Титаносодержащие минералы

Титан является одним из наиболее распространенных химических элементов как по содержанию его в земной коре, так и по наличию минералов этого металла в очень многих горных породах. По распространённости среди металлов он занимает седьмое место: кларк его составляет ≈ 0,7 % (для сравнения, %: алюминий 7,31; железо 5; кальций 3,6; натрий 2,64; калий 2,62; магний 2,1). Среди конструкционных металлов титан по распространенности занимает четвертое место после алюминия, железа и магния.

Известно более 80 минералов, содержащих титан, и число их возрастает по мере разведывания земных недр. Титаносодержащие минералы встречаются в рассеянном состоянии почти во всех типах пород: магматических, метаморфических, а также в осадочных породах, особенно в глинах, бокситах, песках и песчаниках. Подавляющее число минералов титана образовалось магматогенными процессами, в результате которых формируются минералы в соединении с кислородом и железом, в меньшей степени – с кальцием и кремнием.

Практически во всех минералах титан находится в четырёхвалентной форме, в виде диоксида TiO₂. Важнейшие минералы титана разбиты на 5 характерных групп, из которых в настоящее время наибольшее промышленное значение имеют только группы рутила и ильменита.

1 Группа рутила. Минералы рутил, анатаз, брукит – полиморфные модификации TiO₂, состоят на 90-98 % из чистой окиси титана. Самый устойчивый минерал титана – рутил, имеет тетрагональную кристаллическую решётку. Анатаз и брукит неустойчивы, в природе встречаются только вместе с рутилом в осадочных породах, глинах и бокситах.Рутил – наиболее высококачественное сырьё для получения титана, но его месторождения немногочисленны. Наиболее крупные месторождения находятся в Австралии, США и ЮАР. Австралия производит до 90% рутиловых концентратов в мире.

2 Группа ильменита. Все минералы этой группы являются двойными окислами, кристаллизующимися в решётке корунда. Наиболее распространён из всех минералов титана – ильменит FeTiO₃ (31,6% TiO₂). На земной поверхности ильменит устойчив и накапливается в россыпях. Почти без примесей ильменит встречается в Норвегии. Месторождения ильменита встречаются во многих странах, Большое промышленное значение имеют ильменитовые пески прибрежно-морского происхождения в Индии, Южной Африке, США (штат Флорида), Новой Зеландии. самый крупный производитель ильменитовых концентратов – Австралия.

Ильменит образовался магматически вместе с гематитом (Fe₂O₃) и магнетитом (Fe₃O₄). В результате совместной кристаллизации и образовались гематитоильменит FeTiO₃*Fe₂O₃ или титаномагнетит FeTiO₃*Fe₃O₄. Содержание титана в этих породах колеблется от 1 до 35% в зависимости от месторождения. При естественном разрушении горных и коренных титаномагнетитовых пород происходит разделение минералов по плотности, тяжелые минералы откладываются у подножья гор, образуя богатые месторождения из титаномагнетитовых песков.

а вместе с магнетитом в Швеции, обильные залежи у Миасса (Ильменские горы, Россия), в Норвегии (кристаллы до 13 см, весом 6-7 кг), в рудниках Ашаффенбурга (Германия), свободные кристаллы есть в расселинах перевала Сен-Готард (Альпы, Швейцария), красивые кристаллы - в Италии.

Также промышленное значение имеют гематитоильменит и титаномагнетит

Близость радиуса иона титана (0,64 А) к радиусам ионов некоторых металлов, а также наличие непрерывных твердых растворов, обусловливает присутствие таких примесей, как магний, марганец, ванадий, алюминий, хром и др., общее количество которых достигает нескольких процентов. Нередко в ильмените присутствует избыток ТiО₂, как примесь рутила, проросшего в ильменит.

В зависимости от соотношения окислов железа и титана, химический и минералогический состав ильменита, а также его физические свойства сильно колеблются. Цвет изменяется от темного до светлосерого, плотность от 4,05 до 5,24 и твердость от 5 до 6.

3 Группа перовскитаCaTiO₃. Перспективное сырьё для получения титана, при истощении уже разработанных месторождений и при дальнейших поисках новых технологий переработки руд.

4 Группа пирохлора (Na, Ca, ...) (Nb, Ti)₂O (F, OH).

5 Группа сфена CaTi(SiO₄)O.