكل ذرة تيتانيوم.

• في مثل هذه الهياكل الاوكتاهدرا المشوهة تكون ذرتان من الأكسجين أقرب نسبيًا إلى التيتانيوم من ذرات الأكسجين الأربعة الأخرى، و (Anatase) أكثر استقرارًا من شكل الروتيل بحوالي 8 إلى 12 كيلو جول لكل مول، ويمتلك هذا المركب كثافة 4.23 جم لكل سم مكعب وصلابة موس 5.8 جم لكل سم مكعب (أناتاز وبروكيت) و 6.2 جم لكل سم مكعب (روتيل).

تحضير ثاني أكسيد التيتانيوم

• يتم استخراج ثاني أكسيد التيتانيوم من الرواسب الطبيعية، كما أنه ينتج من معادن تيتانيوم أخرى أو يتم تحضيره في المختبر، يتم إنتاج ثاني أكسيد الصباغ من المعادن والروتيل والإلمنيت، ويتم تحويل الروتيل إلى روتيل بدرجة الصباغ بالكلور لإعطاء رباعي كلوريد التيتانيوم (TiCl4)، ويتم تحويل رابع كلوريد اللامائي مرة أخرى إلى شكل الروتيل المنقى عن طريق أكسدة طور البخار.

• يتم الحصول على شكل أناتاز عن طريق الترسيب المائي لكبريتات التيتانيوم (IV) عند التسخين، ويتم معالجة الإلمنيت المعدني بحمض الكبريتيك المركز، حيث يؤدي تسخين محلول الكبريتات إلى ترسيب أكسيد التيتانيوم المائي، ثم يتم بعد ذلك تحميص المادة المترسبة لطرد كل الماء، ويمكن أيضًا تحضير ثاني أكسيد التيتانيوم عن طريق تسخين معدن التيتانيوم في الهواء أو الأكسجين عند درجات حرارة مرتفعة.

أساليب الإنتاج الخاصة بثاني أكسيد التيتانيوم

•  هناك عمليتان رئيسيتان من أجل تصنيع أصباغ ثاني أكسيد التيتانيوم وهما مسار الكبريتات وطريق الكلوريد، أما في عملية الكبريتات فإنه يتم إذابة خام الليمونيت (FeOTiO2)، في حمض الكبريتيك ويتحلل المحلول الناتج عن طريق الغليان من أجل إنتاج أكسيد مائي بينما يظل الحديد في المحلول، ويتم غسل هيدرات التيتانيوم المترسبة وترشيحها خالية من الشوائب القابلة للذوبان.

• وتنتج عمليات التكليس المتحكم فيها عند حوالي 1000 درجة مئوية ثاني أكسيد التيتانيوم الصبغي لتوزيع الحجم البلوري الصحيح، ثم يتم إخضاع هذه المادة لعملية طلاء وطحن نهائية، تستخدم عملية الكلوريد الكلورة الغازية للروتيل المعدني، يليها التقطير وأخيراً أكسدة بخار لرابع كلوريد التيتانيوم، حيث تتم معالجة الخام الجاف بالكلور عند درجة حرارة عالية لتكوين رباعي كلوريد التيتانيوم والذي يتأكسد لاحقًا ليشكل ثاني أكسيد التيتانيوم.

حيث إن ثاني أكسيد التيتانيوم مسحوق أبيض عديم الرائحة، غير متبلور، على الرغم من أن متوسط ​​حجم الجسيمات لمسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم أقل من 1 مم فإن ثاني أكسيد التيتانيوم التجاري يحدث عمومًا كجسيمات مجمعة يبلغ قطرها حوالي 100 مم.