Titandioxid (Rutil)
 
Eigenschaften

Titan(IV)-oxid.ist die mit Abstand technisch bedeutendste Titan-Verbindung. Unter Normalbedingungen ist Titandioxid ein farbloser Feststoff, welcher  in drei Modifikationen auftaucht, die in der Natur als Anatas (tetragonale Kristalle mit einer Härte von 5,5–6), Brookit (orthorhombische Kristalle, mit einer Härte von 5,5–6) und Rutil (tetragonale Kristalle, stabilste Form des Titandioxid) vorkommen. Anatas wandelt sich allmählich, (bei Temperaturen übder 700°C schneller) irreversibel in Rutil um. In allen Modifikationen ist das Titan-Atom oktaedrisch von 6 Sauerstoff-Atomen umgeben, wobei der Sauerstoff die Koordinationszahl 3 besitzt. Unterschiede zwischen den Modifikationen beruhen auf verschiedener räumlicher Verknüpfung der Oktaeder. Titandioxid ist unlöslich in Wasser, organischen Lösungsmitteln., verdünnten Säuren und Laugen. Es löst sich jedoch in heißer konzentrierter Schwefelsäure, Flußsäure und geschmolzenen Alkalihydroxiden. Es wird durch Wasserstoff, Kohlenstoff und Erdalkalien nur bei höheren Temperaturen angegriffen. Es reagiert aber heftig mit Lithium. Titandioxid ist ungiftig.

 
Darstellung

Es gibt zahlreiche Herstellungsverfahren für die Darstellung von Titandioxid. Bisher werden in der Technik nur das Sulfat- und das Chlorid-Verfahren angewendet. Das ältere, seit 1917 praktizierte Sulfat-Verfahren (auch Schwefelsäure-Prozeß genannt) geht von feingemahlenem Ilmenit, Eisentitanit (FeTiO3) aus, der mit ca. 90%iger Schwefelsäure aufgeschlossen wird. Der Aufschlusskuchen wird in Wasser gelöst und die Lösung geklärt. Durch Zugabe von Eisen-Schrott wird gelöstes dreiwertiges Eisen in die zweiwertige Form überführt, da Eisen(III)-Ionen (Fe3+) bei der Hydrolyse gemeinsam mit Titanoxidhydrat ausfallen und eine Qualitätsminderung beim fertigen Titandioxid-Pigment bewirken würde. Nach dem Erkalten wird auskristallisiertes Eisen(II)-sulfat Heptahydrat (FeSO4 · 7H2O) ( auch Grünsalz genannt) abgeschleudert. Anschließend erfolgt die Hydrolyse des Titanoxidsulfates (TiOSO4) zu Titanoxidhydrat, das nach Filtration, gründlichem Waschen und anschließender Bleiche (zur Entfernung anhaftender höherwertiger Verunreinigungen) in Drehrorhöfen in Titandioxid übergeführt wird. Durch Impfen mit entsprechenden Keimen, Zusatz geeigneter Einstellchemikalien und durch Wahl der Glühtemperatur (800–1000°) erhält man entweder die Anatas- oder die bevorzugte Rutil-Modifikation (nur diese sind technisch bedeutend).

Bei dem 1958 eingeführten Chlorid-Verfahren geht man von mineralischem Rutil oder „Titan-Schlacken“ mit hohem Titandioxid-Gehalt aus, die durch Chlorieren mit Chlor in Gegenwart von Kohle in Titantetrachlorid überführt werden. Dessen Oxidation bei erhöhter Temperatur mit Sauerstoff verläuft unter Bildung von Titandioxid und Chlor. Das entstandene Chlor wird erneut zur Herstellung von Titantetrachlorid verwendet.

Das nach beiden Verfahren erhaltene Titandioxid wird meistens zur Verfeinerung noch einer Nachbehandlung unterworfen. Hochdisperses, sehr reines Titandioxid erhält man durch Flammhydrolyse von Titantetrachlorid. Das Chlorid-Verfahren wird heute bevorzugt, weil ein kontinuierlicher Betrieb möglich ist und ökologische Vorteile bestehen.

 
Verwendung

In der Anatas- und insbesondere in der Rutil-Modifikation besitzt Titandioxid als ausgezeichnetes Weißpigment eine besondere technische Bedeutung. Die hervorragenden Pigmenteigenschaften sind bedingt durch den hohen Brechungsindex (Anatas 2,55, Rutil 2,75), womit Titandioxid das höchste Aufhell- und Deckvermögen der handelsüblichen Weißpigmente aufweist. Außerdem verwendet man die Verbindung in Elektro-Industrie als Dielektrikum zum Beispiel in Kondensatoren. Man kann ebenso Schmucksteine aus dem Rutil herstellen. Man verwendet das Oxid außerdem in Sonnencremes als Sonnenschutz.

In Westeuropa wurden Titandioxid-Pigmente 1989 für folgende Anwendungen genutzt: 60% für Lacke, Anstrichstoffe und Straßenmarkierungsfarben, 20% für Kunststoffe, 12% für Papier, 3% für Dekorschichtstoffe, der Rest für Druckfarben und Korrekturlacke, Kautschuke, Kosmetika, Arznei- und Lebensmittelumhüllungen, Emails, Keramiken, Gläser etc.

Strukturformel/Abbildung

Allgemeines

Name Titandioxid
Summenformel TiO2
molare Masse 79,90g/mol
Trivialnamen Rutil
CAS-Nummer  
Sicherheitsdaten

 

 

R- und S-Sätze  
Handhabung  
Lagerung  
MAK* 6 mg/m3
LD50**(Ratte) mg/kg (oral)
LD50**(Kanninchen) mg/kg
*Maximale Arbeitsplatzkonzentration
**letale Dosis: Die Menge der Substanz, die nach einmaliger Einnahme den Tod von 50% der Versuchstiere zur Folge hat.
Physikalische Eigenschaften
Aggregatzustand  
Farbe  
Dichte  
Schmelzpunkt 1830–1850°C
Siedepunkt >2500°C
Dampfdruck  
Löslichkeit in Wasser unlöslich; löslich in heißer Schwefelsäure
Kristall
Kristallstruktur  
analytische Nachweismethoden
 

 

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