Двуокись титана

Двуокись титана встречается в природе в виде минералов рутила, ильменита FeTi03, перовскита CaTi03, кнопита (Са, Се) (Ti, Fe)03, лопарита (Na, Се, Са) (Nb, Ti)03, ильменорутила (Ti, Nb, Fe)02, титаномагнетита (механическая смесь зерен магнетита Fe304 и ильменита FeTi03) и многих других минералов. С кислородом титан образует аморфную двуокись титана, окись Ti2O3, закись TiO, некоторые промежуточные окислы и перекись ТiO3. Двуокись титана является важнейшим соединением титана и служит исходным материалом для получения различных соединений и металлического титана.

ТiO2 известна в виде четырех модификаций: рутила, брукита, В- и а-анатаза. Искусственно получены только рутил и анатаз.

Рутил кристаллизуется в ромбической системе и является наиболее устойчивой модификацией ТiO2 при всех температурах. Температура плавления ТiO2 выше 1850° С, плотность 3,9 — 4,25 г/см3.

Брукит кристаллизуется в ромбической системе. При нагревании свыше 650° С он монотропно превращается в рутил с уменьшением объема примерно на 2%.

Анатаз образуется при слабом (ниже 400° С) нагревании гидроокиси титана или Ti(S04)2. Анатаз кристаллизуется в тетрагональной системе. При 642° С β-анатаз обратимо переходит в а-форму. В отсутствие минерализаторов α-анатаз при 915° С переходит монотропно в рутил. В присутствии же минерализатора превращение анатаза в рутил происходит уже при температуре выше 400° С.

Переход β-анатаза в рутил сопровождается уменьшением объема почти на 8%. Найдено, что при 900° С и получасовой экспозиции искусственно полученный анатаз начал переходить в рутил.

Через один час был уже рутил со следами анатаза, а полный переход в рутил произошел после полуторачасовой экспозиции анатаза при 900° С. Естественные же кристаллы анатаза в этих условиях не показали превращения его в рутил. Ниже приведена схема получения различных модификаций TiO2 и их превращений при нагревании.

Двуокись титана нерастворима в щелочах и кислотах (за исключением HF).

В концентрированной серной кислоте она растворяется при продолжительном нагревании. При сплавлении ТiO2 с едкими или углекислыми щелочами образуются титанаты.

ТiO2 используют для получения минеральных красок (белил), люминесцентных светящихся составов (например, Mg2Ti04), в качестве наполнителя в производстве резины; вводят в состав тугоплавких стекол, в глазури и эмали, в фарфоровые массы, в кислые шлаки (3—4%) в качестве агента кристаллизации и особенно в литийсодержащие системы (стекла).

В последнем случае образуется тонкокристаллическая структура материала при соответствующей термической обработке отлитых изделий [483].

Из крупных кристаллов двуокиси титана, обладающей высоким коэффициентом лучепреломления, изготовляют драгоценные камни различных цветов. Двуокись титана, имеющую диэлектрическую проницаемость, равную 90, широко применяют в конденсаторном производстве в качестве диэлектрика для конденсаторов, а также при изготовлении многочисленных композиций сегнетоэлектриков и пьезоэлектриков, главнейшим представителем которых является титанат бария.

BaTiO3 обладает высокой механической прочностью, влагостойкостью и сегнетоэлектри-ческими свойствами в широком интервале температур. ВаТЮ3 может быть получен из расплава в виде монокристаллов [484].

 

Содержание