A produção de dióxido de titânio (TiO2) existe há quase 100 anos. As pessoas utilizam esse pigmento branco principal todos os dias, pois ele é empregado em tintas, plásticos, alimentos e bebidas, cosméticos, têxteis e papel. A demanda global por TiO2 em 2012 foi de 5,3 milhões de toneladas (8 libras per capita na América do Norte).

Como pigmento, o TiO2 é disperso em diversas matrizes para permitir a espalhamento e reflexão da luz visível. Durante muitos anos, diferentes substâncias, caracterizadas pelo seu índice de refração (IR), foram usadas para obter reflexão da luz—quanto maior o IR, maior a reflexão. O TiO2 possui o maior IR entre os pigmentos brancos tipicamente utilizados na indústria.

O espalhamento da luz visível confere ao TiO2 suas propriedades ópticas mais importantes, incluindo opacidade, brilho, lustre, tom (branco) e subtom (cor), poder de clareamento (força de tingimento), resistência às intempéries, durabilidade e abrasividade.

Até agora, o TiO2 tem sido produzido por meio do processo de sulfato (1916) ou do processo de cloreto (1948). Cada processo apresenta vantagens e desvantagens próprias. A Argex Titanium Inc., uma empresa canadense, recentemente passou de uma companhia de exploração mineral com ativos no Labrador para um produtor de TiO2 de curto prazo com o desenvolvimento de um terceiro processo de TiO2 chamado Tecnologia Argex (AT). Esse processo hidrometalúrgico proprietário e patenteado, baseado na tecnologia de extração por solvente CTL, utiliza extração por solvente (SX). A SX, um processo metalúrgico (extração líquido-líquido), é uma tecnologia bem conhecida usada para separar compostos. Ela vem sendo utilizada há muitos anos para diversas aplicações, como a produção de urânio.

O Processo AT

Durante o processo AT, o minério de ilmenita é lixiviado por ácidos, seguido de uma primeira extração por solvente para remover o ferro e, em seguida, uma segunda extração por solvente para remover TiOCl2 e obter uma solução clara contendo titânio. Uma hidrólise sobre essa solução clara, livre de impurezas e contaminantes, resultará em TiO2 puro. As etapas de lavagem do pigmento no processo AT são mais fáceis e eficientes em comparação com o processo de sulfato.

Matéria-prima barata e disponível, o TiO2 é usado como matéria-prima, fornecida por fornecedores convencionais de minérios (isto é, ilmenita); também são utilizados “rejeitos” (de menor custo) das indústrias de mineração, que são matérias-primas que outros processos não conseguem utilizar. Como um processo econômico, o AT é ambientalmente atrativo, pois é energeticamente eficiente, não utiliza alta pressão ou temperaturas, nem cloro, é uma operação de ciclo fechado e possui rejeitos inertes muito baixos, fáceis de recuperar. Todos os subprodutos têm alto grau de pureza e são facilmente reaproveitados em diversas indústrias, como no tratamento de água. O processo AT representa um novo passo em sustentabilidade ambiental e uma melhoria na pegada de carbono para o processo de TiO2.

Este processo eficiente está sendo conduzido na atual planta-piloto da Argex, em operação contínua em Salaberry-de-Valleyfield, Quebec. A primeira unidade de produção, com capacidade de 50.000 mt, também ficará neste local. A infraestrutura industrial existente em um terreno já utilizado economiza tempo e grandes investimentos, podendo acomodar módulos adicionais de produção de TiO2, oferecendo um potencial significativo de expansão. A proximidade com importantes infraestruturas portuárias, ferroviárias e rodoviárias facilita o transporte de matérias-primas e mercadorias por via terrestre e marítima. A região já é favorecida pelas indústrias de processamento hidrometalúrgico e químico, com proximidade à produção de ácido HCl, acesso a suprimentos de gás natural, próxima à central geradora Beauharnois da Hydro Quebec e próxima ao Aeroporto Internacional Trudeau de Montreal. A planta de Valleyfield será colocada em operação até o início de 2015 e estará em produção durante a primeira metade desse mesmo ano.

TiO2 Rutilo Puro via Processo AT

O processo de cloreto começa com a cloração do minério a uma temperatura de cerca de 1000 graus Celsius em um reator de leito fluidizado na presença de coque. O coque é um combustível com poucas impurezas e alto teor de carbono, geralmente feito de carvão. É o material carbonáceo sólido derivado da destilação destructiva de carvão betuminoso com baixo teor de cinzas e enxofre.

O processo de sulfato precipita TiO2 por hidrólise a partir de uma solução (o licor preto) obtida pela lixiviação de ilmenita (FeTiO3) com ácido sulfúrico (H2SO4) e traços de metais, especialmente cromo (Cr), vanádio (V) e ferro (Fe), que afetam a cor do produto e lhe conferem um tom amarelo.

Cada um dos dois processos apresenta traços de impurezas antes de obter as partículas sólidas finais de TiO2. Essas impurezas podem influenciar a morfologia, o tamanho das partículas e o tom de cor do pigmento. Com suas duas etapas de extração por solvente, o processo AT precipita TiO2 a partir de uma solução clara sem impurezas.

Os três processos de produção de TiO2 apresentam grandes diferenças. O processo AT demonstra uma grande melhoria em termos de qualidade e custo e é o mais ecologicamente correto.

Propriedades Obtidas pelo Processo AT

A alvura pode ser caracterizada por parâmetros como poder de cobertura (opacidade), brilho e tom de cor. Em revestimentos, essas propriedades só serão desenvolvidas se o pigmento TiO2 estiver perfeitamente disperso na matriz.

O poder de cobertura depende principalmente do espalhamento da luz. Um olho humano típico responde a comprimentos de onda de cerca de 400 a 700 nm. Um olho adaptado à luz geralmente tem sua máxima sensibilidade por volta de 555 nm. O espalhamento de comprimentos de onda torna-se mais eficiente quando a partícula tem um diâmetro aproximado à metade do comprimento de onda incidente. O poder de espalhamento mais eficiente do TiO2 é alcançado com uma média ponderada do tamanho das partículas de aproximadamente 0,28 μm. Outros parâmetros críticos incluem o design das partículas (quanto mais esféricas, melhor) e a distribuição do tamanho das partículas (quanto mais estreita a distribuição, melhor). Com o processo AT, as partículas de TiO2 são criadas, após as duas extrações por solvente, a partir de uma solução pura de TiOCl2. A precipitação que ocorre sem impurezas de outros íons metálicos na rede cristalina da titânia, como Fe, Cr e V, permitirá um melhor controle do design e da distribuição do tamanho das partículas.

O brilho depende principalmente da pureza do pigmento. Novamente, devido às duas etapas de extração por solvente no processo AT, o pigmento TiO2 obtido conterá menos elementos traços colorantes do que nos processos de cloreto ou sulfato.

O tom de cor pode ser considerado como a identidade do pigmento. Dois valores devem ser levados em conta: o tom (em branco), que depende mais ou menos da média ponderada do tamanho das partículas, e o subtom (em cinza), que depende da distribuição do tamanho das partículas. Quando disperso numa pasta de pigmentos coloridos, a cor resultante pode ser diferente, dependendo do lote de TiO2, pois comprimentos de onda mais curtos e mais longos se espalham de maneira diferente. O TiO2 com uma distribuição de partículas mais grossa espalha preferencialmente os comprimentos de onda vermelhos e verdes, enquanto uma distribuição de partículas mais fina espalha melhor os comprimentos de onda azuis.

Como uma cor cinza com tom azulado parece mais fresca ao olho humano, e um tom amarelado tem aparência manchada, o TiO2 com tom azulado é preferido. No entanto, devemos lembrar que uma distribuição fina de partículas, ou seja, um tom azulado, levará a uma perda do poder de espalhamento para comprimentos de onda mais longos (por exemplo, vermelho), o que significa uma redução no poder total de cobertura ou opacidade.

Nos atuais processos de cloreto e sulfato, as partículas de TiO2 raramente são idênticas de lote para lote, às vezes apresentando grandes especificações de subtom. Com o processo AT e suas etapas proprietárias de extração por solvente, é mais fácil controlar a distribuição do tamanho das partículas.

Tratamento de Superfície

Obter partículas de TiO2 puras e muito bem distribuídas é necessário, mas não suficiente—particularmente na indústria de revestimentos, onde as partículas puras de TiO2 precisam receber alguns tratamentos superficiais, como tratamento orgânico para melhorar a fluidez e a dispersão no aglutinante, e tratamento inorgânico para melhorar a estabilidade e a resistência à luz (durabilidade).

A dispersão de pigmentos é uma prioridade. Em uma dispersão ruim, mesmo o melhor pigmento não conseguirá desenvolver suas próprias propriedades ópticas. Todos os pigmentos podem, em teoria, ser bem dispersos – trata-se apenas de uma questão de tempo e/ou do uso de auxiliares químicos. No entanto, isso eleva o custo.

Como novos produtores de TiO2, não temos as restrições de uma instalação já existente que obriguem determinados métodos de tratamento de superfície, e nossos materiais irão propor as mais recentes tecnologias disponíveis, tais como alumina mais sílica de pele densa e/ou zircônio. Essa tecnologia está sendo desenvolvida em colaboração com a PPG.

Três séries de pigmentos serão disponibilizadas rapidamente:
– Série RGX 100: rutilo não tratado para cosméticos, alimentos, medicina e papel;
– Série RGX 200: rutilo tratado para plásticos; e
– Série RGX 300: rutilo tratado para revestimentos.