Il biossido di titanio si trova in tre forme cristalline diverse: il rutilo, l’anatasio e la brookite ed è usato quale pigmento bianco. Ha notevoli proprietà ottiche con un indice di rifrazione molto elevato vicino a quello del diamante. E’ un composto molto stabile e può essere riscaldato fino a 1700°C prima che avvenga la fusione.
Ottenimento
Esso può essere ottenuto tramite due processi: il processo al solfato e il processo al cloruro che utilizzano i due principali minerali, ilmenite e rutilo rispettivamente particolarmente abbondanti in Australia e Sud Africa.
Processo al solfato
Il processo al solfato prevede tre fasi:
1) Dissoluzione del minerale
2) Formazione del biossido di titanio idrato
3) Formazione del biossido di titanio anidro
Il minerale usato in tale processo è l’ilmenite FeTiO3: dopo essere stato macinato finemente viene trattato con acido solforico con formazione di una miscela di solfati, il solfato di titanile e il solfato di ferro (II) e solfato di ferro (III):
FeTiO3(s) + 2 H2SO4(aq) → TiOSO4(aq) + FeSO4(aq) + 2 H2O(l)
Prima dell’estrazione del biossido di titanio lo ione ferrico viene convertito a ione ferroso usando limatura di ferro:
2 Fe3+(aq) + Fe(s) → 3 Fe2+(aq)
Eventuali solidi presenti sono eliminati per filtrazione dopo la sedimentazione. La soluzione, è raffreddata e precipitano i cristalli di solfato di Ferro (II) che, a loro volta, sono allontanati per filtrazione.
La soluzione rimanente contiene solfato di titanile quindi lo stadio successivo prevede la formazione di biossido di titanio idrato secondo la reazione:
TiOSO4(aq) + H2O(l) → TiO2(s) + H2SO4(aq)
Il biossido di titanio idrato è portato alla temperatura di circa 800°C alla quale perde la sua acqua di idratazione.
Processo al cloruro
Il processo al cloruro prevede la conversione di rutile a cloruro di titanio (IV) e la successiva ossidazione di quest’ultimo.
Il rutile è scaldato a 900 °C in presenza di cloro e carbon coke con formazione di cloruro di titanio (IV) che è un composto volatile. Quest’ultimo è riscaldato in presenza di ossigeno a 1200 °C:
TiCl4(g) + O2(g) → TiO2(s) + 2 Cl2(g)
Oltre che come pigmento il biossido di titanio è usato quale catalizzatore, come protettore della pelle dai raggi U.V. in alcune creme cosmetiche. In forma di nanoparticelle è usato in filtri solari, coloranti alimentari, superfici autopulenti e coloranti.