کنسانتره تیتانیوم ( ایلمنیت )

کنسانتره تیتانیوم چیست ؟

در حال حاضر ایلمنیت از دو کانسار رسوبی بزرگ ماگمایی در صخره ها در مناطق پلوتونیک آنورتوزیت دوره پروتروزوییک استخراج می شود. بیشتر روتیل و حدودا نیمی از ایلمنیت تولیدی، از کانسارهای سنگین رسوبی آبرفتی، رودخانه ای و بادآورده است.

مواد معدنی حاوی تیتانیوم در بستر های متفاوت زمین شناسی وجود دارد، ولیکن بسیاری از کانسار های شناخته شده حال حاضر تیتانیوم، به دلیل مشکلات کانی شناسی یا وجود آلودگی های نادر که ممکن است روند تولید رنگدانه ها را با مشکل مواجه سازد، از نظر اقتصادی صرفه ندارند.

در حدود 93 درصد از منابع تیتانیوم جهان از ماده معدنی کنسانتره تیتانیوم ایلمنیت محسوب می شوند؛ درصد باقی مانده عمدتا از روتیل و لوکوکسن است. لوكوكس ماده معدنی واقعی نیست، بلكه یك توده كریستالی از روتیل، آناتاز یا بروكیت با بیش از 70 درصد TiO2 است كه در اثر هوازدگی ایلمنیت ایجاد شده است. روتیل، آناتاز و بروکیت چند شکلی های TiO2 هستند، یعنی مواد معدنی که دارای ترکیب شیمیایی TiO2 مشابه اند، اما دارای اشکال بلوری مختلفی هستند.

دسته بندی کنسانتره تیتانیوم و ایلمنیت به چه صورت است ؟

تیتانیوم نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین است، و همواره در ترکیب با اکسیژن وجود دارد. از بین مواد معدنی طبیعی تیتانیوم، فقط ایلمنیت (لوکوکسن) و روتیل از اهمیت اقتصادی برخوردار هستند.

لوكوكسن یك محصول هوازدگی کنسانتره تیتانیوم ایلمنیت است. بزرگترین ذخایر تیتانیوم جهان به شکل آناتاز و تیتانوماگنیتیت هستند، اما در حال حاضر نمی توان از آنها استفاده کرد. درحدود 95% تولید ایلمنیت و روتیل جهان جهت تولید رنگدانه های TiO2 استفاده می شود، و باقی مانده آن جهت تولید فلز تیتانیوم و نیز در الکترود های جوشکاری مورد استفاده قرار می گیرد.

ایلمنیت و لوکوکسن. ایلمنیت در سرتاسر جهان در کانسار های بزرگ اولیه، یا به صورت ذخایر رسوبی آبرفتی ثانویه (ماسه ها) یافت می شود، که دارای مواد معدنی سنگین است. در سنگ معدن های بزرگ، ایلمنیت اغلب با نفوذه ای واسطه ای (تلنس در نروژ و دریاچه آلارد در کانادا) در ارتباط است.

کنسانتره های حاصل از این کانسار های بزرگ اغلب محتوی آهن بسیاری به فرم هماتیت یا مگنتیت مجزا شده در ایلمنیت هستند. این محتویات، منجر به کاهش میزان TiO2 کنسانتره ها می شود (جدول 22.8). کاربرد مستقیم این ایلمنیت ها به علت محتوای آهن زیاد آنها کاهش یافته است. فرآیند هضم جهت تولید هپتابیدرات سولفات آهن به کار می رود.

در مواردی که سولفات آهن به عنوان یک محصول مورد نیاز نیست، بازیابی متالورژی آهن، از ایلمنیت های غنی از آهن و تولید سرباره غنی از تیتانیوم به طور فزاینده ای به کار می رود.

• کنسانتره تیتانیوم اوکراین
• کنسانتره تیتانیوم کهنوج داخلی
• کنسانتره تیتانیوم ایلمنیت 42 الی 46 درصد
• کنسانتره ایلمنیت سیستان

این موارد اعضای گروه ایلمنیت هستند.

1. اکندروزیت: (اکسید تیتانیوم آهن منگنز روی)
2. ژیکیلیت: (اکسید تیتانیوم منیزیم)
3. ایلمنیت : (اکسید تیتانیوم آهن)
4. پیروپانیت: (اکسید تیتانیوم منگنز)

دیگر دسته های کنسانتره تیتانیوم

کنسانتره تیتانیوم ایلمنیت تنها منبع تیتانیوم نیست. چندین ماده معدنی دیگر که یا معمول هستند و یا نسبتا کمیاب هستند، از جمله روتیل، اسفن، بروکیت، آناتاز، پیروفانیت، اوزبورنیت، اكندروسیت، ژیكیلیت و پروسكیت نیز منبع تیتانیوم هستند.

در بسیاری از مواد معدنی سیلیکات و اکسید حداقل درصد اندکی از تیتانیوم وجود دارد، چرا که تیتانیوم عنصری معمول است (نهمین ماده فراوان در پوسته زمین). از میان تمامی این مواد معدنی، تنها روتیل با فرمول TiO2با ایلمنیت بر سر غلبه به عنوان منبع تیتانیوم رقابت می کند.

اگر چه که روتیل ماده معدنی معمول تری است و درصد بالا تری تیتانیوم در فرمول آن وجود دارد، در ذخایر رسوبی آذرین از جمله ایلمنیت تغلیظ و متمرکز نشده و از این رو کاربرد کمتری به عنوان سنگ معدن دارد.

ویژگی های ایلمنیت چیست ؟

دیگر ویژگی ها : گاهی اوقات دارای خاصیت مغناطیسی است (اگر حرارت داده شود همیشه مغناطیسی می شود)، و بخش ها و سرحد های پایه و شش گوشه دارد.

ایلمنیت (FeO.TiO2) و روتیل (TiO2) دو ماده معدنی اصلی کنسانتره تیتانیوم هستند. دی اکسید تیتانیوم به فرم چند شکلی و به صورت روتیل، آناتاز (اکتاهدریت) و بروکیت وجود دارد. اگر چه بروکیت در طبیعت در مقیاس وسیع یافت نمی شود، ولیکن این محصول حاصل تغییر در سایر مواد معدنی تیتانیوم است.

لوكوكسن محصول تغییر یافته ایلمنیت است، و در ارتباط با کنسانتره ایلمنیت یافت می شود. هند منابع گسترده ای از مواد معدنی سنگین را در اختیار دارد، که عمدتاً در امتداد سواحل و نیز در جایگزین های داخلی وجود دارد. ایلمنیت ترکیب سازنده اصلی این ذخایر سنگین معدنی اس.

دیگر مواد معدنی مربوطه شامل روتیل، زیرکون، لووکسون، گارنت، سیلیمانیت و دیگر موارد است.

کنسانتره های حاصل از شن کنسانتره ایلمنیت که در آهن تخلیه می شوند، به طور کلی از نظر TiO2 نسبت به ذخایر رسوبی بزرگ غنی تر هستند. سایر عناصر موجود در این کنسانتره ها شامل منیزیم، منگنز و وانادیوم (موجود در ایلمنیت) و آلومینوم، کلسیم، کروم و سیلیسیم است، که از نفوذ های مواد معدنی ناشی می شود.

روتیل ابتدائا از طریق تبلور ماگما دارای تیتانیوم زیاد و آهن پایین، و یا تغییر شکل و دگرگونی رسوبات یا مگماتیت های دارای تیتانیوم تشکیل می شود. غلظت روتیل در سنگهای اولیه قابل کار نیست. از این رو تنها شن هایی که در آنها روتیل با زیرکون و یا کنسانتره تیتانیوم ایلمنیت، و دیگر مواد معدنی سنگین همراه است را می توان به عنوان ذخیره در نظر گرفت.

اهمیت ایلمنیت به چه صورت است

از زمان کشف، اهمیت ماده معدنی ایلمنیت در حال رشد بوده است. در حال حاضر این ماده مهم ترین سنگ معدن تیتانیوم است. زمانی تیتانیوم فلزی با کاربردی اندک بود، و اساساً هیچکس اطلاعی نداشت با آن چه کند.

تا این که در نهایت در اواخر سال 1946 مشخص شد که این فلز می تواند به طور تجاری تولید شود، که یک «کنجکاوی آزمایشگاهی» در نظر گرفته شد. از آن زمان، تیتانیوم به صورت یک فلز قوی شبه آلومینیوم نشان داده شد؛ وزن سبک، غیر خورنده بودن، مقاومت در برابر درجه حرارت شدید (به ویژه نقطه ذوب بالای آن ، 1800 درجه سانتیگراد) و مقاومت خوب آن (به مقاومت فولاد و دو برابر مقاومت آلومینیوم).

کاربرد انواع کنسانتره تیتانیوم ایلمنیت

ایلمنیت به طور عمده جهت تولید فرو تیتانیوم و روتیل مصنوعی به کار می رود؛ مثلا دی اکسید تیتانیوم، یک رنگدانه سفید.

به علت ترکیبی از ویژگی های منحصر به فرد برتر آن از جمله ضریب شکست بالا، وزن مخصوص اندک، قدرت پنهان سازی بالا و کدورت و عدم سمیت، تیتانیوم اکسید جهت ساخت انواع سایه های سفید و خمیر پاستلی رنگ، لاستیک های با دیواره سفید، کاغذهای لعاب دار، پلاستیک، پارچه های چاپ شده، مواد کف سازی مانند مشمع کف اتاق، صابون های دارویی، پودر صورت و محصولات بهداشتی و سایر موارد کاربرد دارد.

به علت ماهیت غیر سمی، در مواد آرایشی، دارویی و حتی به مواد غذایی مانند خمیر دندان اضافه می شود تا میزان براقی آنها را افزایش دهد. دی اکسید تیتانیوم به علت عدم سمیت و ویژگی اشعه فرا بنفش در ساخت بسیاری از لوسیون ها و کرم های ضد آفتاب استفاده می شود.

کنسانتره تیتانیوم روتیل مصنوعی جهت پوشش الکترود های جوشکاری و ساخت تترا کلرید تیتانیوم استفاده می شود، که به نوبه خود در ساخت اسفنج تیتانیوم به کار می رود. فلز تیتانیوم ماده ای همه کاره با ویژگی های متعدد و استثنایی است. سبک بودن، مقاومت و دوام فلز آن را به فلزی مهم در صنعت هوافضا مبدل ساخته است.

همچنین این ماده به علت بی اثر بودن و مقاومت در برابر خوردگی و هدایت حرارتی بالا، در نمک زدایی و نیروگاه تولید قدرت و صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. ویژگی غیر واکنشی بودن آن باعث می شود که فلز تیتانیوم یکی از موارد معدود فلزاتی باشد که می تواند در بدن انسان و در ارتوپدی و ضربان سازه ای قلب استفاده شود.

مشخصات کنسانتره ایلمنیت

ایلمنیت یک ماده معدنی فلزی تا زیر فلزی است که بطور کلی به رنگ سیاه آهن است. گاهی اوقات می تواند بلور های براق و با وجوه پیچیده، یا خوشه های شعاعی که به شکل گل نظم یافته اند را ایجاد نماید.

بلور های شش ضلعی صفحه ای پهن با وجه های رومبوهدرال شش گوشه در لبه ها، ممکن است بسیار مشابه رفتار فرم تخته ای هماتیت به نظر برسد. اگر چه هماتیت خطوط رگه ای کاملا متفاوت دارد.

مگنتیت نیز مشابه آن بوده و به سادگی با کنسانتره ایلمنیت اشتباه گرفته می شود، اما  کنسانتره تیتانیوم ایلمنیت شکل بلوری متفاوتی داشته و شدت مغناطیسی به آن اندازه ندارد. این ماده اغلب با مگنتیت مرتبط بوده و از این رو ایلمنیت یک سنگ معدن کوچک آهن است، چرا که مگنتیت و ایلمنیت به علت محتوای آهن خود پردازش می شوند.

در کنسانتره ایلمنیت و سایر اعضای گروه ایلمنیت، لایه های متناوب کاتیون ها صرفا توسط یون های تیتانیوم اشغال می شوند، و لایه های کاتیون دیگر تنها توسط یون های آهن اشغال شده و توالی منظم Ti / O / Fe / O / Ti / O / Fe را تشکیل می دهد.

این امر به طور موثری تقارن کنسانتره ایلمنیت را از دیگر اعضای گروه هماتیت تنزل می دهد. سایر اعضا تقارن بیشتری دارند، زیرا کاتیون های A آنها همگی مشابهند، و از این رو نظمی در ترتیب قرارگیری آنها وجود ندارد. پدیده های تقارن مشابهی را که بین گروه کلسیت و کربنات های گروه دولومیت رخ می دهد را مقایسه نمائید.