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El dixido de titanio como colorante de pinturas

El dixido de titanio es un compuesto cuya frmula es TiO2. Se encuentra comnmente en

forma oscura o de color castao, conocida como rutilo. Las formas naturales que se

encuentran menos en la naturaleza son la anatasa y la brooquita. Tanto el rutilo como laanatasa puros son de color blanco. El xido bsico negro, FeTiO3, se encuentra en forma

natural como el mineral llamado ilmenita; este es la fuente comercial principal del titanio.

El dixido de titanio se utiliza mucho como un pigmento blanco en pinturas exteriores por

ser qumicamente inerte, por su gran poder de recubrimiento, su opacidad al dao por la

luz UV y su capacidad de autolimpieza. El dixido tambin se ha empleado como agente

blanqueador y opacador en esmaltes de porcelana, dando un acabado final de gran brillo,

dureza y resistencia al cido.

Como aditivo alimentario es un pigmento blanco que se emplea con el fin de atenuar omatizar algn otro color presente en el alimento. Por lo general, la anatasa es el ms apto

para consumo humano, debindose comercializar con un alto grado de pureza. El rutilo, es

el preferido por otras industrias (como la de pinturas y la de impermeabilizantes), por ser

ms barato y por lo tanto, su grado de pureza es menor.

Las impurezas principales son los metales pesados (arsnico y plomo) ya que tienden a

acumularse en el cuerpo con el paso del tiempo. Si el dixido de titanio es grado

alimenticio no existe realmente ningn riesgo para su consumo a largo plazo.

Bsicamente el TiO2 es un colorante y sirve lo mismo para pinturas como para alimentos.Adems ayuda en la conservacin de alimentos indirectamente pues refleja parcialmente la

luz y rayos UV disminuyendo su efecto sobre el alimento.

Los pigmentos de dixido de titanio se utilizan principalmente en la produccin

de pinturasy plsticos, as como en papel,tintasde impresin, cosmticos, productos

textiles, farmaceticos y alimentarios. El dixido de titanio es el pigmento ms

habitualmente utilizado en el mundo, ue proporciona a los productos finales una brillante

blancura, opacidad y proteccin.!"simismo, es empleado en las artes grficasdonde se

precisan peue#os espesores de recubrimientos se utilizan pigmentos de dixido de titanio

muy finos. $ambin se ha usado como agente blanueador y opacador

en esmaltesde porcelana,dando un acabado final de gran brillo, dureza y resistencia

al cido.

En oposicin a la creencia popular, el producto de titanio ms ampliamenteutilizado no es el metal titanio y aleaciones, sino ms bien es el dixido detitanio (TiO2) pigmento que proporciona blancura y opacidad a una ampliagama de todos los das productos de reestimientos y plsticos, tintas y

!asta incluso como "undente en la "abricacin de idrio, relleno en papel,industria del cauc!o #$%&, cosm'ticos y alimentos ada a*o ms de +,%
https://es.wikipedia.org/wiki/Pinturahttps://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1sticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Papelhttps://es.wikipedia.org/wiki/Tintahttps://es.wikipedia.org/wiki/Tintahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cosm%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_titanio_(IV)#cite_note-JMH-3https://es.wikipedia.org/wiki/Artes_gr%C3%A1ficashttps://es.wikipedia.org/wiki/Artes_gr%C3%A1ficashttps://es.wikipedia.org/wiki/Esmaltehttps://es.wikipedia.org/wiki/Porcelanahttps://es.wikipedia.org/wiki/Porcelanahttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cidohttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1sticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Papelhttps://es.wikipedia.org/wiki/Tintahttps://es.wikipedia.org/wiki/Cosm%C3%A9ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_titanio_(IV)#cite_note-JMH-3https://es.wikipedia.org/wiki/Artes_gr%C3%A1ficashttps://es.wikipedia.org/wiki/Esmaltehttps://es.wikipedia.org/wiki/Porcelanahttps://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cidohttps://es.wikipedia.org/wiki/Pintura


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millones de toneladas de TiO2 se producen en todo el mundo #2& y sloaproximadamente el +- . %- se usa para producir titanio metlico #2+&

El dixido de titanio "ue descubierto por primera ez en el a*o $/00 y la"abricacin de blanco de titanio para su uso como pigmento (anatasa) se

in"orm por primera ez en $/2 en 1rancia, donde pronto sustituy a lalit!opone2 y txicos pigmentos en la d'cada de $/0 a base de plomopigmentos de dixido de titanio se producen a partir de una ariedad deminerales por dos procesos di"erentes el proceso de sul"ato(3proximadamente +0- de la produccin total TiO2) utilizando cidosul"4rico concentrado y el proceso de cloruro (aproximadamente 50-)usando gas de cloro 3mbos procesos di6eren en su qumica y necesidadesde materia prima 7ebido a que el cloruro de proceso tiene algunas enta8assobre el proceso de sul"ato tradicional en costes y la gestin de residuos,que !a dominado la industria de los pigmentos en los 4ltimos tiempos

Proceso del Cloruro

El proceso de cloruro, comercializado por 7u 9ont en la d'cada de $/%0,o"rece la eliminacin de residuos, la energa y la calidad enta8as sobre elproceso de sul"ato de #2%& Este proceso puede utilizar una amplia gama dematerias primas, es decir, rutilo, rutilo sint'tico, ilmenita de alto grado o laescoria, dependiendo de la industria, pero principalmente de rutilo y rutilosint'tico (/0- . /%- TiO2) se utilizan, eitando el problema de los residuosde sul"ato de !ierro

El proceso de cloruro comienza con la mezcla de materias primas con clorogaseoso a una temperatura de alrededor de /00c . $000 en un reactor delec!o :uidizado en presencia de coque como agente reductor ($) #2& ;acorriente de gas resultante contiene tetracloruro de titanio (Til+), xidos decarbono y todas las impurezas metlicas de la materia prima en "orma decloruros de metales, pero las impurezas tales como slice y circonio puedeno clorados y permanecen acumulado en el reactor #2& #2%& 2Til+ = 2O = O2 ($)

Til+ (impure gas) > Til+ (pure liquit) (2)

Til+ = O2 > TiO2 = 2l2 ()

;a corriente de gas se pone en contacto con Til+ lquido reciclado que seen"ra a un niel en el que en el otro metal cloruros separan como slidospor condensacin y tratamiento qumico ;as impurezas se pueden reducir atpicamente alrededor de $0 a 20 mg ? @g


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El Til+ puri6cada a !acia adelante con un en"riamiento adicional acondensarse en "orma de lquido (2) y luego se alimenta a un reactor deoxidacin a alta temperatura en el que se !ace reaccionar con el oxgeno,por encima de $%00, ya sea en una !orno de arco de plasma o en un !ornode tolueno como combustible para "ormar dixido de titanio y liberan el

cloro que se recicla de nueo al principio de la reaccin () El cloro residualasociado con el TiO2 slido se elimina por !idrlisis acuosa 9or 4ltimo, eldixido de titanio puro es sometido a una serie de tratamientos super6cialesqumicos, molienda y secado

;os residuos generados por el procedimiento del cloro son principalmente decoque y mineral de slidos que permanecen reaccionaron por la OABdurante la proceso de cloracin 3dems, una solucin de cido residual,normalmente llamado cido residuos de cloruro de !ierro, se genertambi'n cuando la corriente combinada de coque y mineral de slidos sin

reaccionar, slidos de cloruro de metal, se acidi6ca con agua o basura delcido clor!drico (Cl) del laador de reaccin ;as impurezas de cloruro demetal son generalmente per8udiciales para el medio ambiente,especialmente el cloruro de !ierro, que se separan y se neutraliza con cal opiedra caliza, y 6nalmente eniado para su eliminacin a tra's deertedero uriosamente, en una planta de cloro en los Estados Bnidos, lassales de cloro son no neutralizados, pero que se inyectan en aceitesdeteriorados pozo pro"undo #22&

En el proceso descrito el consumo de cloro es, por tanto, relacionada con lacantidad de presentes de xido de !ierro en la materia prima


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1eTiO = 2C2 TiO


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Propiedades y usos de pigmentos de dixido de titanio

omo se mencion anteriormente, aproximadamente el /%- de mineral detitanio se procesa en dixido de titanio, que es el ms ampliamenteproducto de titanio usado TiO2 es un compuesto inorgnico polimor"a y

simple, que existe en tres "undamentales "ormas cristalinas ;as tres "ormas,anatasa, rutilo y broo@ite, producen de "orma natural, pero este 4ltimo espoco "recuente, y aunque se !a preparado en el laboratorio es de ning4ninter's comercial 9or lo tanto, las principales "ormas de cristal com4nmentedisponibles son dos, anatasa y rutilo Gutilo es la "orma ms estable y es porlo tanto el ms abundante Tiene un mayor estructura compacta de anatasay esto da lugar a di"erencias importantes en las propiedades entre las dosmodi6caciones Gutilo TiO2 tiene un mayor ndice de re"raccin, la graedadespec6ca ms alta y una mayor estabilidad qumica de anatasa, "undicinen $2%H 3natasa no tiene un punto de "usin espec6co, ya que se

trans"orma irreersiblemente a rutilo antes de una se alcanza el punto de"usin

9ropiedades

TiO2 es un compuesto inorgnico sencilla producido como un polo blancopuro (conocido como blanco de titanio) Este pigmento se puede utilizar, enla mayor parte de sus aplicaciones, como pigmento para dispersar la luz, yaque absorbe casi no !aba luz incidente en la regin isible del espectroEste pigmento dispersa la luz por tres mecanismos la re:exin de lasuper6cie de un cristal, re"raccin dentro de un cristal, y la di"raccin, por lo

que la luz se dobla a medida que pasa cerca de un cristal ;a re:exin y lare"raccin se maximizan mediante el aumento de la di"erencia entre elndice de re"raccin del pigmento y la de la matriz de polmero o de otromaterial en el que se dispersa 3dems, TiO2 es un buen pigmento porqueque tiene un alto ndice de re"raccin de 2,D0 en comparacin con losalores de tan slo 2,02 y $,%D para el xido de zinc y arcilla c!inarespectiamente, como podemos er en la Tabla Esto signi6ca que serequieren nieles relatiamente ba8os de pigmento para conseguir unreestimiento opaco blanco

Este alto ndice de re"raccin da el potencial para la produccin de muc!omayor opacidad o poder cubriente, !aciendo TiO2 una me8or pigmento quelos otros productos qumicos mencionados dispersin de la luz pordi"raccin es ms e6caz cuando el dimetro del pigmento es ligeramentemenor que la mitad de la longitud de onda de la luz se disperse 9or lotanto, la blancura de los pigmentos de dixido de titanio es una "uncin deltama*o de partcula ;os pigmentos que contienen partculas de menortama*o dar lugar a productos terminados (por e8emplo, pinturas, plsticos,etc) que tienden a tener un tinte azuladoI pigmentos con mayor tama*opartculas causar productos terminados a tienen un tinte ms amarillento#25&


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9or otro lado, podemos er en la Tabla que la mayora de los pigmentos derutilo tienen una graedad espec6ca entre ,/ y +$, mientras que losgrados de anatasa tienen D o


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otros usos de dixido de titanio estn en catalizadores, cermicas, te8idosrecubiertos y textiles, reestimientos de suelos y tec!os grnulos #2/&


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Ob8etos de plstico por lo general tienen una concentracin de pigmentomuc!o ms ba8a que los reestimientos, ya que son por lo generalmuc!oms gruesa que las pelculas 9or lo tanto, la opacidad se puedeconseguir con menos TiO2 ;a gran cantidad de plstico producido, sinembargo, !ace que la industria del plstico en un gran usuario de TiO2 En

este sentido, se utiliza ampliamente en el material de construccin deplstico como tuberas y entanas persianas, muebles, artculos para el!ogar, reestimientos de suelos y paredes En plsticos estabilizados talescomo poliole6na, TiO2 acelera color amarillo de la plstica #2%& El "enmenoes causado por la reaccin de titanio con grupos "enlicos unidos a losaditios antioxidantes en el plstico ;a qumica implica la "ormacincatalizada por base de un comple8o de "enato amarillo de titaniotratamientos de super6cie orgnicos adecuados !an demostrado reducir oeliminar este e"ecto Otros mecanismos de color amarillento que no estnrelacionados con el TiO2 puede ser un "actor Esto incluye los e"ectos de la

contaminacin, ozono y otros "otoreacciones

Proceso !ndustrial

En la actualidad el m'todo del cloro es el pre"erido para producir dixido de

titanio a

gran escala, por encima del m'todo del azu"re 9ese a contar con el

inconeniente de mane8ar

un material peligroso como es el cloro gas, existen muc!os "actores a "aor

de este procesocomo el aproec!amiento del propio cloro por recirculacin o los menores

nieles de emisin

de sustancias slidas contaminantes ;a consolidacin del cido clor!drico

o del tetracloruro

de titanio como productos secundarios es otro "actor a tener en cuenta En

con8unto, es

actualmente el proceso ms iable econmica y energ'ticamente

3 pesar de di"erenciarse en arios aspectos, tanto en el proceso basado en

el azu"re

como en el del cloro, el polo puro de TiO2 se obtiene a partir de la

extraccin del mineral de

titanio , que es molido y tratado para producir una amplia ariedad de

productos En el

diagrama de proceso pueden obserarse las "ases de este proceso el

material bruto entra en


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planta y se somete a cloracin, obteni'ndose Til+ gas Bna ez separado

de impurezas, este

tetracloruro entra en un !orno donde es oxidado a TiO2, contenido en una

corriente de gas de

la que debe ser separado para posterior tratamiento

Mlobalmente las reacciones que se dan son

2 TiO2 = + $2 = > 2 Til+ = 2 O = O2

Til+ = O2 > TiO2 = 2 $2

omo se ilustra en la el cloro gaseoso se usa como intermediario en elproceso y es recuperado para ser reutilizado Lediante el m'todo del clorose puede tratar un rango de minerales que a desde el rutilo natural(normalmente /%- TiO2), !asta el sint'tico (/0./- TiO2) pasando porescoria rica en titanio

9reparacin del material bruto

omo material bruto tradicionalmente se !a usado rutilo de alto contenidoen dixido

34n as en los 4ltimos a*os se tiende a reemplazar este material poraquellos en los que el contenido en TiO2 !a sido aumentadoarti6cialmente, como minerales de !ierro o rutilo sint'tico Estasoperaciones suelen realizarse en el propio lugar de extraccin Es portanto labor de los proeedores de mineral ya tratado, el utilizar m'todosaceptables para el medio ambiente, tanto de extraccin como de tratado dedes!ec!os (N


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secaderos de :u8o de gas a unos $20 abe destacar que el otromaterial slido bruto usado, el coque, se requiere en "orma granular, paraque sea apto en la :uidizacin en el proceso de cloracin

Otro de los materiales brutos inolucrados, el cloro, !a de serreciclado durante el proceso, manteniendo una resera lo menor

posible de cloro PlimpioP en estado lquido ;a naturaleza peligrosa delcloro determina el dise*o bsico del proceso, especialmente en suparte inicial, que debe estar cerrado y aislado, y operar en un puntoptimo de mantenimiento

Otro de los materiales brutos inolucrados, el cloro, !a de serreciclado durante el proceso, manteniendo una resera lo menorposible de cloro PlimpioP en estado lquido ;a naturaleza peligrosa delcloro determina el dise*o bsico del proceso, especialmente en suparte inicial, que debe estar cerrado y aislado, y operar en un puntoptimo de mantenimiento

loracin


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;a reaccin de oxidacin es, sin entrar en detalle en su mecanismo

;a "ase de oxidacin redunda directamente en el tama*o del cristal deTiO2 y lo !ace apto para sus diersas aplicaciones Aormalmente, las

partculas surgidas de la oxidacin tienen un dimetro mximo de $%.20mm El producto de la oxidacin es una corriente mezcla de cloro, oxgeno ypolo de TiO2que, tras reaccionar, es en"riada indirectamente al aire en lapropia salida del !orno, normalmente en "orma tubular, y posteriormentelleada a temperaturas cercanas a la ambiente, ya sea mediantere"rigerantes industriales o con agua Lediante 6ltros se extrae el dixido yse trans6ere a las "ases 6nales de tratado que suelen comprender laeliminacin de cloro, la suspensin en agua, molido !4medo, tratamientosuper6cial, 6ltrado, secado y unnueo molido ms 6no

El molido !4medo y la suspensin en agua 8unto al resto de aditiospueden aglutinarse en un 4nico proceso 9ara el secado, suele utilizarse elcalor producido en el !orno de combustin aproec!ndolo para calentaruna corriente de aire que circule por el secadero 9ara aumentar ladurabilidad y eitar que el dixido de titanio se PamarilleeP, as como a8ustarsu pC se suele tratar en super6cie a*adiendo peque*as cantidades demateriales tales como !idrxido de slice, titanio, zirconio, o aluminio Esteprocedimiento suele e"ectuarse en contnuo sobre la corriente !4meda de

TiO2tras un primer molido Es posible tambi'n aplicar un ligero tratamientosuper6cial orgnico, para me8orar la capacidad del material de disolerse odispersarse en un mayor n4mero de medios En caso de e"ectuarse,

este tratamiento comprende la adicin de polioles, aminas o deriadossiliconados durante el molido 6nal


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Tratamiento de gases, lquidos y slidos de salida;os gases de salida de la cloracin (que incluyen monxido de

carbono, dixido de carbono, cloruro de !idrgeno y tetracloruro de titanio)suelen tratarse mediante separadores en serie El Cl se separa porabsorcin acuosa y los restos de cloro que puedan existir, por separacincustica Estas operaciones pueden !acerse con extractores porseparado o bien por inyeccin directa de la sustancia custica en losseparadores acuosos, en caso de detectarse cloro libre El !ipoclorito desodio que suele producirse como consecuencia, puede ser comercializado oconertirse catalticamente en agua salada y oxgeno

Bna prctica 4til y bastante utilizada es producir, como consecuenciade estas primeras etapas de separacin, Cl comercial usando aguadesmineralizada como absorbente En los 4ltimos a*os, se tiende adems ainstalar conertidores termales para obtener dixido de carbono y dixidode azu"re a partir del monxido de carbono y sul"uro de carbonilo (O


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posterior a la oxidacin pueden usarse arenas, sal, o TiO2 granular,separndolo despu's con 6ltros de arena y reutilizado ;as emisioneslquidas del proceso pueden tratarse mediante diersas t'cnicas

Aormalmente, son parte de los tratamientos destinados a separar y tratarslidos y gases de salida, con e"ecto de neutralizar la acidez y precipitar

slidos solubles ;a mayor proporcin de e:uentes de salida proiene de laseccin 6nal de la planta soluciones ligeramente alcalinas de sul"urosmetlicos y cloruros con slidos en suspensin (partculas de TiO2) ;anaturaleza de estos e:uentes y su cantidad, deriados de lanaturaleza del proceso completo y del mineral inicial, pueden !acerque el total pueda ser cido o alcalino, por lo que existe unamplsimo abanico de tratamientos a considerar seg4n la planta

Equipamiento Gequerido

Geactor de lec!o :uidizado

7etallar ariables a tener en cuenta

Corno de oxidacin arco de plasma

7etallar ariables a tener en cuenta

7imensionamiento del intercambiador de calor

El :uido a en"riar se introducir por tubos, para "acilitar la limpiezaen caso de deposiciones, en $%2 tubos de 22 m, dimetro externo 0025m y espesor de 2 mm, a un 4nico paso 7ada la elocidad (alrededor de2$ mQs, mnimo) que es necesario mantener en la mezcla gaseosa, la cadade presin en el lado de los tubos es bastante alta (unos % bar) para tratarsede un intercambiador, pero la calculada es la mnima posible paraestas caractersticas En todo caso y dado que el :uido transporta una grancantidad de slidos en suspensin, es primordial mantener en buenestado los tubos ante la erosin y corrosin

9reiamente se !a !ablado del material constructio 3l llegar el :uido apresin, no parece necesario instalar ning4n sistema de impulsin preioal intercambiador Ls adelante se calcular la cada de presin en lastuberas anteriores y posteriores para eri6car este !ec!o

;a carcasa del cambiador es de tipo pull.t!roug! :oating !ead, esdecir, de carcasa "cilmente remoible una ez ms para "acilitar elmantenimiento ;a elocidad de paso por carcasa corresponde con losestndares en este tipo de elocidades en lquidos, unos 0% mQs

9ara bombear el re"rigerante a tra's del intercambiador se dise*ar msadelante un circuito con bomba impulsora y depsito de almacena8e del7oFt!erm3 a temperatura ambiente


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