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一、矿物原料特点

  钛(Titanium):元素符号Ti,原子序数22,原子量47.88,在元素周期表中位于第4周期ⅣB族。钛是地壳中分布最广和丰度高(6320×10-6)的元素之一,占地壳重量的0.61%列居第9位;而钛资源则仅次于铁、铝、镁而列居第4位,是制取钛渣、人造金红石、钛白、海绵钛、钛金属及钛材、焊条涂料的重要原料。由于金属钛呈银白色,具有熔点高(1727℃)、比重轻(4.5)、机械强度高(5)、耐低温(超低温下电阻率几乎为0)、耐磨蚀、线钛塑性良好(能薄壁化使用)、不易氧化、还原性强等特点;钛的氧化物——二氧化钛(钛白),具有无毒、良好的物理化学稳定性(1000℃煅烧后不熔于任何酸和碱)、折射指数高(2.55~2.70),以及很强的白度、着色力(1150~1650)、遮盖力(40~50g/m2)、耐温性、抗粉化等特征,被称为“颜料之王”。

  钛是典型的亲石元素,常以氧化物矿物出现。地壳中含TiO2在1%以上的矿物有80余种,具有工业价值的有15种,我国主要利用的有钛铁矿、金红石和钛磁铁矿等。

二、钛矿物及其赋存状态

  (一)钛矿物及钛元素赋存状态

  钛族元素是较为活泼的金属,在自然界中主要形成各种复杂的化合物的矿物。迄今为止在自然界中尚未发现单质形式存在的自然元素。Ti显强的亲氧性,主要形成氧化物和含氧酸盐的矿物组合,很少出现硫化物的矿物。Ti4+同(NbTa)5+、Sn4+等高价离子之间可以进行异价的类质同像。

  矿物类及主要工业矿物:主要形成氧化物和含氧酸盐的矿物:

  1、金红石族:金红石  
  2、钛铁矿族:钛铁矿、钛磁铁矿、
  3、榍石族
  4、钙钛矿族
  5、铌、钽、钛酸盐族:铌钽酸盐矿物

  (二)主要钛矿物

  钛矿物种类繁多, 地壳中含钛1% 以上的矿物有80 多种, 但具工业价值的仅十几种。当前工业利用的主要是金红石和钛铁矿, 其次为锐钛 矿、板钛矿和白钛石, 其它还有红钛铁矿、钛磁铁矿、钛铁晶石、镁钛矿、红锰钛矿、钙钛矿、假板钛矿、钙铈钛矿、黑钛石、榍石等。

  1、金红石

  TiO2,Ti60%,有时含Fe、Nb、Ta、Cr、Sn等;以其四方柱形、双晶、颜色为鉴定特征;可以和锡石(cassitoritc)区别;不溶于酸类,加入碳酸钠予以烧熔,则可溶解于硅酸,若再加入过氧化氢,可使溶液变为黄色;复四方双锥晶类,常具完好的四方柱状或针状晶形。常见单形为四方柱m、a和四方双锥s等,有时出现复四方柱和复四方双锥。

  [矿物晶体形态]复四方双锥类,D4h-4/mmm(L44L25PC)。常具完好的四方柱状或针晶形。常见单形:四方柱m{110}、a{100}和四方双锥s{111}、e{101},有时出现复四方柱Υ{320}、h{120}和复四方双锥z{321}(图6)。晶体常具平行c轴的柱面条纹。常以(011)为双晶面成膝状双晶,三连晶或环状双晶;依(031)形成的接触双晶少见。针状、纤维状晶体有时做为包裹体见于透明水晶中。有时成致密块状集合体。

  2、钛铁矿

  铁、钛的氧化物矿物。成分为FeTiO3。含TiO2 52.66%,是提取钛和二氧化钛的主要矿物。三方晶系,晶体常成板状,集合体呈块状或粒状。钢灰或铁黑色,金属光泽,莫氏硬度5~6,比重4.7~4.78,具弱磁性。作为副矿物见于火成岩和变质岩中,也可形成砂矿。

  3、板钛矿

  提炼钛的矿物原料。二氧化钛的另一种同质异像矿物。化学成分为TiO2。含钛59.95%。斜方晶系。与金红石和锐铁矿成同质三象。晶体呈板状、叶片状。淡黄、褐到黑色。条痕浅黄色、浅灰至褐色。透明或半透明。金刚光泽或半金属光泽。莫氏硬度5.6~6。密度3.9~4.1克/厘米3。产于区域变质岩系的石英脉中,或作为火成岩的副矿物,有时产于接触变质岩石中,也是沉积岩的一种造岩矿物。主要产于变质岩中的阿尔卑斯型矿脉,也见于热液蚀变、接触变质作用及砂矿中。

  4、锐钛矿

  是二氧化钛(TiO2)的三种矿物之一。它产於火成岩及变质岩内的矿脉中,一般还出现於砂矿床中,呈坚硬、闪亮的正方晶系晶体,并具有不同的颜色。许多锐钛矿是由榍石风化形成的,而且它本身可蚀变为金红石;TiO2 类质同像替代有Fe、Sn、Nb、Ta等。此外,尚发现含Y族为主的稀土元素及U、Th。晶形一般呈锥状、板状、柱状。主要单形:平行双面c,四方柱m、a,四方双锥p、n、q、v、e等。 类质同像替代有Fe、Sn、Nb、Ta等。此外,尚发现含Y族为主的稀土元素及U、Th。


  5、白钛石
  
  钛铁矿的高度蚀变产物,又称蚀变钛铁矿(weathered ilmenite)。化学式TiO2·nH2O,TiO2。最高含量约94%(经验值),密度3.5~4.5g/cm3。莫式硬度4~5.5级。颜色为黄灰色到褐色,白钛石实际上不是一种独立的矿物,而是隐晶质锐钛矿物、金红石、板钛矿、赤铁矿(偶尔还有榍石)的混合物,贮量不大,主要产于澳大利亚。可与钛铁矿、金红石混合成TiO2含量60%~70%的混合矿,用于生产氯化法二氧化钛颜料等。

三、工业要求

         金红石及钛铁矿砂矿一般工业指标参考表

砂矿名称

边界品位kg/m3

最低工业品位kg/m3

可采厚度m

夹石剔除厚度m

金红石(矿物)

1

2

0.5

(剥采比≤4)

钛铁矿(矿物)

10

15

≥0.5~1

≥0.5~1

          砂矿储量规模划分标准

矿种名称

矿物及单位

规模

大型

中型

小型

金红石

矿物 万t

≥10

2~10

<2

钛铁矿

矿物 万t

≥100

20~100

<20

      钛铁矿和金红石技术经济指标及主要用途

标准
部颁标准钛铁矿精矿工业技术经济指标
金红石指标
工业用途
供生产钛合金、钛****用
供生产人造金红石、高钛渣用
供生产焊条涂料
化学成分(%)
一级品
二级品
三级品
一级品
二级品
一类
二类
一类
二类
TiO2
≥ 52
≥ 50
≥ 50
≥ 48
≥ 52
≥ 50
≥ 50
95 ~97
P
≤0.02
≤0.02
≤0.025
≤0.03
≤0.03
≤0.04
≤0.05
CaO,MgO
不限
不限
不限
< 0.5
< 0.6
< 0.1
FeO,Fe2O3
不限
不限
不限
不限
不限
不限

四、储量规模

            世界钛矿资源储量

国别
地质储量/×104 t TiO 2
储量/×104 t TiO 2
南非
14600
7130
6300
24354
7130
6300
澳大利亚
19300
17100
8800
32194
9800
3300
巴西
10300
1800
17181
1800
美国
7700
6080
5900
10175
1370
800
印度
4600
4570
3800
7673
3660
3000
中国
4100
4100
4100
6839
3000
3000
挪威
4000
3980
4000
6672
5770
4000
加拿大
3600
4600
3600
6005
4000
3100
马达加斯加
1900
斯里兰卡
1800
1300
3003
1300
乌克兰
1600
250
1300
2669
250
590
马来西亚
100
100
167
100
芬兰
140
140
埃及
170
意大利
220
其它
3700
33180
100
6172
11274
100
总计
73800
80710
44000
123100
46084
27000

注: 所列数据分别来自BGS, WBM S, U SGS。

         世界金红石(包括锐钛矿) 储量

国别
地质储量/×104 t TiO 2
储量/×104 t TiO 2
澳大利亚
5100
4300
1700
430
南非
830
830
830
830
巴西
8500
40
挪威
1000
900
美国
180
180
70
50
印度
770
770
660
塞拉利昂
310
意大利
880
乌克兰
250
250
250
250
斯里兰卡
480
480
其它国家
18980
1284
总计
27110
17000
5694
3000

注: 所列数据分别来自BGS, U SGS, WBM S。

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