Anorganische Chemie ist eine frei verfügbare Einführung in die anorganische Chemie. Details zum Buch finden Sie im Editorial....


Titandioxid

Autor: Hans Lohninger

CAS-Nr.13463-67-7
FormelTiO2
Molmasse79.90
Schmelzpunkt (1)1843 °C
Siedepunkt2900 °C
Dichte
 - Rutil
 - Anatas
 - Brookit

4.24 g/cm3
3.88 g/cm3
4.1 g/cm3
Brechungsindex
 - Rutil
 - Anatas
 - Brookit

2.80
2.55
2.58/2.70 (doppelbrechend)

Titandioxid, TiO2, kommt in der Natur in drei Modifikationen vor (Rutil, Anatas und Brookit) die sich in der Kristallstruktur unterscheiden. Sowohl Anatas als auch Brookit gehen beim Erwärmen noch unterhalb des Schmelzpunktes in Rutil über. Reines Titandioxid ist strahlend weiß, während die natürlichen Vorkommen meist eine erheblich Färbung (gelb, braun, rot, schwarz) aufweisen, die durch Eisen verursacht wird. Ilmenit, FeTiO3, ist formal ein Mischkristall aus Eisenoxid, FeO, und Titanoxid, TiO2.

Darstellung und Gewinnung

Reines Titandioxid kann entweder durch Reinigung von natürlich vorkommendem Titandioxid erzeugt werden, oder durch Aufschluss von Ilmenit. Der Aufschluss von Ilmenit erfolgt entweder über das Sulfatverfahren oder durch das Chloridverfahren, das auch zur Reinigung von Titandioxid verwendet werden kann.

Sulfatverfahren: Beim Sulfatverfahren wird zuerst Ilmenit mit Koks bei über 1200°C geröstet. Das entstehende Eisen wird abgestochen, die oben schwimmende Schlacke enthält ca. 85% Titandioxid. Die Schlacke wird mit konzentrierter Schwefelsäure bei 100-180°C aufgeschlossen, der Aufschlusskuchen wird dann mit Wasser ausgelaugt, wobei eine Lösung von Eisensulfat, FeSO4, und Titanylsulfat, TiOSO4, entsteht. Aus dieser wird zuerst das Eisensulfat durch Abkühlen auskristallisiert, die verbleibende Titanylsulfat-Lösung wird dann bei 110°C hydrolsiert.

TiOSO4 + n H2O TiO2(n-1) H2O + H2SO4

Beim Eindampfen der Lösung fällt Titandioxid-Hydrat aus, das bei 800-1000° zu Rutil gebrannt wird.

Chloridverfahren: Beim Chloridverfahren wird entweder Ilmenit oder natürlicher Rutil mit Chlor und Koks bei 950°C zu Titantetrachlorid, TiCl4, umgesetzt. Nach der Reinigung des Titantetrachlorids wird dieses mit Wasserdampf oder Sauerstoff zu Titandioxid umgesetzt:

TiCl4 + 2 H2O TiO2 + 4 HCl
TiCl4 + O2 TiO2 + 2Cl2

Die Umsetzung mit Sauerstoff hat den Vorteil, dass das Chlor wieder in den Prozess zurückgeführt werden kann und wird deshalb bevorzugt eingesetzt. Titantetrachlorid kann außerdem mit Magnesium zu elementarem Titan reduziert werden (die Reduktion von TiO2 mit Koks funktioniert nicht, da sich dabei Titancarbid, TiC, bildet).

Verwendung

Pulverisiertes Titandioxid hat aufgrund seines hohen Brechungsindexes eine intensive weiße Farbe und wird in großem Maßstab (hauptsächlich in Rutilform) als weißes Pigment eingesetzt. Zudem ist Titandioxid chemisch beständig und ungiftig (ausgenommen Titandioxid-Nanopartikel, über deren gesundheitlichen Aspekte heftig diskutiert wird). Titandioxid ist deshalb in fast allen weiß oder hell gefärbten Gegenständen enthalten. Das Spektrum reicht von Dispersionsfarben über Papier bis zu Salami (das weiße "Mehl" auf der Außenhaut). Da Titandioxid fotokatalytische Eigenschaften aufweist, die bei UV-Bestrahlung dazu führen, dass organische Pigmentbindemittel abgebaut werden, werden die TiO2-Partikel häufig mit passivierenden Substanzen überzogen.

Weiters wird Titandioxid neben Bariumtitanat als Dielektrikum in keramischen Kondensatoren eingesetzt. In Sonnenschutzmitteln wird Titandioxid als UV-Blocker eingesetzt (siehe auch Titandioxid in Zahnpasta und Sonnencreme).



(1) Der exakte Schmelzpunkt von Titandioxid hängt vom Sauerstoff-Partialdruck der umgebenden Atmosphäre ab. An der Luft beginnt Titandioxid bei 1843 °C zu schmelzen, gibt aber bereits vorher Sauerstoff ab, so dass beim Schmelzpunkt die Zusammensetzung nicht mehr TiO2 sondern TiO1.985 ist. In reiner Sauerstoff-Atmosphäre schmilzt TiO2 bei 1892°C.



Last Update: 2013-08-08