В зависимости от специфики строения кристаллической решетки диоксид титана в природе встречается в нескольких модификациях: кубическая сингония (рутил), тетрагональная сингония (анатаз) и реже – ромбическая сингония (брукит). При добывании в основном получают модификации анатаз и рутил двумя методами: сульфатным или хлоридным.

Чаще всего исходным материалом для получения диоксида титана сульфатным методом служит ильменит – природная смесь различных оксидов, в основном четырехвалентного титана и трехвалентного ферума. При хлоридном методе исходным сырьем является хлоридная соль четырехвалентного металлического титана. Эти два метода позволяют добывать пигмент диоксид титана обеих модификаций.

Хлоридный метод проще сульфатного. Существуют три разновидности хлоридного метода получения диоксида. Соль титана гидролизируют в воде, а затем нерастворимый осадок гидроксида титана подвергают термическому воздействию для получения оксида титана. Можно проводить реакцию гидролиза при помощи водного пара и пара тетрахлоридной соли титана при температуре не ниже 1000 градусов, при этом диоксид приобретает свойства пигмента. Третий способ состоит в сжигании хлорида титана в кислородной атмосфере.

При сжигании необходимо поддерживать температуру на постоянном уровне с целью получения частиц одинакового размера, а также регулировать период времени, на протяжении которого образовавшиеся частицы пребывают под термическим воздействием. Именно условия сгорания и определяют структурную модификацию получаемого диоксида титана. Часто таким методом получают продукт, непригодный для производства лакокрасочных товаров, поскольку он содержит больше, чем 0,5% хлора. Недостатком производства пигментов диоксида титана является невозможность повторно использовать отделяющуюся при гидролизе титановой соли хлоридную кислоту, которая отделяется при гидролизе титановой соли.

Сульфатный метод представляет собой длинную цепь последовательных операций. На первой стадии породу размалывают и сушат, затем проводят реакцию с концентрированной сульфатной кислотой, после чего полученный титанилсульфат восстанавливают и осветляют. Таким образом, трехвалентный ферум восстанавливается до двухвалентного. После этого полученный раствор подвергают фильтрации, центрифугированию и кристаллизации в вакууме, затем выпаривают лишнюю влагу до необходимой концентрации титанилсульфатного раствора. При помощи центрифугирования от раствора отделяют железный купорос.

Далее следует гидролиз, то есть реакция с водой, в ходе которой получается гидрат двуокиси титана. В ходе последующей двухэтапной фильтрации отделяют различные примеси и посторонние вещества. Далее следует отбелка смеси, обработка солями с последующим прокаливанием для удаления влаги. После прокаливания вещество несколько раз размалывают, проводят обработку поверхности, затем сушат и мелко измельчают полученный пигмент.

Сегодня также известна технология получения диоксида титана из титаносодержащего кремниевого минерала сфена.