La ilmenita es un mineral de óxido de hierro y titanio con la fórmula idealizada FeTiO
3Es un sólido negro o gris acerado débilmente magnético. La ilmenita es el mineral más importante de titanio [5] y la principal fuente de dióxido de titanio , que se utiliza en pinturas, tintas de impresión, [6] telas, plásticos, papel, protectores solares, alimentos y cosméticos. [7]
La ilmenita es un mineral pesado (gravedad específica 4,7), moderadamente duro (dureza Mohs 5,6 a 6), opaco y de color negro con un brillo submetálico. [8] Casi siempre es macizo, siendo bastante raros los cristales tabulares gruesos. No muestra una clivaje perceptible, sino que se rompe con una fractura concoidea a desigual. [9]
La ilmenita cristaliza en el sistema trigonal con grupo espacial R 3 . [10] [3] La estructura cristalina de la ilmenita consiste en una derivada ordenada de la estructura del corindón ; en el corindón todos los cationes son idénticos pero en la ilmenita los iones Fe 2+ y Ti 4+ ocupan capas alternas perpendiculares al eje c trigonal.
La ilmenita pura es paramagnética (muestra una atracción muy débil hacia un imán), pero forma soluciones sólidas con hematita que son débilmente ferromagnéticas y, por lo tanto, se sienten notablemente atraídas por un imán. Los depósitos naturales de ilmenita suelen contener magnetita intercrecida o exdisuelta que también contribuye a su ferromagnetismo. [8]
La ilmenita se distingue de la hematita por su color negro menos intenso y su apariencia más opaca y su veta negra , y de la magnetita por su magnetismo más débil. [9] [8]
En 1791 William Gregor descubrió un depósito de arena negra en un arroyo que atraviesa el valle justo al sur del pueblo de Manaccan ( Cornualles ), e identificó por primera vez al titanio como uno de los componentes del mineral principal en la arena. [11] [12] [13] Gregor llamó a este mineral manaccanita . [14] El mismo mineral fue encontrado en las montañas Ilmensky , cerca de Miass , Rusia , y fue nombrado ilmenita . [9]
La ilmenita pura tiene la composición FeTiO 3 . Sin embargo, la ilmenita contiene con mayor frecuencia cantidades apreciables de magnesio y manganeso y hasta un 6 % en peso de hematita, Fe 2 O 3 , que sustituye a FeTiO 3 en la estructura cristalina. Por lo tanto, la fórmula química completa se puede expresar como (Fe,Mg,Mn,Ti)O 3 . [8] La ilmenita forma una solución sólida con geikielita ( MgTiO
3) y pirofanita ( MnTiO
3) que son miembros finales magnésicos y manganíferos de la serie de soluciones sólidas. [3]
Aunque la ilmenita suele estar cerca del FeTiO ideal
3composición, con porcentajes molares menores de Mn y Mg, [3] las ilmenitas de las kimberlitas suelen contener cantidades sustanciales de moléculas de geikielita, [15] y en algunas rocas félsicas altamente diferenciadas las ilmenitas pueden contener cantidades significativas de moléculas de pirofanita. [16]
A temperaturas superiores a 950 °C (1740 °F), existe una solución sólida completa entre la ilmenita y la hematita. Existe una brecha de miscibilidad a temperaturas más bajas, lo que da como resultado una coexistencia de estos dos minerales en las rocas, pero no una solución sólida. [8] Esta coexistencia puede dar como resultado láminas de exsolución en ilmenitas enfriadas con más hierro en el sistema del que se puede acomodar de manera homogénea en la red cristalina. [17] La ilmenita que contiene entre un 6 y un 13 por ciento de Fe2O3 a veces se describe como ilmenita ferriana . [18] [19]
La ilmenita se altera o meteoriza para formar el pseudomineral leucoxeno , un material de grano fino de color amarillento a grisáceo o marrón [8] [20] enriquecido al 70% o más de TiO 2 . [19] El leucoxeno es una fuente importante de titanio en depósitos minerales de arenas pesadas . [21]
La ilmenita es un mineral accesorio común que se encuentra en rocas ígneas y metamórficas . [3] Se encuentra en grandes concentraciones en intrusiones estratificadas donde se forma como parte de una capa acumulada dentro de la intrusión. La ilmenita generalmente se presenta en estas acumulaciones junto con ortopiroxeno [22] o en combinación con plagioclasa y apatita ( nelsonita ). [23]
La ilmenita magnésica se forma en kimberlitas como parte de la asociación MARID de minerales ( mica - anfíbol - rutilo - ilmenita - diópsido ) conjunto de xenolitos de glimmerita . [24] La ilmenita manganífera se encuentra en rocas graníticas [16] y también en intrusiones de carbonatita donde también puede contener cantidades anómalamente altas de niobio . [25]
Muchas rocas ígneas máficas contienen granos de magnetita e ilmenita intercalados, formados por la oxidación de ulvoespinela . [18]
La mayor parte de la ilmenita se extrae para la producción de dióxido de titanio . [26] La ilmenita y el dióxido de titanio se utilizan en la producción de titanio metálico. [27] [28]
El dióxido de titanio se utiliza principalmente como pigmento blanco y las principales industrias consumidoras de pigmentos de TiO2 son las pinturas y revestimientos de superficies, los plásticos y el papel y el cartón. El consumo per cápita de TiO2 en China es de aproximadamente 1,1 kilogramos por año, en comparación con los 2,7 kilogramos de Europa occidental y los Estados Unidos. [29]
El titanio es el noveno elemento más abundante en la Tierra y representa aproximadamente el 0,6 por ciento de la corteza terrestre. La ilmenita se procesa comúnmente para obtener un concentrado de titanio, que se denomina "rutilo sintético" si contiene más del 90 por ciento de TiO2, o más generalmente "escorias titaníferas" si tiene un contenido de TiO2 menor. Más del 80 por ciento de la producción mundial estimada de concentrado de titanio se obtiene del procesamiento de ilmenita, mientras que el 13 por ciento se obtiene de escorias titaníferas y el 5 por ciento de rutilo. [30]
La ilmenita se puede convertir en dióxido de titanio de grado pigmento mediante el proceso de sulfato o el proceso de cloruro . [31] La ilmenita también se puede mejorar y purificar en dióxido de titanio en forma de rutilo utilizando el proceso Becher . [32]
Los minerales de ilmenita también pueden convertirse en hierro líquido y escoria rica en titanio mediante un proceso de fundición. [33]
Los fabricantes de acero utilizan el mineral de ilmenita como fundente para revestir el material refractario del hogar de altos hornos. [34]
La ilmenita se puede utilizar para producir ferrotitanio mediante una reducción aluminotérmica . [35]
La mayor parte de la ilmenita se recupera de depósitos de minerales de arenas pesadas, donde el mineral se concentra como un depósito de placer y la meteorización reduce su contenido de hierro, aumentando el porcentaje de titanio. Sin embargo, la ilmenita también se puede recuperar de fuentes de mineral de titanio de "roca dura", como intrusiones estratificadas ultramáficas a máficas o macizos de anortosita . La ilmenita en intrusiones estratificadas a veces es abundante, pero contiene intercrecimientos considerables de magnetita que reducen su ley de mineral. La ilmenita de los macizos de anortosita a menudo contiene grandes cantidades de calcio o magnesio que la hacen inadecuada para el proceso de cloruro. [39]
Las reservas comprobadas de ilmenita y de rutilo se estiman entre 423 y 600 millones de toneladas de dióxido de titanio. Los mayores depósitos de ilmenita se encuentran en Sudáfrica, India, Estados Unidos, Canadá, Noruega, Australia, Ucrania, Rusia y Kazajstán. Se encuentran otros depósitos en Bangladesh, Chile, México y Nueva Zelanda. [40]
Australia fue el mayor productor mundial de mineral de ilmenita en 2011, con alrededor de 1,3 millones de toneladas de producción, seguido de Sudáfrica, Canadá, Mozambique, India, China, Vietnam, Ucrania, Noruega, Madagascar y Estados Unidos.
Los cuatro principales productores de ilmenita y rutilo como materia prima en 2010 fueron Rio Tinto Group , Iluka Resources , Exxaro y Kenmare Resources , que en conjunto representaron más del 60% de los suministros mundiales. [41]
Las dos minas de ilmenita a cielo abierto más grandes del mundo son:
Las principales operaciones de extracción de ilmenita basadas en arenas minerales incluyen:
Entre los principales depósitos de ilmenita con potencial atractivo se incluyen:
En 2020, China tiene, con diferencia, la mayor actividad minera de titanio. Alrededor del 35 por ciento de la ilmenita del mundo se extrae en China, lo que representa el 33 por ciento de la extracción total de minerales de titanio (incluida la ilmenita y el rutilo). Sudáfrica y Mozambique también son importantes contribuyentes, ya que representan el 13 por ciento y el 12 por ciento de la extracción mundial de ilmenita, respectivamente. Australia representa el 6 por ciento de la extracción total de ilmenita y el 31 por ciento de la extracción de rutilo. Sierra Leona y Ucrania también son grandes contribuyentes a la extracción de rutilo. [30]
China es el mayor productor de dióxido de titanio, seguido de Estados Unidos y Alemania. China también es líder en la producción de titanio metálico, pero Japón, la Federación Rusa y Kazajstán han emergido como importantes contribuyentes en este campo.
La actividad de patentamiento relacionada con la producción de dióxido de titanio a partir de ilmenita está aumentando rápidamente. [30] Entre 2002 y 2022, ha habido 459 familias de patentes que describen la producción de dióxido de titanio a partir de ilmenita, y este número está creciendo rápidamente. La mayoría de estas patentes describen procesos de pretratamiento, como el uso de fundición y separación magnética para aumentar la concentración de titanio en minerales de baja calidad, lo que da lugar a concentrados o escorias de titanio. Otras patentes describen procesos para obtener dióxido de titanio, ya sea mediante un proceso hidrometalúrgico directo o mediante dos procesos explotados industrialmente, el proceso de sulfato y el proceso de cloruro. La lixiviación ácida puede utilizarse como pretratamiento o como parte de un proceso hidrometalúrgico para obtener directamente dióxido de titanio o rutilo sintético (>90 por ciento de dióxido de titanio, TiO2). El proceso de sulfato representa el 40 por ciento de la producción mundial de dióxido de titanio y está protegido en el 23 por ciento de las familias de patentes. El proceso de cloruro sólo se menciona en el 8 por ciento de las familias de patentes, aunque proporciona el 60 por ciento de la producción industrial mundial de dióxido de titanio. [30]
Los principales contribuyentes a las patentes sobre la producción de dióxido de titanio son empresas de China, Australia y Estados Unidos, lo que refleja la importante contribución de estos países a la producción industrial. Las empresas chinas Pangang y Lomon Billions Groups son los principales contribuyentes y poseen carteras de patentes diversificadas que abarcan tanto el pretratamiento como los procesos que conducen a un producto final.
En comparación, la actividad de patentamiento relacionada con la producción de titanio metálico a partir de ilmenita se mantiene estable. [30] Entre 2002 y 2022, ha habido 92 familias de patentes que describen la producción de titanio metálico a partir de ilmenita, y este número se ha mantenido bastante estable. Estas patentes describen la producción de titanio metálico a partir de minerales, como la ilmenita, y de dióxido de titanio (TiO2) y tetracloruro de titanio (TiCl4), una sustancia química obtenida como intermedio en el proceso de cloruro. Los materiales de partida se purifican si es necesario y luego se convierten en titanio metálico mediante un proceso de reducción química utilizando un agente reductor. Los procesos difieren principalmente en lo que respecta al agente reductor utilizado para transformar el material de partida en titanio metálico: el magnesio es el agente reductor citado con más frecuencia y el más explotado en la producción industrial.
Los actores clave en el campo son las empresas japonesas, en particular Toho Titanium y Osaka Titanium Technologies , ambas centradas en la reducción utilizando magnesio. Pangang también contribuye a la producción de titanio metálico y posee patentes que describen la reducción mediante electrólisis de sal fundida. [30]
Se ha encontrado ilmenita en muestras lunares , particularmente en basaltos de mares lunares con alto contenido de Ti comunes en los sitios de Apolo 11 y Apolo 17 , y en promedio, constituye hasta el 5% de los meteoritos lunares. [46] La ilmenita ha sido el objetivo de la extracción de agua y oxígeno de ISRU debido a una reacción de reducción simplista que ocurre con tampones de CO y H 2 . [47] [48] [49]
Este artículo incorpora texto de una obra de contenido libre . Licencia CC-BY. Texto extraído de Producción de titanio y dióxido de titanio a partir de ilmenita y aplicaciones relacionadas, OMPI.
