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En el proceso del sulfato, se utiliza la ilmenita (FeTiO3), un hierro/un material comunes del óxido de titanio. Se trata con el ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) y el sulfato del oxígeno del titanio (TiOSO4) se extrae y se convierte selectivamente en el dióxido de titanio.

1. La ilmenita se trata (digerido) con un exceso del 60% de ácido sulfúrico concentrado en una temperatura alrededor 100 °C. La reacción siguiente ocurre:

→ FeTiO3 + 2H2SO4 FeSO4 + TiOSO4 + 2H2O

2. En la etapa siguiente, se quita el sulfato del hierro del residuo (II). Pues FeSO4 no es muy soluble en las bajas temperaturas, la solución se refresca al °C alrededor 15 y FeSO4 cristaliza hacia fuera. Puede entonces ser quitado por la filtración.
Los productos acuosos restantes de la digestión se calientan al °C alrededor 110 para hidrolizar el sulfato del oxígeno del titanio.

TiOSO4 + (n+1) → TiO2 de H2O•nH2O + H2SO4

La etapa de la hidrólisis del proceso produce la basura ácida sulfúrica y un gel del precipitado que contiene el dióxido de titanio hidratado.

3. En la etapa pasada, el dióxido de titanio hidratado se calienta en hornos rotatorios grandes para eliminar el agua y para producir cristales del anatase o del rutilo (2 formas de dióxido de titanio).

TiO2•→ de nH2O TiO2 + nH2O

El agua se quita en las temperaturas entre los cristales de semilla 200-300°C. se añade para comenzar el proceso de la cristalización. Dependiendo de la temperatura de calefacción final (se forma 800−850°C o 900−930°C), anatase o rutilo, respectivamente.
El proceso del sulfato requiere el uso muy de una gran cantidad de ácido sulfúrico y produce cantidades copiosas de basura ácida. Esta basura ácida podía causar daño significativo al ambiente, si no dispuso responsable.