La producción de dióxido de titanio (TiO2) lleva casi 100 años existiendo. Las personas utilizan este pigmento blanco principal a diario, ya que se emplea en pintura, plásticos, alimentos y bebidas, cosméticos, textiles y papel. La demanda mundial de TiO2 en 2012 fue de 5,3 millones de toneladas (8 libras per cápita en Norteamérica).

Como pigmento, el TiO2 se dispersa en diversas matrices para permitir la dispersión y reflexión de la luz visible. Durante muchos años, se han utilizado diferentes sustancias, caracterizadas por su índice de refracción (RI), para lograr la reflexión de la luz; cuanto mayor es el RI, mayor es la reflexión. El TiO2 tiene el RI más alto entre los pigmentos blancos típicamente utilizados en la industria.

La dispersión de la luz visible otorga al TiO2 sus propiedades ópticas más importantes, incluyendo opacidad, brillo, lustre, tono (blanco) y subtono (color), poder aclarador (fuerza tintorial), resistencia a la intemperie, durabilidad y abrasividad.

Hasta ahora, el TiO2 se ha producido mediante el proceso de sulfato (1916) o el proceso de cloruro (1948). Cada proceso tiene sus propias fortalezas y debilidades. Argex Titanium Inc., una empresa canadiense, recientemente ha pasado de ser una compañía de exploración minera con activos en Labrador a convertirse en un productor de TiO2 a corto plazo con el desarrollo de un tercer proceso de TiO2 llamado Tecnología Argex (AT). Este proceso hidrometalúrgico patentado y de propiedad exclusiva, basado en la tecnología de extracción por disolvente CTL, utiliza la extracción por disolvente (SX). La SX, un proceso metalúrgico (extracción líquido-líquido), es una tecnología bien conocida utilizada para separar compuestos. Se ha empleado durante muchos años para diversas aplicaciones, como la producción de uranio.

El Proceso AT

Durante el proceso AT, el mineral de ilmenita se lixivia con ácidos, seguido de una primera extracción por disolvente para eliminar el hierro, y luego una segunda extracción por disolvente para retirar TiOCl2 y obtener una solución limpia que contiene titanio. Una hidrólisis sobre esta solución limpia, libre de impurezas y contaminantes, dará lugar a TiO2 puro. Las etapas de lavado del pigmento en el proceso AT son más fáciles y eficientes en comparación con el proceso de sulfato.

Se utiliza como materia prima un concentrado de TiO2 barato y disponible, suministrado por proveedores convencionales de mineral (es decir, ilmenita); también se emplean “colas” (de menor costo) procedentes de las industrias mineras, que son materias primas que otros procesos no pueden utilizar. Como proceso rentable, el AT es ambientalmente atractivo, ya que es energéticamente eficiente, no utiliza alta presión ni temperaturas, ni cloro, es una operación de ciclo cerrado y produce colas inertes muy bajas que son fáciles de recuperar. Todos los subproductos tienen un alto grado de pureza y son fácilmente reutilizables en diversas industrias, como el tratamiento de aguas. El proceso AT representa un nuevo paso hacia la sostenibilidad ambiental y una mejora en la huella de carbono del proceso de TiO2.

Este proceso eficiente se está llevando a cabo en la planta piloto actual de Argex, en funcionamiento continuo en Salaberry-de-Valleyfield, Quebec. La primera unidad de producción de 50.000 mt también estará en este emplazamiento. La infraestructura industrial existente en un sitio brownfield ahorra tiempo y grandes gastos de capital, y puede adaptarse a módulos adicionales de producción de TiO2, ofreciendo un importante potencial de expansión. La proximidad a importantes infraestructuras portuarias, ferroviarias y viales facilita el envío de materias primas y mercancías por vía terrestre y marítima. La región ya cuenta con ventajas para las industrias hidrometalúrgica y de procesamiento químico, con cercanía a la producción de ácido HCl, acceso a suministros de gas natural, proximidad a la central generadora Beauharnois de Hydro Quebec y cercanía al Aeropuerto Internacional Trudeau de Montreal. La planta de Valleyfield entrará en operación a principios de 2015 y estará en producción durante la primera mitad de ese mismo año.

TiO2 rutilo puro mediante el Proceso AT

El proceso de cloruro comienza con la cloración del mineral a una temperatura de alrededor de 1000 grados centígrados en un reactor de lecho fluidizado en presencia de coque. El coque es un combustible con pocas impurezas y alto contenido de carbono, generalmente elaborado a partir de carbón. Es el material carbonoso sólido obtenido de la destilación destructiva de carbón bituminoso de baja ceniza y bajo contenido de azufre.

El proceso de sulfato precipita TiO2 por hidrólisis a partir de una solución (el licor negro) obtenida al lixiviar ilmenita (FeTiO3) con ácido sulfúrico (H2SO4) y trazas de metales, especialmente cromo (Cr), vanadio (V) y hierro (Fe), que afectan el color del producto y le dan un tono amarillo.

Cada uno de los dos procesos presenta trazas de impurezas antes de obtener las partículas sólidas finales de TiO2. Estas impurezas pueden influir en la morfología, el tamaño de partícula y el tono de color del pigmento. Con sus dos etapas de extracción por disolvente, el proceso AT precipita TiO2 a partir de una solución limpia sin impurezas.

Los tres procesos de producción de TiO2 presentan grandes diferencias. El proceso AT demuestra una gran mejora en términos de calidad y costos, y es el más respetuoso con el medio ambiente.

Propiedades obtenidas del Proceso AT

La blancura puede caracterizarse por parámetros como poder ocultante (opacidad), brillo y tono de color. En recubrimientos, estas propiedades solo se desarrollarán si el pigmento TiO2 está perfectamente disperso en la matriz.

El poder ocultante depende principalmente de la dispersión de la luz. Un ojo humano típico responde a longitudes de onda de aproximadamente 400 a 700 nm. Un ojo adaptado a la luz generalmente tiene su máxima sensibilidad alrededor de 555 nm. La dispersión de longitudes de onda se vuelve más eficiente cuando la partícula tiene un diámetro aproximado a la mitad del tamaño de la longitud de onda incidente. El poder de dispersión más eficiente del TiO2 se logra con un peso promedio del tamaño de partícula de aproximadamente 0,28 μm. Otros parámetros críticos incluyen el diseño de la partícula (cuanto más esférica, mejor) y la distribución del tamaño de partícula (cuanto más estrecha sea la distribución, mejor). Con el proceso AT, las partículas de TiO2 se crean, tras las dos extracciones por disolvente, a partir de una solución pura de TiOCl2. La precipitación que tiene lugar sin impurezas de otros iones metálicos en la red cristalina del dióxido de titanio, como Fe, Cr y V, permitirá un mejor control del diseño y la distribución del tamaño de partícula.

El brillo depende principalmente de la pureza del pigmento. Nuevamente, debido a las dos etapas de extracción por disolvente en el proceso AT, el pigmento TiO2 obtenido contendrá menos elementos traza colorantes que los procesos de cloruro o sulfato.

El tono de color puede considerarse como la identidad del pigmento. Hay que tener en cuenta dos valores: el tono (en blanco), que depende más o menos del peso promedio del tamaño de partícula, y el subtono (en gris), que depende de la distribución del tamaño de partícula. Cuando se dispersa en una pasta de pigmentos coloreados, el color resultante puede ser diferente según el lote de TiO2, ya que las longitudes de onda más cortas y más largas se dispersan de manera distinta. El TiO2 con una distribución de tamaño de partícula más gruesa dispersa preferentemente las longitudes de onda rojas y verdes, mientras que una distribución de tamaño de partícula más fina dispersa mejor las longitudes de onda azules.

Como un color gris con tono azulado parece más fresco al ojo humano, y un tono amarillento tiene un aspecto manchado, se prefiere el TiO2 con tono azulado. Sin embargo, debemos recordar que una distribución fina del tamaño de partícula, lo que significa un tono azulado, conducirá a una pérdida del poder de dispersión para longitudes de onda más largas (por ejemplo, roja), lo que implica una reducción en el poder ocultante o la opacidad total.

En los actuales procesos de cloruro y sulfato, las partículas de TiO2 rara vez son idénticas de un lote a otro, a veces dando grandes especificaciones de subtono. Con el proceso AT y sus etapas de extracción por disolvente patentadas, es más fácil controlar la distribución del tamaño de partícula.

Tratamiento de superficie

Obtener partículas de TiO2 puras y muy bien distribuidas es necesario, pero no suficiente—especialmente en la industria de recubrimientos, donde las partículas puras de TiO2 necesitan algunos tratamientos de superficie, como un tratamiento orgánico para mejorar la fluidez y la dispersión en el aglutinante, y un tratamiento inorgánico para mejorar la estabilidad y la resistencia a la luz (durabilidad).

La dispersión de pigmentos es una prioridad. En una dispersión deficiente, incluso el mejor pigmento no podrá desarrollar sus propias propiedades ópticas. En teoría, todos los pigmentos pueden ser bien dispersados; solo es cuestión de tiempo y/o del uso de auxiliares químicos. Sin embargo, esto eleva el costo.

Como nuevos productores de TiO2, no tenemos las restricciones de una instalación ya existente que impongan métodos específicos de tratamiento de superficie, y nuestros materiales ofrecerán las últimas tecnologías disponibles, como alúmina más sílice de piel densa y/o circonio. Esta tecnología está siendo desarrollada en colaboración con PPG.

Se pondrán rápidamente a disposición tres series de pigmentos:
– Serie RGX 100: rutilo sin tratar para cosméticos, alimentos, medicina y papel;
– Serie RGX 200: rutilo tratado para plásticos; y
– Serie RGX 300: rutilo tratado para recubrimientos.