Nghiên cứu chế tạo chất màu tio2, từ ilmenite hà tĩnh

NGUYễN NGUYÊN NGọC

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

NGuyễn NGUYÊN NGọC

Ngành CN HóA HọC

Nghiên cứu chế tạo chất màu TiO2
từ ilmenite hà tĩnh

luận văn thạc sĩ NgàNH CÔNG NGHệ HóA HọC

Khoá 07 - 09
Hà Nội - 2009


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN

1

LỜI CẢM ƠN

2

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN

3
4

MỞ ĐẦU

6

PHẦN I TỔNG QUAN

9

1.1. TITAN DIƠXIT

10

1.2. CÁC TÍNH CHẤT CỦ TITAN ĐIƠXIT

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 điơxit

14

1.3. NGUN LIỆU CHO CHẾ TẠO TITAN ĐIƠXIT

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. Q trình sunphat chế tạo chất màu titan điơxit

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 DIƠXIT

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 DIƠXIT

36

1.6.1.

Cơng 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
2.1. NGUN LIỆU

38
39

2.1.1.

Khống ilmenite

39

2.1.2.

Hóa chất và ngun 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 Q TRÌNH HỊA 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


bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
--------------------------------------NGUYễN NGUYÊN NGọC

Nghiên cứu chế tạo chất màu TiO2
từ ilmenite hà tĩnh

luận văn thạc sĩ NgàNH CÔNG NGHệ HóA HọC

người hướng dẫn khoa học :
Pgs. ts. Lê xuân thành

Hà Néi - 2009


1

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng 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
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Lê Xuân Thành, người
đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện luận văn tốt
nghiệp này.
Tơi cũng xin bày tỏ lịng biết ơn tới các thầy, các cô trong Bộ môn
Công nghệ Các chất vơ cơ - Khoa Cơng nghệ Hóa học - Trường đại học Bách
Khoa Hà Nội đã hỗ trợ, tạo điều kiện cho tơi trong q 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 tơi trong suốt

q 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 ln sát cánh cùng tơi, giúp đỡ nhau trong suốt thời gian
qua.
Và trên tất cả, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc nhất đến cha, mẹ thân
sinh tơi, 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
STT

Bảng

Nội dung

Tran
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 khống

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 mơi trường

14

4

Hình 1.4 Sơ đồ dây chuyền tách và tinh chế khống ilmenite

23

5

Hình 1.5 Sơ đồ chế tạo chất màu titan diơxit bằng q trình sunphat

26

6

Hình 1.6 Sơ đồ dây chuyền sản xuất titan diơxit bằng q trình clo

31

7

Hình 2.1 Khống ilmenite Hà Tĩnh đã tinh chế

39

8

Hình 2.2 Thiết bị lị 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

Hìtủa chưa nung (mẫu T0)

Faculty of Chemistry, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - T1

d=3.517

500

400

Lin (Cps)

300

d=2.334

d=2.433

100

d=1.667

d=1.702

d=1.892

d=2.381

200

0
20

30

40

50

2-Theta - Scale
File: NgocBK T1 (lan2).raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 59.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 9 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.0
00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 69.51 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 4

Hình 3.11b. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm nung ở 6400C trong 1 giờ (mẫu T1)


70

Faculty of Chemistry, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - T2b
800

d=3.515

700

600

400

d=1.624

d=2.186

d=2.487

100

d=2.429

d=3.248

200

d=2.330

d=2.381

d=1.700

300

d=1.665

d=1.890

Lin (Cps)

500

0
20

30

40

50

2-Theta - Scale
File: NgocBK T2b.raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 59.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 9 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° 00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 85.27 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 4
00-021-1276 (*) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 16.86 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.59330 - b 4.59330 - c 2.95920 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/mnm (136) - 2 - 62.4

Hình 3.11c. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm nung ở 7400C trong 1h (mẫu T2b)
Faculty of Chemistry, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - T2c
1200

d=3.519

1100

1000

900

800

600

500

d=1.626

d=1.665

d=1.701
d=1.688

d=1.892
d=2.188

100

d=2.332

d=2.487

200

d=2.432

300

d=2.382

400

d=3.249

Lin (Cps)

700

0
20

30

40

50

2-Theta - Scale
File: NgocBK T2c (lan2).raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 59.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 9 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.
00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 48.37 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 4
00-021-1276 (*) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 14.09 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.59330 - b 4.59330 - c 2.95920 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/mnm (136) - 2 - 62.4

Hình 3.11d. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm nung ở 7400C trong 2h (mẫu T2c)


71

Faculty of Chemistry, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - T3

d=3.247

1000

900

800

d=1.688

700

500

d=2.490

d=1.625
d=1.666

d=1.701

100

d=1.892

d=2.381

200

d=2.055

300

d=2.188

d=3.519

400

d=2.300

Lin (Cps)

600

0
20

30

40

50

2-Theta - Scale
File: NgocBK T3 (lan2).raw - Type: Locked Coupled - Start: 20.000 ° - End: 59.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.
00-021-1272 (*) - Anatase, syn - TiO2 - Y: 23.66 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 3.78520 - b 3.78520 - c 9.51390 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Body-centered - I41/amd (141) - 4
00-021-1276 (*) - Rutile, syn - TiO2 - Y: 79.55 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.59330 - b 4.59330 - c 2.95920 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/mnm (136) - 2 - 62.4

Hình 3.11e. Giản đồ XRD của mẫu sản phẩm nung ở 9000C (mẫu T3)

Nhận xét: Dựa vào giản đồ XRD ta thấy,
Với mẫu sản phẩm chưa nung thì đã có sự tạo thành pha tinh thể TiO2
anatase (mẫu T0-hình 3.11a). Điều này được giải thích là do q trình thủy
phân ở nhiệt độ cao (trên 1000C) do đó kết tủa hình thành đã có cấu trúc pha
tinh thể.
Với mẫu nung ở 6400C (mẫu T1-hình 3.11b)) thì sản phẩm thu được chỉ
chứa TiO2 anatase. Khi nhiệt độ nung tăng lên (7400C- mẫu T2b, T2c-hình
3.11c và 3.11d, tương ứng) thì đã bắt đầu xuất hiện pha rutile bên cạnh

anatase. Nhiệt độ càng tăng (9000C-mẫu T3-hình 3.11e) thì pha rutile xuất
hiện càng nhiều và pha anatase dần biến mất. Diều này là phù hợp với lý
thuyết vì khi nhiệt độ tăng thì có sự chuyển pha từ TiO2 anatase sang TiO2
rutile.
Kết quả chụp ảnh TEM mẫu TiO2 nung ở nhiệt độ 9000C được chỉ ra dưới
đây:


72

Hình 3.12. Ảnh TEM của sản phẩm TiO2
Nhận xét: Từ ảnh TEM ta thấy chất màu TiO2 thu được là những hạt gần với
hình cầu, đường kính hạt khoảng 20 – 30 nm.


73

PHẦN IV
KẾT LUẬN
Dựa vào kết quả đạt được như đã trình bày ở trên, có thể rút ra các kết luận
sau:
− Đã chế tạo thành công chất màu titan diôxit bằng phương pháp sunphat
đi từ khoáng ilmenite Hà Tĩnh. Chất màu titan diơxit thu được có độ trắng
tương đối cao, hạt hình cầu với kích thước khoảng 20 ÷ 30 nm.
− Điều kiện thích hợp cho chế tạo TiO2 từ ilmenite của Hà Tĩnh là: Nồng
độ axit sunphuric bằng 90%, lượng axit lấy dư 50% so với giá trị lý thuyết,
phân hủy khoáng ở nhiệt độ khoảng 2000C và giữ nhiệt trong 2 giờ. Với cỡ
hạt nguyên liệu ≤ 0,09 mm thì hiệu suất phân hủy quặng đạt 86,7%.
− Về vấn đề hòa tách khối cake sau khi phân hủy, kết quả nghiên cứu đã
chỉ ra rằng để đạt được hiệu suất tạo thành TiO2 cao nhất, q trình hịa tách

phải được tiến hành ở 700C và tỉ lệ hòa tách bằng 1/6 (g/ml).
− Điều kiện thích hợp q trình thủy phân dung dịch TiOSO4 là nhiệt độ
bằng 100 ÷ 110 0C, nồng độ TiOSO4 bằng 0,32 ÷ 0,48 M, tương đương với
mức độ pha lỗng dung dịch hịa tách theo tỉ lệ pha loãng bằng 1:1 và 1:2,
tương ứng. Khi đó hiệu suất tạo thành TiO2 đạt 67,9 và 65,4 tương ứng. Việc
tăng mức độ pha lỗng dung có tác dụng tăng hiệu suất tạo thành TiO2 song sẽ
tăng lượng dung dịch thao tác, tốn năng lượng gia nhiệt và tăng lượng nước
thải, khó tuần hồn axit nên tốt nhất nên duy trì ở điều kiện vừa nêu.
− Quá trình nung sản phẩm: Khi nhiệt độ nung cao thì sản phẩm thu được
chủ yếu là TiO2 rutile, ngược lại sẽ thu được TiO2 anatase. Sản phẩm anatase
hình thành ngay khi kết tủa, chưa qua nung. Cụ thể, khi nung kết tủa ở nhiệt


74

độ 6400C sẽ thu được TiO2 chỉ chứa một pha tinh thể là anatase. Còn khi nung
ở nhiệt độ 10000C trong 1 giờ thì sẽ thu được sản phẩm TiO2 chỉ có pha rutile.


75

PHẦN V
KIẾN NGHỊ
Như đã trình bày, vấn đề sản xuất chất màu TiO2 từ ilmenite có nhiều ý
nghĩa khoa học và thực tiễn đối với tình hình của Việt Nam hiện nay, nhằm
ngăn chặn hiện tượng “chảy máu tài nguyên” do xuất khẩu khống thơ. Cơng
trình này đã điều chế được TiO2 với chất lượng tương đối cao, đã khảo sát và
đưa ra được một số thông số công nghệ quan trọng. Song vấn đề này cần nhận
được sự quan tâm nghiên cứu nhiều hơn nữa của các nhà khoa học, sự đầu tư
thích đáng của Nhà nước để có thể hình thành một quy trình cơng nghệ hồn

chỉnh, có thể áp dụng vào thực tế công nghiệp nước nhà.


76

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Inoganic Pigment, Vol. A20
2. DIALOG Ondisc®Books, Kirk-Othmer Encynlopedia of Chemical
Technology.
3. M.J. Gázquez, et al. Physicochemical charaterization of raw materials
anh co-products from the titanium dioxide industry, Journal of
Hazardous Material 166 (2009) 1429 – 1440.
4. Juergen H. Braun, et al. TiO2 pigment technology: a revew, Progress in
Organic Coatings 20 ((1992) 105 – 138.
5. Youngjie Zhang, et al. A novel preparation of titanium dioxide from
titanium slag, Hydrometallurgy 96 (2009) 52 – 56.
6. Saeed Farrokhpay, A review of polymeric dispersant stabilisation of
titanium dioxide, Advances in Colloid and Interface Science 151 (2009)
24 – 32.
7. Gayle .E. Morris, et al. Surface chemistry and rheological behavious of
titania pigment suspensions, Colloids and Surfaces 155 (1999) 27 – 41.
8. An Cheng Lee, et al. Preparation and charaterization of novel
photocatalysts with mesoporous titanium dioxide (TiO2) via a sol – gel
method, Materials Chemistry and Physics 109 (2008) 275 – 280.
9. o/page07/extratrans.htm#Potential


77

10. />11. Jim Cook. Outlook for TiO2 feedstock Industry, TiO2 2005 Intertech

Conference, March 4, 2005, Cannes, France.
12. S. Sivakumar, et al. Sol-gel Synthesis of anatase nanosized from titanyl
sulfate. Materials Letters 57 (2002) 330 – 335.
13. Paula A.A.P. Marques, et al. Titanium dioxide/cellulose nanocomposites
prepared by controlled hydrolysis method. Composites Science and
Technology 66 (2006) 1038 – 1044.
14. V. Ahmed Yasir, et al. Preparation of high surface area TiO2 by thermal
hydrolysis of titanyl sulphate solution. International of Inorganic
Materials 3 (2001) 593 – 596.
15. T. Chernet. Applied mineralogical studiesAustralian sand ilmenite
concentrate with special reference to its behaviour in the sulphate
process. Mineral Engineering Vol 12, No 5, p 485 – 495 (1999).
16. Chun Li, et al. Preparation of porous rutile titania from ilmenite by
mechanical activation and subsequent sulfuric acid leaching.
Microporous and Mesoporous Materials 115 (2008) 293 – 300.
17. Xu Tongwen, et al. Sulfuric acid recovery from titanium white pigment
waste liquor using diffusion dialysis with a new series of anion


78

exchange membrances – static runs. Journal of Membrance Science
183 (2001) 193 – 200.
18. Yurri V. Kolen' ko, et al. Synthesis of nanocrystalline TiO2 powder from
aqueous TiOSO4 solutions under hydrothermal conditons. Materials
Letters 57 (2003) 1124 – 1129.
19. Solid state chemistry. Chapman and Hall, 1993.
20. Oxtoby, Nachtrieb, Freeman. Chemistry - Science of the change.
Saunders College Publishing, 1994.
21. Trần Ngọc Mai, Hoàng Nhâm (dịch). Thuốc thử hóa học tinh khiết.

NXB Khoa học, 1969.
22. Quan Hán Khang, Trịnh Hân, Lê Nguyên Sóc, Tinh thể học đại cương,
NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội (1979).
23. Từ Văn Mặc. Phân tích hóa lý và phương pháp phổ nghiệm nghiên cứu
cấu trúc phân tử, NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội (2003).
24. La Văn Bình. Khoa học và cơng nghệ vật liệu, NXB Đại học Bách
Khoa, Hà Nội (2007).


79

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Chất màu TiO2 được sử dụng trong rất nhiều nghành công nghiệp và dân
dụng, như sơn phủ, chất dẻo và giấy, gốm sứ và thủy tinh, ...Phần lớn lượng chất
màu này được chế tạo từ khoáng ilmenite FeTiO3.
Cơng trình nghiên cứu này đề cập đến q trình chế tạo chất màu TiO2 từ
ilmenite Hà Tĩnh theo quá trình sunphat. Sản phẩm thu được là chất màu TiO2 có độ
tinh khiết tương đối cao, với pha tinh thể là anatase hoặc rutile phụ thuộc vào nhiệt
độ của quá trình nung.
Phương pháp chế tạo chất màu TiO2 theo quá trình sunphat dựa trên cơ sở sự
phân hủy ilmenite bằng axit sunphuric đặc ở nhiệt độ cỡ 2000C để tạo ra một hỗn
hợp đóng rắn, hỗn hợp đóng rắn này sau đó được hịa tách phần bã rắn cịn lại chưa
bị phân hủy. Dung dịch tạo thành được tinh chế vào thủy phân để tạo kết tủa titan
diôxit ngậm hai nước. Cuối cùng, kết tủa titan di ô xit ngậm hai nước được nung ở
nhiệt độ từ 6400C ÷ 9000C tủy thuộc vào sản phẩm mong muốn thu được.
Kết quả khảo sát đã chỉ ra điều kiện thích hợp cho việc chế tạo chất màu
TiO2 từ ilmenite, như được chỉ ra sau đây:
Điều kiện phân hủy được xác định là: kích thước hạt khống ilmenite sau nghiền
nhỏ hơn 0,09 mm, phân hủy khoáng bằng axit sunphuric 90% với tỉ lệ khối lượng
ilmenite/thể tích axit = 1:1,1 (g/ml) ở nhiệt độ 2000C trong 2 giờ. Với điều kiện này,

mước độ chuyển hóa Ti trong ilmenite đạt 86,7%.
Điều kiện hịa tách và thủy phân được xác định là hòa tách cake tạo ra bằng
dung dịch axit sunphuric loãng 0,005M với tỉ số khối lượng ilmenite/thể tích dung
dịch hịa tách = 1/6 (g/ml) ở nhiệt độ 700C. Dung dịch tạo ra sau quá trình hịa tách
được làm sạch và thủy phân ở nhiệt độ 100 ÷ 1100C trong 3 giờ. Kết tủa hình thành
đã có cấu trúc tinh thể dạng anatase của TiO2.
Nghiên cứu trên quá trình nung cho thấy, khi nung kết tủa ở nhiệt độ 9000C
(hoặc cao hơn) thì sản phẩm thu được sẽ là TiO2 với dạng pha tinh thể là rutile.
Trong trường hợp ngược lại, khi nung kết tủa ở nhiệt độ thấp hơn thì sẽ thu được
TiO2 với cấu trúc tinh thể dạng anatase.


80

Từ khóa: Chất màu, titan diơxit, q trình sunphat, khống ilmenite, titanyl
sunphat.


81

Abstract
TiO2 pigments are used in various fields of industries and domestic such as paint
and coating, plastic and paper, ceramic and glass, ... A mainly part of these products
are produced from ilmenite (FeTiO3) by either sulfate or chloride process.
This project aimed to research on the preparation of titanium dioxide pigments
from Ha Tinh imenite deposits by sulfate process. The obtained TiO2 pigments have
high purity and exist in either anatase or rutile crystalline phases depend on calcination
temperature.
The sulfate process based on the digestion of ilmenite with concentrated sulfuric
acid at ca. 2000C to make a cake, then the cake is dissoluted to separate the residual

solids, the resulting solutions are purified and hydrolized to make titania dihydrate
preciptations. Finally, the titania dehydrate precioitations are calcined at 640 ÷ 9000C
depends on the desired products.
The investigation reveals that the optimum conditions for preparing titanium
dioxide pigments are as follows:
Conditions of digesting are defined: grinding ilmenite with particales size less
than 0,09 mm, digesting ilmenite by sulfuric acid 90% in ratio of ilmenite/acid =
1:1.1(g/ml) at temperature of 2000C for 2 hours. In this conditions, the productivity of
transformation of titanium from ilmenite is 86.7%.
Conditions of dissoluting and hydrolizing are defined as dissoluting the cake by
weak sulfuric acid 0.005M in ratio weight of ilmenite/valume of dissoluting solution =
1/6 (g/ml) at temperature of 700C. The solution obtained after dissoluting then purified
and hydrolized at 100 ÷ 1100C for 3 hours. The resulted preciptates have anatase
crystalline phases.
Researching on the calcination shown that when the preciptates are calcined at
temperature of 9000C (and above), the rutile modification of titanium dioxide is
obtained. Contrary to this case, when the calcination temperature is lower, the anatase
modification of titanium dioxide is obtained.


82

Key words: Pigments, titanium dioxide, sulfate process, ilmenite deposits, titanyl
sulfate.