La ilmenita es un mineral de óxido de hierro y titanio con la fórmula idealizada FeTiO.
3. Es un sólido débilmente magnético de color negro o gris acero. La ilmenita es el mineral de titanio más importante [5] y la principal fuente de dióxido de titanio , que se utiliza en pinturas, tintas de impresión, [6] tejidos, plásticos, papel, protectores solares, alimentos y cosméticos. [7]
La ilmenita es un mineral negro opaco, pesado (gravedad específica 4,7), moderadamente duro (dureza Mohs 5,6 a 6), con un brillo submetálico. [8] Casi siempre es masivo, siendo bastante raros los cristales tabulares gruesos. No muestra ninguna hendidura discernible, sino que se rompe con una fractura concoidea a desigual. [9]
La ilmenita cristaliza en el sistema trigonal con el grupo espacial R 3 . [10] [3] La estructura cristalina de ilmenita consiste en un derivado ordenado 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 sólo una atracción muy débil hacia un imán), pero la ilmenita 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 exsolveda que también contribuye a su ferromagnetismo. [8]
La ilmenita se distingue de la hematita por su color negro menos intenso y su apariencia más apagada 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 el titanio como uno de los constituyentes del principal mineral de la arena. [11] [12] [13] Gregor llamó a este mineral manaccanita . [14] El mismo mineral se encontró en las montañas Ilmensky , cerca de Miass , Rusia , y se denominó ilmenita . [9]
La ilmenita pura tiene la composición FeTiO 3 . Sin embargo, la ilmenita suele contener cantidades apreciables de magnesio y manganeso y hasta un 6 % en peso de hematita, Fe 2 O 3 , que sustituye al FeTiO 3 en la estructura cristalina. Por 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 magnesianos 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 kimberlitas generalmente contienen cantidades sustanciales de moléculas de geikielita, [15] y en algunas rocas félsicas altamente diferenciadas las ilmenitas pueden contener cantidades significativas de moléculas de pirofanita. [dieciséis]
A temperaturas superiores a 950 °C (1740 °F), existe una solución sólida completa entre ilmenita y hematita. Existe una brecha de miscibilidad a temperaturas más bajas, lo que resulta en una coexistencia de estos dos minerales en las rocas pero no en una solución sólida. [8] Esta coexistencia puede resultar en laminillas de exsolución en ilmenitas enfriadas con más hierro en el sistema del que puede acomodarse homogéneamente en la red cristalina. [17] La ilmenita que contiene entre un 6 y un 13 por ciento de Fe 2 O 3 se describe a veces como ilmenita ferriana . [18] [19]
La ilmenita se altera o se desgasta para formar el pseudomineral leucoxeno , un material de grano fino de color amarillento a grisáceo o parduzco [8] [20] enriquecido al 70% o más de TiO 2 . [19] El leucoxeno es una fuente importante de titanio en depósitos de arenas minerales pesadas . [21]
La ilmenita es un mineral accesorio común que se encuentra en rocas metamórficas e ígneas . [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 encuentra en estos acumulados junto con ortopiroxeno [22] o en combinación con plagioclasa y apatita ( nelsonita ). [23]
La ilmenita de magnesio se forma en kimberlitas como parte de la asociación MARID de minerales ( mica - anfíbol - rutilo -ilmenita- diópsido ) 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 anormalmente altas de niobio . [25]
Muchas rocas ígneas máficas contienen granos de magnetita e ilmenita intercaladas, formados por la oxidación del ulvoespinel . [18]
La mayor parte de la ilmenita se extrae para producir dióxido de titanio . [26] La ilmenita y el dióxido de titanio se utilizan en la producción de metal titanio . [27] [28]
El dióxido de titanio se utiliza sobre todo como pigmento blanco y las principales industrias consumidoras de pigmentos de TiO 2 son las pinturas y revestimientos de superficies, los plásticos y el papel y el cartón. El consumo per cápita de TiO 2 en China es de aproximadamente 1,1 kilogramos por año, en comparación con 2,7 kilogramos en Europa occidental y Estados Unidos. [29]
El titanio es el noveno elemento más abundante en la Tierra y representa alrededor del 0,6 por ciento de la corteza terrestre. La ilmenita se procesa habitualmente 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 inferior de TiO2. 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 del rutilo. [30]
La ilmenita se puede convertir en dióxido de titanio de calidad pigmentaria mediante el proceso de sulfato o el proceso de cloruro . [31] La ilmenita también se puede mejorar y purificar a dióxido de titanio en forma de rutilo mediante el proceso Becher . [32]
Los minerales de ilmenita también se pueden convertir en hierro líquido y una 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 de las soleras de los altos hornos. [34]
La ilmenita se puede utilizar para producir ferrotitanio mediante reducción aluminotérmica . [35]
La mayor parte de la ilmenita se recupera de depósitos de arenas minerales pesadas, donde el mineral se concentra como un depósito de placer y la erosión 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 en capas ultramáficas a máficas o macizos de anortosita . La ilmenita en intrusiones estratificadas es a veces abundante, pero contiene considerables intercrecimientos de magnetita que reducen su ley. La ilmenita de los macizos de anortosita suele contener grandes cantidades de calcio o magnesio, lo que la hace inadecuada para el proceso de cloruro. [39]
Las reservas probadas de ilmenita y 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 depósitos adicionales 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, seguida de Sudáfrica, Canadá, Mozambique, India, China, Vietnam, Ucrania, Noruega, Madagascar y Estados Unidos.
Los cuatro principales productores de materias primas de ilmenita y rutilo 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 mineras de ilmenita basadas en arenas minerales incluyen:
Los principales depósitos potenciales de ilmenita atractivos 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 (incluidos la ilmenita y el rutilo). Sudáfrica y Mozambique también son contribuyentes importantes, ya que representan el 13 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 contribuyen en gran medida a la minería del rutilo. [30]
China es el mayor productor de dióxido de titanio, seguida de Estados Unidos y Alemania. China también es líder en la producción de titanio metálico, pero el Japón, la Federación de Rusia y Kazajstán se han convertido en importantes contribuyentes a este campo.
La actividad de patentes 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 del sulfato y el proceso del cloruro. La lixiviación ácida podría usarse 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 del 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 del 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 los 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 cubren tanto el pretratamiento como los procesos que conducen a un producto final.
En comparación, la actividad de patentes relacionada con la producción de titanio a partir de ilmenita se mantiene estable. [30] Entre 2002 y 2022, ha habido 92 familias de patentes que describen la producción de metal titanio 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 a partir de dióxido de titanio (TiO2) y tetracloruro de titanio (TiCl4), una sustancia química obtenida como intermedio en el proceso del cloruro. Los materiales de partida se purifican si es necesario y luego se convierten en titanio metálico mediante un proceso de reducción química que utiliza un agente reductor. Los procesos se diferencian principalmente en el agente reductor utilizado para transformar el material de partida en titanio metálico: el magnesio es el agente reductor más citado y el más utilizado en la producción industrial.
Los actores clave en este campo son empresas japonesas, en particular Toho Titanium y Osaka Titanium Technologies , ambas centradas en la reducción mediante magnesio. Pangang también contribuye a la producción de metal titanio y posee patentes que describen la reducción mediante electrólisis de sales fundidas. [30]
Se ha encontrado ilmenita en muestras lunares , particularmente en basaltos lunares con alto contenido de Ti , comunes en los sitios del Apolo 11 y el 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 un trabajo de contenido gratuito . Licenciado bajo CC-BY. Texto extraído de Producción de titanio y dióxido de titanio a partir de ilmenita y aplicaciones relacionadas, OMPI.
