Titandioxid

Titandioxid ist eine anorganische Grundchemikalie, die meist als Pigment oder als Lebensmittelzusatz verwendet wird. Es kann mit dem Sulfat-Verfahren oder dem Chlorid-Verfahren hergestellt werden kann. Ausgangsstoff ist dabei überwiegend das Titan-Eisenerz Ilmenit oder Rutil.

Sulfat-Verfahren

Für das Sulfat-Verfahren wird der Rohstoff zunächst gemahlen und anschließend mit konzentrierter Schwefelsäure aufgeschlossen. Dabei reagieren das im Erz enthaltene Eisenoxid zu Eisensulfat und das Titanoxid zu Titansulfat. Mithilfe eines Kristallisationsverfahrens wird das Eisensulfat vom Titansulfat getrennt. Anschließend wird Titanhydroxid mittels Hydrolyse ausgefällt. Nach einem gründlichen Reinigungsverfahren wird dieses in einem Rohrofen bei einer Temperatur von 800 °C bis 1.000 °C zu Titandioxid gebrannt. Schwefelsäure fällt entweder als Sulfat oder als freie Schwefelsäure an. Dieses Gebrauchtsäuregemisch muss nachträglich in einem gesonderten Prozessschritt aufgearbeitet werden, um Umweltauflagen gerecht zu werden.

Chlorid-Verfahren

Das Chlorid-Verfahren wird in einem Wirbelbettreaktor durchgeführt, wobei der Rohstoff kontinuierlich bei 1.000 °C mit Chlor chloriert wird. Als Reduktionmittel wird Petrolkoks verwendet. Das bei der Chlorierung entstandene gasförmige Zwischenprodukt Titanchlorid, wird nach einem Reinigungsschritt in einem Plasma-Lichtbogenofen oder in einem Gas-Ofen zu Titandioxid oxidiert, wohingegen das parallel entstandene Eisenchlorid in Wasser gelöst und abgetrennt wird. Bei der Oxidation von gereinigtem Titanchlorid zu Titandioxid wird wiederum Chlor freigesetzt, welches in den Prozess zurückgeführt wird.

Energierelevanz

Im Falle beider Prozess ist für die Verbesserung der Eigenschaften des Titandioxids eine organische und anorganische Nachbehandlung notwendig. Insbesondere die Aufbereitung der Säure gilt als energieintensiv. Das Chlorid-Verfahren ist hinsichtlich des Energiebedarfs zu bevorzugen, jedoch können die Produkteigenschaften ein Gegenargument sein. Für das Sulfat-Verfahren sind eine energieeffiziente Aufbereitungsstufe, die Verwendung von Kraft-Wärme-Kopplung am Standort sowie die Verwendung eines energieeffizienten Kalzinierungsofens beispielhafte Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz.

Der Energiebedarf aller Prozessschritte des Sulfat-Verfahrens ist hoch. Dafür sind hauptsächlich das Calcinieren des Hydrolysats, die Nachbehandlung des Titandioxids sowie die Aufbereitung der Gebrauchtsäure verantwortlich.

Für das Chlorid-Verfahren sind eine hohe Rohstoffausbeute sowie eine optimale Betriebsweise der Reaktoren beste verfügbare Technik (BVT). Tabelle 1 enthält die spezifischen Energieverbräuche bei der Herstellung von einer Tonne Titandioxid.

Synonym(e):

Titansäureanhydrid

Englische Übersetzung(en):

titanium dioxide, titania