Илменит

Илменитот — минерал од титаниум-железо(II) оксид со идеализирана формула . Тоа е слабо магнетна црна или челично-сива цврста материја. Илменитот е најважната руда на титаниум и главен извор на титаниум диоксид, кој се употребува како бел пигмент во бои, мастила за печатење, ткаенини, пластика, хартија, креми за сончање, храна и козметика.
1 Структура и својства
Илменитот е тежок (специфична тежина 4,7), умерено тврд (има Мосова тврдост 5,6 до 6), непроѕирен црн минерал со субметален сјај. Речиси секогаш е масивен, а дебелите плочести кристали се доста ретки. Не покажува забележлив расцеп, туку се крши со конхоиден до нерамен прелом.
Илменитот кристализира во тригоналниот кристален систем со просторна група ''R3'' Кристалната структура на илменитот се состои од подреден дериват на структурата на корундот; кај корундот сите катјони се исти, но кај илменитот, јоните на Fe2<sup>+</sup> и Ti4<sup>+</sup> зафаќаат наизменични слоеви нормални на тригоналната c-оска.
Чистиот илменит е парамагнетен (покажува единствено многу слаба привлечност кон магнет), но илменитот формира цврсти раствори со хематит кои се слабо феромагнетни поради кое се значително привлечени кон магнет. Природните наслаги на илменит обично содржат меѓусебен или ексолвентен магнетит кој исто така придонесува за неговиот феромагнетизам.
Илменитот се разликува од хематитот според својата помалку напрегната црна боја и побледа појава и црна линија, а од магнетитот по својот послаб магнетизам.
2 Откритие
Во 1791 година, Вилијам Грегор открил наслаги од црн песок во поток кој течел низ долината јужно од селото Манакан (Корнвол) и за прв пат го распознал титаниумот како една од состојките на главниот минерал во песокот. Грегор го нарекол овој минерал ''манаканит''. Истиот минерал бил пронајден во Илменските Планини, во близина на Мијас, Русија, и бил наречен ''илменит''.
3 Минерална хемија
Чистиот илменит има состав . Сепак, илменитот најчесто содржи значителни количини на магнезиум и манган и до 6 тежински% хематит, замена за во кристалната структура. Така, комплетната хемиска формула може да се изрази како . Илменитот формира цврст раствор со геикиелит и пирофанит ( ) кои се крајни членови што содржат магнезиум и манган од серијата цврсти раствори.
Иако илменитот е обично сличен до идеалниот состав, со мали молски проценти на Mn и Mg, илменитите на кимберлитите обично содржат значителни количини на молекули на геикиелит, а во некои високо диференцирани фелзични карпи илменитите би можело да содржат значителни количини на молекули на пирофанит.
На температури над , постои целосен цврст раствор помеѓу илменит и хематит. Постои јаз во мешањето на пониски температури, кое резултира со напоредно постоење на овие два минерали во карпите, но без цврст раствор. Оваа ''напоредно постоење'' може да резултира со ламели на екслозија во оладени илменити со повеќе железо во системот отколку што може хомогено да се смести во кристалната решетка. Илменит кој содржи 6 до 13 проценти се опишува како ''фериански илменит''.
Илменитот се менува или троши формирајќи го псевдоминералот леукоксен, ситнозрнест жолтеникав до сивкаст или кафеав материјал збогатен до 70% или повеќе од . Леукоксенот е важен извор на титаниум во тешките минерални песочни рудни наоѓалишта.
4 Парагенеза
Илменитот е вообичаен помошен минерал кој може да се најде во метаморфните и магматските карпи. Се наоѓа во големи концентрации во слоевити интрузии каде што се формира како дел од кумулатниот слој во рамките на интрузијата. Илменитот генерално се јавува во овие кумулати заедно со ортопироксен или во комбинација со плагиоклаз и апатит (''нелсонит'').
Магнезискиот илменит се формира во кимберлитите како дел од MARID здружението на минерали (лискун - амфибол - рутил -илменит- диопсид) од глимеритски ксенолити. Манганоферозниот илменит се наоѓа во гранитни карпи, а исто така и во карбонатитните интрузии каде што може да содржи и аномално високи количини на ниобиум.
Голем број на мафични магматски карпи содржат зрна од испреплетени магнетит и илменит, формирани со оксидација на улвоспинел.
5 Преработка и потрошувачка
Поголемиот дел од илменитот се ископува главно поради производство на титаниум диоксид. Илменитот и титаниум диоксидот се употребуваат во производството на метален титаниум.
Титаниум диоксидот најмногу се употребува како бел пигмент, а главните индустрии што трошат TiO<sub>2</sub> пигменти се бои и површински премази, пластика и хартија и картон. Потрошувачката на TiO<sub>2</sub> по глава на жител во Кина е околу 1,1 килограм годишно, во споредба со 2,7 килограми за Западна Европа и Соединетите Американски Држави.
Титанот е деветтиот најзастапен елемент на Земјата и претставува околу 0,6% од Земјината кора. Илменитот најчесто се преработува за да се добие титаниумски концентрат, кој се нарекува „синтетички рутил“ доколку содржи повеќе од 90% TiO<sub>2</sub>, или поопшто „титаниферни згури“ ако има помала содржина на. Повеќе од 80 % TiO<sub>2</sub> производство на титаниумски концентрат се добива од преработка на илменит, додека 13 проценти се добиваат од титаниферни згури и 5 проценти од рутил.
Илменитот може да се претвори во титаниум диоксид преку пигментен квалитет преку сулфатниот процес или хлоридниот процес. Илменитот може да се подобри и прочисти до титаниум диоксид во форма на рутил употребувајќи го Бехеровиот процес.
Илменитните руди можат да се претворат и во течно железо и згура богата со титаниум преку процес на топење.
Челичарите употребуваат илменитна руда како флукс за обложување на огноотпорниот материјал на огништето на високата печка.
Илменитот може да се употреби за производство на феротитаниум преку алуминотермна редукција.
6 Производство на суровини
+Различни видови суровини од илменит., Суровина, Содржина, Процес
, (%),
Руда, <55, Сулфат
Руда, >55, Хлорид
Руда, <50, Топење (згура)
Синтетички рутил, 88–95, Хлорид
Хлоридна згура, 85–95, Хлорид
Сулфатна згура, 80, Сулфат
+Проценето содржано .производство (Метричка tpa x 1.000,илменит и рутил), Година, 2011, 2012–13
Земја, Американски геолошки институт, Проектирано
Австралија, 1.300, 247
Јужна Африка, 1.161, 190
Мозамбик, 516, 250
Канада, 700
Индија, 574
Кина, 500
Виетнам, 490
Украина, 357
Сенегал, -, 330
Норвешка, 300
САД, 300
Мадагаскар, 288
Кенија, -, 246
Шри Ланка, 62
Сиера Леоне, 60
Бразил, 48
Други земји, 37
Целиот свет, ~6.700, ~1.250
Поголемиот дел од илменитот се добива од тешки минерални песочни рудни наслаги, каде што минералот е концентриран како плацерско наоѓалиште, а атмосферските влијанија ја намалуваат неговата содржина на железо, зголемувајќи го процентот на титаниум. Сепак, илменитот може да се добие и од извори на титаниумска руда од „тврда карпа“, како што се ултрамафични до мафични слоевити интрузии или анортозитни масиви. Илменитот во слоевитите интрузии понекогаш е изобилен, но содржи значителни меѓурастенија на магнетит кои го намалуваат неговиот степен на руда. Илменитот од анортозитни масиви често содржи големи количини на калциум или магнезиум што го прават несоодветен за процесот на хлорид.
Докажаните резерви на илменитни и рутилни руди се проценуваат на помеѓу 423 и 600 милиони тони титаниум диоксид. Најголемите наоѓалишта на илменит се наоѓаат во следните земји: Јужна Африка, Индија, САД, Канада, Норвешка, Австралија, Украина, Русија и Казахстан. Дополнителни наоѓалишта се наоѓаат во Бангладеш, Чиле, Мексико и Нов Зеланд.
Австралија била најголемиот светски производител на илменитна руда според податоци од 2011 година, со околу 1,3 милиони тони производство, по што следувале Јужна Африка, Канада, Мозамбик, Индија, Кина, Виетнам, Украина, Норвешка, Мадагаскар и САД.
Четирите најголеми производители на суровини од илменит и рутил во 2010 година биле Рио Тинто Груп, Илука Рисорсис, Ексаро и Кенмар Рисорсис, кои заедно сочинувале повеќе од 60% од светските залихи.
Двата најголеми рудници за илменит со отворен лив во светот се:
* Рудник Телнес, кој се наоѓа во Сокндал, Норвешка, а го управува Titania AS (во сопственост на Kronos Worldwide Inc.), со капацитет од 0,55 Mtpa и 57 Mt содржел резерви.
* Рудникот Лак Тио на групацијата Рио Тинто се наоѓа во близина на Авр Сен Пјер, Квебек, во Канада со капацитет од 3 милиони тони годишно и резерви од 52 милиони тони.
Главните операции за рударство на илменит на основа на минерален песок вклучуваат:
* Ричардс Беј Минералс во Јужна Африка, во мнозинска сопственост на Рио Тинто Груп.
* Рудникот Мома на „Кенмар Рисорсис“ во Мозамбик.
* Рударските операции на „Илука Ресоурсис“ во Австралија, вклучувајќи ги Мареј Бејсин, Енеаба и Капел.
* „Керала Минералс енд Металс“ ДОО (KMML), индиски рудници за ретки метали (IRE), рудници за минерали VV во Индија.
* Рудникот Гранде Кот на „ТиЗир Лтд.“ во Сенегал * Рудникот QIT Madagascar Minerals, во мнозинска сопственост на Rio Tinto Group, започна со производство во 2009 година и се очекува да произведува 0,75 Mtpa илменит, со потенцијално проширување на 2 Mtpa во идните фази.
Атрактивните големи потенцијални наоѓалишта на илменит вклучуваат:
* Наоѓалиштето на магнетит-илменит Кархујупука во Колари, северна Финска, со резерви од околу 5 милиони тони и руда што содржи околу 6,2% титаниум.
* Наоѓалиштето на руда Бала Бала со магнетит-железо-титаниум-ванадиум во Пилбара, Западна Австралија, кое содржи 456 милиони тони акумулиран хоризонт на руда со степен на содржина од 45% , 13,7% и 0,64% , едно од најбогатите магнетит-илменитски рудни тела во Австралија * Наслагите на минерален песок Кобурн, WIM 50, Даглас, Пункари во Австралија
* Наслагите од титано-магнетит <sub>„</sub> сврака“ (железо-титаниум-ванадиум-хром) се наоѓаат во источен Квебек во Канада, со околу 1 милијарда тони што содржат околу 43% Fe, 12% <sub>TiO2</sub>, 0,4% <sub>V2O5</sub> и 2,2% <sub>Cr2O3</sub><sub>.</sub>* Наоѓалиштето Лонгноуз во североисточна Минесота се смета за „најголемо и најбогато наоѓалиште на илменит во Северна Америка“.
Според податоци од 2020 година, Кина имала убедливо највисока активност за рударство на титаниум. Околу 35% од илменитот во светот се ископува во Кина, што претставува 33% од вкупното рударство на титаниумски минерали (вклучувајќи илменит и рутил). Јужна Африка и Мозамбик се исто така важни придонесувачи, претставувајќи 13% и 12% од светското рударство на илменит, соодветно. Австралија претставува 6% од вкупното рударство на илменит и 31% од рударството на рутил. Сиера Леоне и Украина се исто така големи придонесувачи во рударството на рутил.
Кина е најголемиот производител на титаниум диоксид, по што следат САД и Германија. Кина е исто така лидер во производството на титаниумски метал, но Јапонија, Руската Федерација и Казахстан се претставуваат значајни придонесувачи во оваа област.
7 Патентирачки активности
Активноста за патентирање поврзана со производство на титаниум диоксид од илменит брзо се зголемува. Во периодот помеѓу 2002 и 2022 година, имало 459 патертирани семејства кои го опишуваат производството на титаниум диоксид од илменит, а овој број брзо расте. Поголемиот дел од овие патенти опишуваат процеси на претходна обработка, како што се топење и магнетно одвојување, за зголемување на концентрацијата на титаниум во минерали со низок степен, кое резултира со титаниумски концентрати или згура. Други патенти опишуваат процеси за добивање на титаниум диоксид, или преку директен хидрометалуршки процес или преку два индустриски искористувачки процеси: сулфатниот процес и хлоридниот процес. Киселинското исцедување може да се употреби или како претходна обработка или како дел од хидрометалуршкиот процес за директно добивање на титаниум диоксид или синтетички рутил (>90% титаниум диоксид,TiO<sub>2</sub>). Процесот на сулфат претставува 40% од светското производство на титаниум диоксид и е заштитен во 23% од семејствата на патенти. Процесот на хлорид се споменува само во 8% од семејствата на патенти, иако тој обезбедува 60% од светското индустриско производство на титаниум диоксид.
Клучни придонесувачи за патентите за производство на титаниум диоксид се компании од Кина, Австралија и САД, што го одразува големиот придонес на овие земји во индустриското производство. Кинеските компании Панганг и Ломон Билионс Груп се главните придонесувачи и поседуваат диверзифицирани патентни портфолија што опфаќаат и претходна обработка и процеси што водат до финален производ.
За споредба, патентната активност поврзана со производство на титаниум од илменит останува стабилна. Во периодот помеѓу 2002 и 2022 година, имало 92 патентирани семејства кои го опишуваат производството на титаниум од илменит, и овој број останал релативно стабилен. Овие патенти го опишуваат производството на титаниум почнувајќи од минерални руди, како што е илменит, и од титаниум диоксид (TiO<sub>2</sub>) и титаниум тетрахлорид (TiCl<sub>4</sub>), хемикалија добиена како меѓупроизвод во хлоридниот процес. Почетните материјали се прочистуваат, доколку е потребно, а потоа се претвораат во титаниум преку процес на хемиска редукција со употреба на редукционо средство. Процесите главно се разликуваат во однос на редукционото средство што се користи за преобразба на почетниот материјал во титаниум: магнезиумот е најчесто цитираното редукционо средство и најексполатирано во индустриското производство.
Клучни играчи во оваа област се јапонските компании, особено „Тохо Титаниум“ и „Осака Титаниум Технолоџис“, кои се фокусираат на редукција со употреба на магнезиум. „Панганг“ исто така придонесува за производство на титаниумски метал и поседува патенти што опишуваат редукција со електролиза на стопена сол.
8 Месечев илменит
Илменит е пронајден во месечеви примероци, особено во базалти со висока содржина на Ti кај месечевите метеорити, вообичаени од местоположбите на Аполо 11 и Аполо 17, и во просек сочинува до 5% од месечевите метеорити. Илменитот е цел за екстракција на вода и кислород од ISRU поради едноставна реакција на редукција што се јавува со пуфери на CO и H<sub>2</sub>. Мисијата VMMO на Европската вселенска агенција, која се очекува да започне во 2028 година, има намера да ја мапира распространетоста на илменит на Месечината.