Титановая руда это полезное ископаемое или нет

Титан — лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура полиморфного превращения α↔β 883 °C.Титан и титановые сплавы сочетают легкость, прочность, высокую коррозийную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапазоне температур.

СТРУКТУРА

Титан имеет две аллотропические модификации. Низкотемпературная модификация, существующая до 882 °C, имеет гексагональную плотноупакованную решетку с периодами а = 0,296 нм и с = 0,472 нм. Высокотемпературная модификация имеет решетку объемноцентрированного куба с периодом а = 0,332 нм.
Полиморфное превращение (882 °C) при медленном охлаждении происходит по нормальному механизму с образованием равноосных зерен, а при быстром охлаждении — по мартенситному механизму с образованием игольчатой структуры.
Титан обладает высокой коррозионной и химической стойкостью благодаря защитной окисной пленке на его поверхности. Он не корродирует в пресной и морской воде, минеральных кислотах, царской водке и др.

СВОЙСТВА

Точка плавления 1671 °C, точка кипения 3260 °C, плотность α-Ti и β-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см³, атомная плотность 5,71×1022 ат/см³. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере.
Применяемый в промышленности технический титан содержит примеси кислорода, азота, железа, кремния и углерода, повышающие его прочность, снижающие пластичность и влияющие на температуру полиморфного превращения, которое происходит в интервале 865-920 °С. Для технического Титана марок ВТ1-00 и ВТ1-0 плотность около 4,32 г/см3, предел прочности 300-550 Мн/м2 (30-55кгс/мм2), относительное удлинение не ниже 25%, твердость по Бринеллю 1150-1650 Мн/м2 (115-165 кгс/мм2). Является парамагнетиком. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Ti 3d24s2.

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной). Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400 °C.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Основные руды: ильменит (FeTiO3), рутил (TiO2), титанит (CaTiSiO5).

На 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO2. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтвержденные запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49.7—52.7 млн т. Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн.

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO2. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана их при 850 °C восстанавливают магнием.

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре — 0,57 % по массе, в морской воде — 0,001 мг/л. В ультраосновных породах 300 г/т, в основных — 9 кг/т, в кислых 2,3 кг/т, в глинах и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается. Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al2O3. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках.
Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах. Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит CaTiSiO5. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.
Месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Китая, Японии, Австралии, Индии, Цейлона, Бразилии, Южной Кореи, Казахстана. В странах СНГ ведущее место по разведанным запасам титановых руд занимает РФ (58.5%) и Украина (40.2%).

ПРИМЕНЕНИЕ

Титановые сплавы играют большую роль в авиационной технике, где стремятся получить наиболее легкую конструкцию в сочетании с необходимой прочностью. Титан легок по сравнению с другими металлами, но в то же время может работать при высоких температурах. Из титановых сплавов изготовляют обшивку, детали крепления, силовой набор, детали шасси, различные агрегаты. Также данные материалы применяются в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Это позволяет уменьшить их массу на 10-25%. Из титановых сплавов производят диски и лопатки компрессора, детали воздухозаборника и направляющего аппарата, крепеж.

Также титан и его сплавы используют в ракетостроении. Ввиду кратковременной работы двигателей и быстрого прохождения плотных слоев атмосферы в ракетостроении в значительной мере снимаются проблемы усталостной прочности, статической выносливости и отчасти ползучести.

Технический титан из-за недостаточно высокой теплопрочности не пригоден для применения в авиации, но благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии в ряде случаев незаменим в химической промышленности и судостроении. Так его применяют при изготовлении компрессоров и насосов для перекачки таких агрессивных сред, как серная и соляная кислота и их соли, трубопроводов, запорной арматуры, автоклав, различного рода емкостей, фильтров и т.п. Только титан обладает коррозионной стойкостью в таких средах, как влажный хлор, водные и кислые растворы хлора, поэтому из данного металла изготовляют оборудование для хлорной промышленности. Из титана делают теплообменники, работающие в коррозионно активных средах, например в азотной кислоте (не дымящей). В судостроении титан используется для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На титан и его сплавы не налипают ракушки, которые резко повышают сопротивление судна при его движении.

Титановые сплавы перспективны для использования во многих других применениях, но их распространение в технике сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью титана.

Титан (англ. Titanium) — Ti

КЛАССИФИКАЦИЯ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Минералы и горные породы / Описание минерала Ильменит

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.

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, слагаютсяиз 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.

Минералы и горные породы / Описание минерала Ильменит

Фотографии по теме