Produksi titanium dioksida (TiO2) telah ada selama hampir 100 tahun. Orang-orang menggunakan pigmen putih utama ini setiap hari, karena digunakan dalam cat, plastik, makanan dan minuman, kosmetik, tekstil, dan kertas. Permintaan global terhadap TiO2 pada tahun 2012 adalah 5,3 juta ton (8 pon per kapita di Amerika Utara).

Sebagai pigmen, TiO2 didispersikan dalam berbagai matriks untuk memungkinkan hamburan dan pantulan cahaya tampak. Selama bertahun-tahun, berbagai zat yang ditandai oleh Indeks Bias (RI)-nya telah digunakan untuk mencapai pantulan cahaya—semakin tinggi RI, semakin tinggi pula pantulannya. TiO2 memiliki RI tertinggi di antara pigmen putih yang biasanya digunakan dalam industri.

Hamburan cahaya tampak memberikan TiO2 sifat optik paling pentingnya, termasuk opasitas, kecerahan, kilau, nada (putih), dan nada dasar (warna), daya pemutihan (kekuatan pewarnaan), ketahanan cuaca, daya tahan, dan abrasi.

Hingga saat ini, TiO2 diproduksi baik melalui proses sulfat (1916) maupun proses klorida (1948). Masing-masing proses memiliki kelebihan dan kelemahan sendiri. Argex Titanium Inc., sebuah perusahaan Kanada, baru-baru ini beralih dari perusahaan eksplorasi pertambangan dengan aset di Labrador, menjadi produsen TiO2 dalam waktu dekat dengan pengembangan proses TiO2 ketiga yang disebut Teknologi Argex (AT). Proses hidrometalurgi yang dipatenkan dan milik sendiri ini, berdasarkan teknologi ekstraksi pelarut CTL, menggunakan ekstraksi pelarut (SX). SX, sebuah proses metalurgi (ekstraksi cair-cair), merupakan teknologi terkenal yang digunakan untuk memisahkan senyawa. Teknologi ini telah digunakan selama bertahun-tahun untuk berbagai aplikasi, seperti produksi uranium.

Proses AT

Selama proses AT, bijih ilmenit direndam dengan asam, diikuti oleh ekstraksi pelarut pertama untuk menghilangkan besi, lalu ekstraksi pelarut kedua untuk menghilangkan TiOCl2 dan menghasilkan larutan bening yang mengandung titanium. Hidrolisis pada larutan bening ini, tanpa kotoran dan kontaminan, akan menghasilkan TiO2 murni. Langkah-langkah pencucian pigmen dalam proses AT lebih mudah dan efisien dibandingkan dengan proses sulfat.

Bahan baku TiO2 yang murah dan tersedia digunakan sebagai bahan mentah, yang dipasok oleh pemasok bijih konvensional (misalnya ilmenit); juga digunakan “tailings” (biaya lebih rendah) dari industri pertambangan, yang merupakan bahan mentah yang tidak dapat digunakan oleh proses lain. Sebagai proses yang hemat biaya, AT ramah lingkungan, karena efisien energi, tidak menggunakan tekanan atau suhu tinggi, atau klorin, merupakan operasi loop tertutup dan menghasilkan tailings inert yang sangat sedikit serta mudah dipulihkan. Semua produk sampingan memiliki tingkat kemurnian tinggi dan mudah digunakan kembali dalam berbagai industri seperti pengolahan air. Proses AT merupakan langkah baru dalam keberlanjutan lingkungan dan peningkatan jejak karbon untuk proses TiO2.

Proses efisien ini sedang dilakukan di pabrik uji coba Argex saat ini, yang beroperasi terus-menerus di Salaberry-de-Valleyfield, Quebec. Unit produksi pertama sebesar 50.000 mt juga akan berlokasi di tempat ini. Infrastruktur industri yang sudah ada di lokasi bekas tambang menghemat waktu dan pengeluaran modal besar, serta dapat menampung modul tambahan untuk produksi TiO2, menawarkan potensi besar untuk ekspansi. Kedekatan dengan infrastruktur pelabuhan, kereta api, dan jalan raya utama memudahkan pengiriman bahan mentah dan barang dagangan melalui jalur darat dan laut. Kawasan ini sudah diminati oleh industri hidrometalurgi dan pengolahan kimia dengan kedekatan dengan produksi asam HCl, akses pasokan gas alam, dekat dengan stasiun pembangkit Beauharnois milik Hydro Quebec, dan dekat dengan Bandara Internasional Trudeau Montreal. Pabrik Valleyfield akan mulai beroperasi pada awal 2015, dan akan berproduksi pada paruh pertama tahun yang sama.

TiO2 Rutile Murni melalui Proses AT

Proses klorida dimulai dengan klorinasi bijih pada suhu sekitar 1000 derajat Celsius dalam reaktor bed fluidized dengan adanya kokas. Kokas adalah bahan bakar dengan sedikit kotoran dan kandungan karbon tinggi, biasanya terbuat dari batu bara. Ini adalah bahan padat berkarbon yang berasal dari distilasi destruktif batu bara bituminus rendah abu dan belerang.

Proses sulfat mengendapkan TiO2 melalui hidrolisis dari larutan (larutan hitam) yang dibuat dengan merendam ilmenit (FeTiO3) menggunakan asam sulfat (H2SO4) dan sejumlah kecil logam, terutama kromium (Cr), vanadium (V), dan besi (Fe), yang memengaruhi warna produk dan memberinya nada kuning.

Masing-masing dari dua proses tersebut memiliki sejumlah kecil kotoran sebelum menghasilkan partikel TiO2 padat akhir. Kotoran-kotoran ini dapat memengaruhi morfologi, ukuran partikel, dan nada warna pigmen. Dengan dua langkah ekstraksi pelarutnya, proses AT mengendapkan TiO2 dari larutan bening tanpa kotoran.

Tiga proses produksi TiO2 memiliki perbedaan besar. Proses AT menunjukkan peningkatan besar dalam hal kualitas dan biaya, serta merupakan yang paling ramah lingkungan.

Sifat-sifat yang Dicapai dari Proses AT

Kemurnian putih dapat dicirikan oleh parameter seperti daya tutup (opasitas), kecerahan, dan nada warna. Dalam pelapis, sifat-sifat ini hanya akan terbentuk jika pigmen TiO2 tersebar sempurna dalam matriks.

Daya tutup terutama bergantung pada hamburan cahaya. Mata manusia biasanya merespons panjang gelombang dari sekitar 400 hingga 700 nm. Mata yang teradaptasi dengan cahaya umumnya memiliki sensitivitas maksimum sekitar 555 nm. Hamburan panjang gelombang menjadi lebih efisien ketika partikel memiliki diameter sekitar setengah dari panjang gelombang yang datang. Daya hamburan TiO2 yang paling efisien dicapai dengan rata-rata berat ukuran partikel sekitar 0,28 μm. Parameter penting lainnya meliputi desain partikel (semakin bulat semakin baik) dan distribusi ukuran partikel (semakin sempit distribusi ukuran partikel, semakin baik). Dengan proses AT, partikel TiO2 dibuat, setelah dua kali ekstraksi pelarut, dari larutan TiOCl2 murni. Pengendapan yang terjadi tanpa kotoran ion logam lain dalam kisi kristal titania, seperti Fe, Cr, dan V, akan memungkinkan kontrol yang lebih baik atas desain dan distribusi ukuran partikel.

Kecerahan terutama bergantung pada kemurnian pigmen. Sekali lagi, karena dua langkah ekstraksi pelarut dalam proses AT, pigmen TiO2 yang diperoleh akan mengandung lebih sedikit unsur jejak pewarna dibandingkan dengan proses klorida atau sulfat.

Nada warna dapat dianggap sebagai identitas pigmen. Ada dua nilai yang harus dipertimbangkan: nada (dalam warna putih), yang lebih atau kurang bergantung pada rata-rata berat ukuran partikel, dan nada dasar (dalam warna abu-abu), yang bergantung pada distribusi ukuran partikel. Ketika tersebar dalam pasta pigmen berwarna, warna yang dihasilkan bisa berbeda-beda, tergantung pada batch TiO2, karena panjang gelombang pendek dan panjang berbeda-beda hamburannya. TiO2 dengan distribusi ukuran partikel yang lebih kasar akan lebih banyak menghamburkan panjang gelombang merah dan hijau, sementara distribusi ukuran partikel yang lebih halus akan lebih baik menghamburkan panjang gelombang biru.

Karena warna abu-abu dengan nada kebiruan tampak lebih segar bagi mata manusia, dan nada kekuningan tampak kusam, TiO2 dengan nada kebiruan lebih disukai. Namun, kita harus ingat bahwa distribusi ukuran partikel yang halus, artinya nada kebiruan, akan menyebabkan hilangnya daya hamburan untuk panjang gelombang yang lebih panjang (misalnya merah), yang berarti penurunan total daya tutup atau opasitas.

Dalam proses klorida dan sulfat saat ini, partikel TiO2 jarang identik dari batch ke batch, terkadang memberikan spesifikasi nada dasar yang besar. Dengan proses AT dan langkah-langkah ekstraksi pelarut milik sendiri, lebih mudah mengontrol distribusi ukuran partikel.

Pengobatan Permukaan

Memperoleh partikel TiO2 yang murni dan sangat terdistribusi dengan baik memang diperlukan, tetapi tidak cukup—terutama dalam industri pelapis, di mana partikel TiO2 murni perlu menjalani beberapa perlakuan permukaan, seperti perlakuan organik untuk meningkatkan aliran dan dispersi dalam pengikat, serta perlakuan anorganik untuk meningkatkan stabilitas dan ketahanan terhadap cahaya (daya tahan).

Dispersi pigmen merupakan prioritas utama. Dalam dispersi yang buruk, bahkan pigmen terbaik pun tidak akan mampu mengembangkan sifat optiknya sendiri. Secara teori, semua pigmen dapat didispersikan dengan baik—hanya masalah waktu dan/atau penggunaan bantuan kimia. Namun, hal ini meningkatkan biaya.

Sebagai produsen TiO2 baru, kami tidak memiliki keterbatasan instalasi yang sudah ada untuk menentukan metode perlakuan permukaan, dan material kami akan mengusulkan teknologi terbaru yang tersedia, seperti alumina plus silika kulit padat dan/atau zirkonium. Teknologi ini sedang dikembangkan dengan kolaborasi bersama PPG.

Tiga seri pigmen akan segera tersedia:
– Seri RGX 100: rutile belum diolah untuk kosmetik, makanan, medis, dan kertas;
– Seri RGX 200: rutile yang telah diolah untuk plastik; dan
– Seri RGX 300: rutile yang telah diolah untuk pelapis.