Минерал двуокись титана

Геохимия и минералогия титана

Геохимические особенности поведения титана в земной коре исследовались в разные годы В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом, А. П. Виноградовым, В. В. Щербиной и другими советскими геологами. Благодаря работам этих ученых было установлено, что титан встречается и природе в разных степенях окисления, но с резко преобладающей четырехвалентной формой. Относясь к семейству железа, титан образует с ним множество минералов и вместе с окислами железа — широко распространенные железотитановые руды. Но в то же время титан характеризуется отчетливыми литофильными свойствами, диоксид титана входит в состав многих силикатов, но в отличие от железа и металлов его группы титан ярко выраженных сидерофильных и халькофильных свойств не проявляет: в природе не встречаются ни карбонаты, ни сульфиды, ни арсениды титана, ни самородный титан.

Диоксид титана и закись железа дают одно из самых устойчивых природных соединений — ильменит FeTiО3(TiО2•FeO). В этом отношении он весьма сходен с ниобием, пентаоксид которого дает с закисью железа самый устойчивый и распространенный минерал — колумбит FeNb2O6(Nb2O5•FeO), и с вольфрамом — минерал вольфрамит FeWO4 (WO3•FeO). Это позволяет говорить о существовании в периодической системе «диагонального» ряда титан-ниобий-вольфрам. Выдающаяся природная устойчивость соединения FeO•TiO2, проявляющаяся в чрезвычайно широком его распространения как минерала ильменит, объясняется благоприятным соотношением величин ионных радиусов Fe 2+ и Тi 4+ (или Fe 2+ и TiO3 2- ), которое в случае ильменита достигает оптимального значения.

Кроме способности образовывать собственные минералы из классов окислов (рутил) и сложных окислов (ильменит, лопарит, перовскит), силикатов (сфен), содержащих десятки процентов TiO2, титан способен рассеиваться в магнезиально-железистых силикатах: пироксенах, особенно клинопироксенах типа авгита, в амфиболах, главным образом в щелочных, в слюдах (биотите). В этих силикатах титан может гетеровалентно замещать собой ионы размером от 0,57 Å (Аl 3+ ) до 0,91 Å (Мn 4+ ).

Вхождение титана в силикаты и обособление его из них в виде самостоятельных минералов определяются составом среды, концентрацией летучих и величинами температуры и давления. В соответствии с этим намечаются две ветви концентраций титана в эндогенных горных породах: 1) в габбро, горнблендитах и пироксенитах; 2) в щелочных сиенитах агпаитового ряда.

Из ультраосновных пород перидотиты и дуниты обычно не титаноносны, так же как и породы гранитоидного ряда. Это в значительной степени определяется растворимостью титановых соединений в расплавах таких составов.

Химия и кристаллохимия титана в природных условиях определяются тем, что титан присутствует существенно в четырехвалентном состоянии, и только в виде кислородных соединений, т. е. TiO2.

Природные химические реакции титана определяют формы его нахождения в природе, и отсюда — условия его концентрации и рассеяния. Очень важно знать те химические реакции, которые обусловливают образование или разложение минералов данного элемента. Таким образом, минерал в данном случае фигурирует не в качестве твердого тела с определенным комплексом физических свойств (кристаллическая форма, плотность, твердость и т. д.), а в качестве природного химического реагента, взаимодействующего с одними соединениями и пассивного по отношению к другим.

Изучение таких реакций очень важно для познания условий образования в природе обособленных соединений титана (его минералов) или его рассеяния в результате образования смешанных кристаллов (твердых растворов) в преобладающих минералах.

Процессы образования твердых растворов основаны на изоморфных замещениях Аl2O3 на FeTiO3, Fe 3+ на Ti 4+ с одновременной компенсацией избыточного заряда Ti 4+ путем замещения второго иона Fe 3+ на Mg 2+ или Fe 2+ и т. д.

В ряде случаев это может быть замещение NaNb на CaTi и т. д., в соответствии с представлениями об изоморфизме соединений титана.

Рассмотренные выше изоморфные отношения титана имеют большое теоретическое значение, но удельный вес титана, связанного с минералами ниобия, тантала, циркония, силикатов, в общем геохимическом балансе этого металла весьма незначителен. Основная часть титана земной коры представлена собственно титановыми минералами группы окислов и сложных окислов.

Практически весь титан земной коры можно подразделить на две основные части: первая из них сконцентрирована в структурах небольшого числа, но очень распространенных собственных минералов титана — ильменита, рутила, сфена и др.; вторая рассеяна на правах изоморфизма в атомных постройках породообразующих силикатов, титано-тантало-ниобатов и др.

Титан характеризуется отчетливыми литофильными свойствами, и в отличие от сидерофильных элементов группы железа и других он не встречается в природе ни в самородном состоянии, ни в виде сульфидов, арсенидов, галогенидов, нитридов и т. д. Известна лишь единственная находка нитрида титана (TiN) — минерала осборнита в массе метеорита Бести (Индия).

Как уже было сказано, минералы титана являются кислородными соединениями. Более половины из них представлены силикатами, а остальные — оксидами и сложными оксидами. Все минералы титана — акцессорные минералы горных пород, и лишь некоторые из них (ильменит, в меньшей мере — лейкоксен, рутил, сфен) присутствуют в магматических породах почти всех типов, а в некоторых из них могут давать крупные скопления при содержании 25-30%. Большая часть минералов титана кристаллизуется в специфических условиях и связана почти исключительно с породами основного и щелочного состава.

Известно более 120 минералов титана, и по количеству встречающихся и земной коре минералов этот элемент занимает одно из первых мест. Титансодержащие минералы относятся к четырем классам природных минеральных соединений титана, распределяясь по ним весьма неравномерно. Класс простых оксидов включает всего 5% известных минералов титана, сложных оксидов — 34%, а титано-тантало-ниобатов и титано-силикатов — по 30,5%.

Титано-тантало-ниобаты в самостоятельный класс минералов выделились сравнительно недавно. Прежде минералы этой труппы относили к классу сложных оксидов титанатов и тантало-ниобатов, считая их природными солями сложных титановых, ниобиевых и танталовых кислот. Некоторые исследователи минералы данного класса рассматривают как комплексные соединения, в которых роль центрального иона — комплексообразователя — играют ниобий, тантал, титан, а аддендами являются кислород, реже фтор или гидроксил. В общем виде состав этих минералов предлагается изображать как А’m(BpXq)nH3O, где A — катионы крупного (Са, ТR, V, Th, Na) или среднего (Mn, Fe, Mg) размера, В — ниобий, тантал, титан, X -кислород, замещаемый в некоторых случаях частично гидроксильной группой или фтором.

Среди титано-тантало-ниобатов широко распространены метамиктные образования, рентгеноаморфные, восстанавливающие кристаллическую структуру при нагревании до 400-900° С. Минералы этого класса содержат обычно большое количество литофильных элементов и реже сидерофильных. В них широко развиты изоморфные замещения как изовалентного, так и гетеровалентного типа. Один из главных изоморфных рядов — Та-Nh-Ti. Для этих элементов характерна шестерная координация в структуре минералов и близость ионных радиусов: Ti — 0,68 Å; Nb — 0,69 Å; Та — 0,68 Å.

Наиболее простая структура, в которой наблюдаются широкие замещения 2Ti 4+ →Nb 5- (Та 5+ ) + Fe 3+ — структура рутила. Эти замещения могут быть настолько значительными, что при их реализации образуются две минеральные разновидности — ильменорутил и стрюверит.

Для класса силикатов титан является весьма характерным элементом, в основном — для его темноцветных представителей: пироксенов, амфиболов и слюд. Во всех этих минералах титан присутствует в виде изоморфной примеси, замещая трехвалентное железо, алюминий, хром, марганец.

В ромбических пироксенах содержания TiО2 редко достигают 1%, в моноклинных — иногда 2,5%. Моноклинные пироксены (диопсид, геденбергит, эгирин, авгит) содержат относительно немного титана. Однако для пироксенов с высоким содержанием алюминия (для авгитов, например) характерны и большие количества титана и железа. Так, среднее содержание Al2O3 в титаноавгитах равно 8,25%, а TiО2 в них обычно колеблется от 3 до 5%, иногда до 9%. Для минералов из группы амфиболов не характерны высокие содержания TiО2.

В светлых слюдах титана почти нет, очень редко 1-2% в мусковите. В биотите титан, скорее всего, занимает вакантные позиции при недостатке в структуре минерала кремния или алюминия, т. е., помимо присущей титану октаэдрической координации, в биотите он может иметь тетраэдрическую координацию. В октаэдрической позиции титан замещает железо и магний.

Несколько слов о названии минерала. Оно было дано минералу в 1827 г. немецким минералогом Кунфером по названию Ильменских гор на Урале, где он был найден впервые в России. С тех пор за этим минералом прочно утвердилось название «ильменит», хотя и до и после 1827 г, названия ему давались самые разнообразные. (Вспомним, что монах Грегор, открывший в черных песках долины Менакэна ильменит-титаномагнетит, дал этому минералу название по месту находки — «менакэнит».)

Под этим названием в настоящее время объединяется группа нескольких изоструктурных минералов: собственно ильменит — чисто железистая разновидность FeTiО3(FeO•TiО2), магниевая разновидность MgTiO3 — гейкилит; марганцевая разновидность МnТiO3 — пирофанит и гематит FeFeО3(Fe2О3). Гейкилит и пирофанит являются довольно редкими минералами. Первый распространен главным образом в ультраосновных породах (серпентинизированных дунитах) и кимберлитах, в хромоносных ультрабазитах. Иногда он встречается в метаморфически измененных известняках, находят его в некоторых прибрежно-морских россыпях (Шри Ланка). Пирофанит в более или менее значительных количествах обнаружен в метаморфических месторождениях марганца, реже — в щелочных породах и в их пегматитах.

Железистый член группы — собственно ильменит в отличие от гейкилита и пирофанита встречается практически во всех типах пород: в глубинных и излившихся магматических породах ультраосновного, основного, среднего, кислого и щелочного составов, в пегматитах и кварцевых жилах, в осадочных и в метаморфических породах, в россыпях. Ильменит называют полигонным минералом, т. е. образующимся в очень широком диапазоне физико-химических природных условий.

Что же представляет собой ильменит?

Это минерал класса сложных оксидов с общей формулой FeTiО3, или FeO•TiО2, т. е. это оксид титана и железа, теоретически содержащий 47,3% FeO и 52,7% TiO2. Однако в земных условиях ильменит такого состава практически неизвестен. Очень близкие к нему ильмениты обнаружены лишь на Луне. Здесь в отсутствие кислорода образовались ильмениты почти стехиометрического состава: они практически не содержат высших оксидов железа (Fe2O3, Fe3O4), столь частых в земных ильменитах, и имеют очень немного примесей других оксидов. Образцы, доставленные экспедициями («Аполлона-11», «Луны-16 и -20», содержали (в вес.%): TiO2 51,7-56,3; FeO 32,4-48,1; MgO 0-9,6; MnO 0-0,45; CaO 0-0,58; Cr2О3 0,1-0,85; SiO2 0-0,45; Al2O3 0-1,6.

Земные ильмениты отличаются от лунных и друг от друга по многим физическим свойствам, а также по химическому составу. Эти различия обусловлены в первую очередь генезисом, а во вторую — степенью измененности минерала в поверхностных условиях. Так, для кимберлитов характерны гейкилиты, для ильменитов ультраосновных пород — высокие содержания магния и хрома.

В основных породах типа габбро присутствуют чисто железистые ильмениты, содержащие 48-56% TiO2; 40-43% FeO, 3-15% Fe2О3. Примеси магния, марганца, хрома в этих ильменитах незначительны: MgO — 0,6-3,6%; МnО — 0,6-1%; хрома — до 0,1%.

Для средних пород типа сиенитов характерны ильмениты, в которых 49-51% TiO2 и 41-42% FeO, т. е. почти неизмененные разности минерала. Содержание окисного железа, как правило, не превышает 5-7% Fe2О3, а примеси магния, марганца, кальция — первые десятые доли процента.

Примерно такой же состав имеет и ильменит из щелочных пород и их пегматитов. В нефелиновых, щелочных сиенитах, в щелочных ультрабазитах и связанных с ними карбонатитах он представлен малоизмененной разновидностью, содержащей 34-54% TiO2, 33-41% FeO, 2-12% Fe2О3.

Для ильменитов из этих пород характерны повышенные содержания ниобия, 0,1-2%, иногда до 2,5% Nb2O5, а также марганца — до 4,5% МnО. Для ильменитов из ультраосновных щелочных пород и карбонатитов отмечается повышенное содержание магния — до 1-5% MgO. В ильменитах из пород щелочного комплекса нет хрома и ванадия.

В кислых породах типа гранитов и связанных с ними пегматитах и в кварцевых жилах распространен ильменит своеобразного состава. Это обычно малоизмененная разновидность с TiО2 45-53%, FeO 14-42%, Fe2О3 3-19%, но, как правило, содержит много марганца: 3-15%. Содержание магния до 2%, ниобия до 0,2%, хром и ванадий отсутствуют.

Остановимся несколько подробнее на физических свойствах самого ильменита. В породах и рудах он встречается в виде отдельных кристаллов таблитчатой, уплощенной формы, неправильных зёрен и их агрегатных скоплений. Цвет неизмененных разновидностей черный, по мере изменения ильменита переходит от черного через бурый, коричневый до бельевого и светло-желтого. Также меняются и другие его свойства: плотность от 4,8 снижается до 4 г/см 3 , магнитная восприимчивость — от 960•10 -6 до 68•10 -6 эл. магн. од./г, электропроводность — от 0,01 до 0,0001 ом -1 •см -1 .

В чем физическая сущность процессов изменения ильменита и почему им придается такое большое значение?

Ильменит в целом устойчивый минерал и хорошо сохраняется в корах выветривания основных пород и в россыпях. Однако в процессе выветривания под воздействием на него атмосферных и водных агентов подвергается изменению. Записное железо в поверхностных и близповерхностных условиях окисляется: 2FeO + О→Fe2О3. Окисное железо, будучи хорошо растворимым в воде соединением, вымывается из ильменита. В минерале образуется избыток TiО2, который, как бы высвобождаясь из кристаллической решетки, перекристаллизовывается в рутил (его еще называют «вторичный рутил»). Иногда из сильно измененного, окисленного ильменита выщелачивается все железо, этот минерал, сохраняющий старую форму, содержит 80-95% TiО2.

Такой вторичный рутил именуют лейкоксеном.

Измененный ильменит с большим содержанием лейкоксена хрупок, обладает пониженной плотностью и магнитной восприимчивостью. Он, как правило, содержит больше нежелательных для сернокислотной переработки примесей фосфора и хрома. А вот для плавки в целях получения титановых шлаков высокотитанистый измененный ильменит — прекрасное сырье.

Рутил — самая обычная форма TiО2, встречающаяся в природе. Это высокотемпературная полиморфная модификация, обладающая наименьшим молекулярным объемом из всех модификаций TiО2. Поэтому рутил присутствует преимущественно в минеральных ассоциациях, образующихся при высоких температурах и давлениях. Рутил распространен во многих глубинных магматических породах. Иногда попадается вместе с ильменитом и гематитом в габбро-анортозитах, в виде самостоятельных зёрен или в структурных формах распада — в тонком прорастании с ильменитом и гематитом.

При метаморфических процессах рутил образуется за счет титансодержащих минералов, выделяясь в виде зерен в эклогитах, амфиболитах, гнейсах, метаморфизованных известняках.

Рутил из-за очень плотной упаковки в его решетке кислородных ионов является самым устойчивым из всех минералов титана. Вследствие этого он накапливается в россыпях, иногда образуя весьма крупные и богатые месторождения вместе с другими минералами (ильменитом, лейкоксеном, цирконом, монацитом и др.). Земные рутилы содержат 90-99% TiО2, лунные — 85-99%. В качестве примесей присутствует железо (до 2%), ниобии (до 0,5%, в лунных рутилах — до 7%), а также десятые-сотые доли процента кремния, алюминия, марганца, магния, кальция, хрома.

Анатаз — низкотемпературная полиморфная модификация TiО2. Менее устойчив, чем рутил. Образуется в титансодержащих породах на начальных стадиях их метаморфизма, на последующих стадиях переходит в более устойчивые формы, сначала в брукит, затем в рутил. Встречается как новообразование в осадочных породах, в глинах, бокситах. В россыпях находится вместе с рутилом, но значительно реже его.

Лейкоксен по составу близок к диоксиду титана и является продуктом изменения многих титановых минералов, чаще — ильменита и сфена.

Минерал представляет собой скрытокристаллические выделения желтоватого и буроватого цвета. Методом рентгенофазового анализа в нем устанавливаются фазы анатаза, брукита, рутила.

В природных условиях лейкоксен чаще всего образуется за счет окисления ильменита. При этом двухвалентное железо его переходит в трехвалентное и выносится частично или полностью из решетки кристалла, оставляя остов из двуокиси титана с переменным количеством Fe 2+ и Fe 3+ . Этот процесс особенно характерен для коры выветривания и россыпей.

Лейкоксен отличается крайне непостоянным химическим составом. Но в среднем для него характерны более высокие содержания двуокиси титана, чем для ильменита, обычно на уровне 65-90% TiО2. Он является ценным минералом россыпей, так как легко (наравне с рутилом) извлекается в высокотитанистый лейкоксен-рутиловый концентрат. В качестве примесей в лейкоксене из амфиболитов присутствуют SiO2 — 27-28%, Fe2О3 — до 0,1%, Al2O3 — до 3-4%. Лейкоксен из россыпей содержит в больших количествах железо (до 30%), иногда алюминий (до 6%) и кремний (до 10%).

В значительных количествах лейкоксен встречается в глинах, но здесь он не имеет практического значения в связи с трудностью его технологического извлечения.

Титаномагнетит — минерал из класса сложных окислов. Это твердый раствор ильменита и магнетита, а также гематита и ильменита.

В основном распространены две разности титаномагнетита — богатые титаном (10-17% TiО2) и бедные (5-8% TiО2). Первые приурочены к габбро-диабазам, вторые — к пироксенитам, гориблондитам, перидотитам, иногда к оливинитам. Месторождения этого типа могут являться перспективными на титан.

В россыпях титаномагнетиты подвергаются значительным изменениям; в результате выноса из них железа содержание TiО2 в них может подниматься до 20-25%.

Лопарит представляет большой интерес в качестве комплексного сырья на ниобий, редкие земли, титан и другие элементы, содержание TiО2 в нем составляет 39-41%. Известен как ацессорный минерал нефелиновых сиенитов, сиенитов, щелочных пегматитов.

В некоторых сложных по составу, хорошо дифференцированных массивах щелочных пород, таких, как луявриты, уртиты, фойяиты, лопарит концентрируется в весьма крупные месторождения. При гидротермальном изменении пород лопарит замещается металлопаритом, анатазом и ильменорутилом.

Перовскит наиболее характерен для ультраосновных щелочных пород, недосыщенных кремнеземом и обогащенных кальцием и титаном. При этом наблюдается его развитие по ильмениту, титаномагнетиту, сфену. В связи с этим предполагают, что перовскит может образовываться в результате постмагматических процессов.

Наиболее крупные скопления перовскита на Кольском полуострове связаны с щелочными пегматитами, в которых его содержание может достигать 30-40%.

Перовскит встречается также в ряде карбонатитовых месторождений. Здесь он представлен разновидностью, обогащенной ниобием, железом, натрием и редкими землями — дизаналитом. В карбонатитах Восточной Сибири, например, дизаналит ассоциируется с апатитом, пироксеном, пирохлором, сфеном, бадделеитом.

Перовскит обнаружен в основной массе кимберлитов и пикритов. Встречается в сланцах, контактовоизмененных известняках в копях Южного Урала. В виде мелких кубических кристаллов обнаружен в северо-уральских бокситах.

Химический состав природного перовскита более сложный, чем явствует из его формулы СаTiО3. Кальций в структуре перовскита замещается редкими землями или щелочными металлами, а титан может замещаться ниобием, танталом, железом. Перовскиты содержат (в %): TiО2 41-57; SiО2 33-40; Fe2О3 0,5-3; SiО2 0,5-1,0; ∑ TR2О3 2-5; Nb2О5 0,2-0,4; Та2О5 0,05-0,07.

При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:

Главные минералы титана и типы титановых руд

В земной коре известно 70 природных соединений (минералов) титана. Все это соединения титана и других химических элементов с кислородом. Из числа этих минералов наиболее ценными в распространенными являются три минерала: ильменит, лейкоксен и рутил. Ильменит — это соединение закиси железа (химический знак Fe) и двуокиси титана, его химическая формула FeTiO3. Впервые ильменит был найден в Ильменских горах на Урале, от которых он и получил свое название. Ильменит встречается в виде небольших плоских непрозрачных кристаллов и уплотненных зерен черного цвета с голубоватым оттенком и полуметаллическим блеском. Твердость ильменита 5. 6, нож не оставляет на нем царапин, удельный вес 4,7.

Магнитность ильменита высокая, чем он и отличает ся от других черных минералов, за исключением магнетита, который более магнитен, чем ильменит. Если намагнитить иглу, то зерна магнетита будут не только притягиваться, но и собираться в цепочки. Ильменит такой иглой собираться в цепочки не будет. Магнетит от ильменита отличается также и формой зерен, он образует равносторонние восьмигранные кристаллы (октаэдры). При жарком и влажном климате ильменит окисляется, содержащаяся в нем закись железа (FeO) переходит в окись железа (Fe2O3) и постепенно водой выносится из минерала. При этом окраска, магнитность и удельный вес ильменита меняются. Теряя железо, он становится менее магнитным и более легким. Цвет его переходит от черного через все оттенки коричневого к желтому.

На шероховатой поверхности фарфора (на обломке тарелки и пр.) неокисленный ильменит оставляет черную черту, у окисленных его разностей цвет черты коричневый до желто-бурого, иногда с красноватым оттенком. По цвету черты ильменит отличается от другого, похожего на него минерала железа — гематита, обладающего ярким вишнево-красным цветом черты. Лейкоксен образуется в результате полного окисления ильменита, когда из него почти полностью удаляется железо и он превращается в микропористый агрегат двуокиси титана, в котором содержится небольшое переменное количество влаги. Цвет лейкоксена буровато-желтый до ватно-белого, удельный вес 3,8. 3,0. Он немагнитен и непрозрачен. Форма зерен лейкоксена обычно неправильная, иногда округлая.

Лейкоксен образуется не только при окислении, выветривании ильменита, но и некоторых других минералов титана, например титанита (CaSiTiOs). Если лейкоксен образован по ильмениту, то в нем остается некоторое количество окиси железа, если же он образован по титаниту, то в нем остается некоторое количество кремнезема (SiO2). Рутил является наиболее распространенной природной разностью кристаллической двуокиси титана; имеются еще две ее менее распространенные в природе разности — анатаз и брукит, отличающиеся цветом, формой кристаллов и физическими свойствами.

Анатаз имеет серовато-голубой цвет, брукит — бурый; рутил обладает окраской от светло-оранжевой до темно-красной, иногда черной и характерным очень ярким так называемым алмазным блеском. Цвет минерала обусловлен присутствием в нем незначительного количества окиси железа. Название минерала происходит от латинского слова «рутилус», что означает «красноватый». Кристаллики рутила имеют призматическую столбчатую или игольчатую форму и нередко образуют коленчатые срастания, большей частью они прозрачные или полупрозрачные.

Рис.2. Кристалл анатаза

На гранях кристаллов рутила можно часто видеть продольную штриховку. Твердость рутила 6, он оставляет царапины на стекле. Удельный вес его 4,2 — 4,3, а у черной разности до 5,2. Рутил немагнитен, чем он отличается от других похожих на него оранжевых и красных минералов, кроме минерала пиропа, который также немагнитен. Темно-красный пироп отличается от рутила по форме кристаллов, которые у рутила вытянутые, призматические, а у пиропа равносторонние восьмигранники (октаэдры).

Минералам титана в россыпях часто сопутствуют минералы циркон и монацит. Титановой рудой называется такая горная порода, из которой путем ее переработки на обогатительных фабриках можно извлечь значительное количество концентрата ильменита (FeTiO3), или минералов, представляющих двуокись титана, то есть лейкоксена, рутила, анатаза и бурита, или же путем доменной плавки получить наряду с чугуном богатый титаном шлак. Такой шлак является сырьем для производства титановых белил и металлического титана. Чтобы это производство было экономически выгодным, надо, чтобы двуокись титана в этом шлаке преобладала над другими его химическими компонентами.

Руды титана подразделяются по условиям их залегания в земной коре на коренные и россыпные. Коренные руды титана залегают среди плотных пород и сами являются плотными. Коренные руды могут быть ильменитовыми или рутиловыми. В ильменитовых коренных рудах, кроме ильменита, обычно имеется магнетит, содержащий ценный химический элемент ванадий (V), а иногда и медь (в минерале халькопирите) или минерал фосфора — апатит, используемый для производства удобрений. При переработке таких руд на обогатительных фабриках из них получают концентраты ильменита, ванадистого магнетита и апатита. Ванадистый магнетит используется для выплавки специальных ванадистых чугунов, из которых в свою очередь извлекают ванадий.

Обогащение таких руд на фабриках осуществляется путем измельчения, при котором высвобождаются кристаллики имеющихся в ней полезных минералов (ильменита, магнетита, апатита). Затем с помощью специальной аппаратуры (магнитных сепараторов, флотационных машин и пр.) они извлекаются. Первое требование, предъявляемое к ильменитовым коренным рудам, заключается в том, чтобы ильменит в них содержался в кристалликах таких размеров, которые дают возможность высвободить их при дроблении, а затем и отделить от других минералов. Современные способы обогащения позволяют выделить кристаллики минерала размером больше 0,05 мм.

К железным рудам, богатым титаном, идущим прямо в доменную плавку и не нуждающимся в обогащении, это требование, конечно, не предъявляется. Второе требование к руде определяет минимальное содержание в ней ильменита, при котором получаемые его концентраты могут окупить затраты на добычу руды из недр и ее обогащение на фабрике. Это требование обычно выражается не в содержании самого ильменита, а в содержании имеющейся в нем двуокиси титана. Величина минимального промышленного содержания в руде двуокиси титана определяется в зависимости от трудности добычи и обогащения руды, наличия в ней других извлекаемых полезных минералов и от других факторов, которые могут влиять на себестоимость концентрата ильменита, повышая ее или понижая.

Если руда не требует обогащения, то минимальное промышленное содержание в ней двуокиси титана определяется только стоимостью ее добычи и наличием других полезных ископаемых компонентов, ценность которых наряду с ценностью ильменита будет окупать затраты на добычу. В рутиловых коренных рудах рутил обычно является единственным полезным минералом, причем рутиловые руды всегда требуют обогащения для извлечения рутила. Требования к этим рудам, как и к ильменитовым, слагаются из условия извлекаемости рутила при обогащении и условия наличия в руде такого количества рутила, которое окупало бы добычу руды и ее обогащение.

Россыпные руды титана представляют собой кварцевый песок (кварц один из наиболее распространенных минералов с химической формулой SiO2), в котором имеется много зерен ильменита, лейкоксена или рутила. Песок залегает среди рыхлых пород. Известны россыпные руды титана, в которых полезным компонентом является только ильменит, однако в большинстве случаев в такой руде наряду с ильменитом имеется некоторое количество лейкоксена, рутила, а также нетитановых полезных минералов — чаще всего циркона и монацита. Таким образом, россыпные руды в большинстве случаев являются комплексными.

Минеральные зерна в песке обособлены, и россыпные руды при обогащении не нуждаются в дроблении. К этим рудам предъявляется только требование наличия минимального содержания в них полезных минералов, последнее измеряется в килограммах на кубический метр песка (кг/м3). Выгодно приводить содержания различных полезных минералов комплексных россыпей к единому знаменателю. Таким единым мерилом служит стоимость ильменита В этом случае содержание рутила, лейкоксена, циркона и других полезных минералов в руде выражают через эквивалентное им по стоимости содержание ильменита. Это так называемое «условное» содержание ильменита, отражающее суммарную ценность всех полезных минералов в руде россыпи.

Минерал двуокись титана

Известно свыше ста минералов с большим или меньшим содержанием титана. Многочисленные титановые минералы в большинстве случаев представляют собой кристаллические видоизменения двуокиси титана или различных титанатов, т. е. солей титановых кислот.

Природная двуокись титана

Двуокись титана встречается в природе в виде нескольких полиморфных модификаций, из которых наиболее стойкой и часто встречающейся является рутил. Природные минералы из двуокиси титана отличаются тем, что, во-первых, они имеют полимерный состав, а, во-вторых, они всегда за-грязнены железом и поэтому окра-

Vf/ п Пг-^’^^ Рутил — один из наиболее рас-

пространенных титановых минералов. Он кристаллизуется в тетрагональной сингонии. По химическому составу рутил представляет собой двуокись титана, но с удвоенным молекулярным весом, т. е. это ди-мер Ti2O4, строение которого может быть представлено формулой:

Рис. 59. Кристаллы рутила.

Рутил содержит 60% титана, а также примесь одноокиси и полуто-раокиси железа (до 10%), а иногда и метатитаната железа (II). Присутствие последнего в природном минерале объясняется тем, что рутил может изоморфно замещаться метатитанатом железа (II). Рутил может содержать также до 1,5% соединений других металлов (олова, ванадия, ниобия, тантала).

Кристаллы рутила (рис. 59) обычно призматические, вертикально исштрихованные или бороздчатые, часто тонкоигольчатые. Цвет рутила красновато-коричневый, переходящий в красный, иногда желтоватый, синеватый, фиолетовый черный, редко — травянисто-зеленый; кристаллы прозрачны и в проходящем свете кажутся ярко красными. Рутил хрупок; излом неясно раковистый. Плотность обычного рутила от 4,18 до 4,28 г/см3, но некоторые разновидности, в зависимости от состава и содержания изоморфных примесей, могут иметь большую плотность — до 5,2 г/см3. Твердость рутила по шкале Мооса от 6 до 6,5. На бумаге рутил оставляет бледно-корич-

На правах рекламы

Информация о вредности диоксида титана: действительно ли двуокись титана опасна и чем именно

Уголь для кальяна смотри здесь.

Copyright © 2008-2012 TitanDioxide.Ru

Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки

Источники:

Геохимия и минералогия титана
Геохимия и минералогия титана Геохимические особенности поведения титана в земной коре исследовались в разные годы В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом, А. П. Виноградовым, В. В. Щербиной и другими
http://metallurgu.ru/books/item/f00/s00/z0000004/st006.shtml
Главные минералы титана и типы титановых руд
Главные минералы титана и типы титановых руд В земной коре известно 70 природных соединений (минералов) титана. Все это соединения титана и других химических элементов с кислородом. Из числа
http://biofile.ru/geo/23490.html
Минерал двуокись титана
Нахождение двуокиси титана (рутила) в природе, в минералах
http://www.titandioxide.ru/titan_s/sc3/0340.php

COMMENTS