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イルメナイトは、理想化された化学式FeTiO 3で表されるチタン鉄(II)酸化物鉱物です。弱磁性の黒色または鋼灰色の固体です。イルメナイトはチタンの最も重要な鉱石であり[ 6 ] 、塗料、印刷インク[ 7 ]、布地、プラスチック、紙、日焼け止め、食品、化粧品[ 8 ]の白色顔料として使用される二酸化チタンの主な供給源です。
イルメナイトは、比重4.7と重く、モース硬度5.6～6と中程度の硬さの、不透明な黒色の鉱物で、亜金属光沢を呈します。[ 9 ]ほとんどの場合塊状で、厚い板状の結晶は非常にまれです。明瞭な劈開はなく、貝殻状から不均一な断口で割れます。[ 10 ]
イルメナイトは空間群R3の三方晶系で結晶化する。[ 11 ] [ 4 ]イルメナイトの結晶構造はコランダム構造の規則的な派生構造であり、コランダムではすべての陽イオンが同一であるが、イルメナイトではFe2 +イオンとTi4 +イオンが三方晶系のc軸に垂直な交互の層を占める。
純粋なイルメナイトは常磁性（磁石に非常に弱い引力しか示さない）ですが、イルメナイトはヘマタイトと固溶体を形成し、これは弱い強磁性を示すため、磁石に顕著に引き付けられます。イルメナイトの天然鉱床には通常、共生または分離した磁鉄鉱が含まれており、これも強磁性に寄与しています。[ 9 ]
イルメナイトは、ヘマタイトよりも黒色が薄く、外観がくすんでいて、条痕が黒い点で区別され、マグネタイトよりも磁性が弱い点で区別される。[ 10 ] [ 9 ]
1791年、ウィリアム・グレゴールは、コーンウォールのマナカン村のすぐ南の谷を流れる小川で黒砂の鉱床を発見し、砂の主成分の一つとしてチタンを初めて特定した。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]グレゴールはこの鉱物をマナカナイトと名付けた。[ 15 ]同じ鉱物がロシアのミアス近郊のイルメンスキー山脈で発見され、イルメナイトと名付けられた。[ 10 ]
純粋なイルメナイトの組成はFeTiO₃である。しかし、イルメナイトは多くの場合、かなりの量のマグネシウムとマンガン、そして結晶構造中の FeTiO₃ を置換する最大 6 重量% のヘマタイト (Fe₂O₃) を含んでいる。したがって、完全な化学式は( Fe ,Mg,Mn,Ti)O₃と表すことができる。[ 9 ]イルメナイトはガイキエライト( MgTiO₃)と固溶体を形成する。3）およびパイロファナイト（MnTiO3 ) これらは固溶体系列のマグネシウムおよびマンガン末端成分である。 [ 4 ]
イルメナイトは一般的に理想的なFeTiOに近いが3組成は、微量の Mn と Mg を含み、 [ 4 ]キンバーライトのイルメナイトは通常、かなりの量のガイキエライト分子を含み、 [ 16 ]高度に分化した珪長質岩ではイルメナイトがかなりの量のパイロファナイト分子を含むことがある。 [ 17 ]
950 °C (1,740 °F)を超える温度では、イルメナイトとヘマタイトの間に完全な固溶体が存在する。低温では混和ギャップがあり、岩石中にこれら 2 つの鉱物が共存するが固溶体は存在しない。 [ 9 ]この共存により、結晶格子に均一に収容できる量よりも多くの鉄が系内に存在する冷却イルメナイトに離溶ラメラが生じる可能性がある。[ 18 ] 6 ～ 13 パーセントのFe 2 O 3を含むイルメナイトは、フェリアンイルメナイトと呼ばれることがある。[ 19 ] [ 20 ]
イルメナイトは変質または風化して擬似鉱物であるロイコキセンを形成します。ロイコキセンは、 TiO2が 70% 以上濃縮された、きめの細かい黄色から灰色または茶色の物質です[ 9 ] [ 21 ][20 ] 。ロイコキセンは、重鉱物砂鉱床におけるチタンの重要な供給源です[ 22 ]。
イルメナイトは、火成岩や高変成岩によく見られる副成分鉱物です。[ 4 ]層状貫入岩では、貫入岩内部の累積層の一部として高濃度で見られます。イルメナイトは、これらの累積層では一般的に斜方輝石[ 23 ]とともに、または斜長石やアパタイト（ネルソナイト）と共存して産出します。[ 24 ]
マグネシウムイルメナイトは、キンバーライト中のグリメライト捕獲岩のMARID鉱物集合体（雲母-角閃石-ルチル-イルメナイト-透輝石）の一部として形成される。[ 25 ]マンガンイルメナイトは花崗岩[ 17 ]や炭酸塩岩貫入岩中に見られ、異常に高濃度のニオブを含む場合もある。[ 26 ]
イルメナイトのほとんどは二酸化チタンの製造のために採掘される。[ 27 ]イルメナイトと二酸化チタンはチタン金属の製造に使用される。[ 28 ] [ 29 ]
二酸化チタンは白色顔料として最も多く使用されており、TiO 2顔料の主な消費産業は塗料および表面コーティング、プラスチック、紙および板紙です。中国におけるTiO 2の1人当たりの年間消費量は約1.1キログラムで、西ヨーロッパおよび米国の2.7キログラムと比較すると少ないです。[ 30 ]
チタンは地球上で9番目に豊富な元素であり、地殻の約0.6パーセントを占めています。イルメナイトは一般的にチタン精鉱を得るために加工され、TiO2が90パーセント以上含まれている場合は「合成ルチル」、TiO2含有量が低い場合はより一般的に「チタン含有スラグ」と呼ばれます。世界のチタン精鉱の推定生産量の80パーセント以上はイルメナイトの加工から得られ、13パーセントはチタン含有スラグから、5パーセントはルチルから得られています。[ 31 ]
イルメナイトは、硫酸法または塩化物法のいずれかによって顔料グレードの二酸化チタンに変換できます。[ 32 ]また、イルメナイトは、ベッヒャー法を使用してルチル型の二酸化チタンに改良および精製することもできます。[ 33 ]
イルメナイト鉱石は製錬プロセスによって液体鉄とチタンを豊富に含むスラグに変換することもできます。 [ 34 ]
製鉄業者は、高炉炉床の耐火材の内張りにイルメナイト鉱石をフラックスとして使用する。[ 35 ]
イルメナイトはアルミノ還元によりフェロチタンの製造に使用できる。[ 36 ]
ほとんどのイルメナイトは、重鉱物砂鉱床から回収されます。そこでは、イルメナイトは漂砂鉱床として濃縮され、風化によって鉄分が減少し、チタンの割合が増加します。しかし、イルメナイトは、超苦鉄質から苦鉄質の層状貫入岩や斜長岩塊などの「硬岩」チタン鉱石源からも回収できます。層状貫入岩中のイルメナイトは時に豊富ですが、かなりの量の磁鉄鉱が共生しているため、鉱石の品位が低下します。斜長岩塊からのイルメナイトは、塩化物法に適さないほど大量のカルシウムやマグネシウムを含むことが多いです。[ 40 ]
イルメナイトとルチル鉱石の確定埋蔵量は、二酸化チタン換算で4億2300万トンから6億トンと推定されている。最大のイルメナイト鉱床は、南アフリカ、インド、米国、カナダ、ノルウェー、オーストラリア、ウクライナ、ロシア、カザフスタンにある。バングラデシュ、チリ、メキシコ、ニュージーランドにも鉱床が発見されている。[ 41 ]
2011年、オーストラリアは約130万トンのイルメナイト鉱石を生産し、世界最大の生産国となった。次いで南アフリカ、カナダ、モザンビーク、インド、中国、ベトナム、ウクライナ、ノルウェー、マダガスカル、アメリカ合衆国が続いた。
2010年のイルメナイトとルチル原料生産量上位4社は、リオ・ティント・グループ、イルカ・リソーシズ、エクサロ、ケンメア・リソーシズであり、これら4社で世界の供給量の60%以上を占めた。[ 42 ]
世界最大の露天掘りイルメナイト鉱山は以下の2つです。
主要な鉱物砂を原料とするイルメナイト採掘事業には、以下のようなものがある。
魅力的な主要なイルメナイト鉱床候補には以下が含まれる。
2020年、中国は圧倒的にチタン採掘活動が活発でした。世界のイルメナイトの約35%が中国で採掘されており、これはチタン鉱物採掘総量（イルメナイトとルチルを含む）の33%に相当します。南アフリカとモザンビークも重要な貢献国であり、それぞれ世界のイルメナイト採掘量の13%と12%を占めています。オーストラリアはイルメナイト採掘総量の6%、ルチル採掘量の31%を占めています。シエラレオネとウクライナもルチル採掘に大きく貢献しています。[ 31 ]
二酸化チタンの生産量で世界一を誇るのは中国であり、次いで米国、ドイツが続く。チタン金属の生産量でも中国はトップだが、近年は日本、ロシア連邦、カザフスタンもこの分野で重要な貢献国として台頭している。
イルメナイトからの二酸化チタン製造に関連する特許活動は急速に増加している。 [ 31 ] 2002年から2022年の間に、イルメナイトからの二酸化チタン製造を記載した特許ファミリーは459件あり、この数は急速に増加している。これらの特許の大部分は、低品位鉱石中のチタン濃度を高め、チタン精鉱またはスラグを得るための製錬や磁気分離などの前処理プロセスを記載している。その他の特許は、直接湿式製錬プロセスまたは工業的に利用されている2つのプロセス（硫酸法と塩化物法）を介して二酸化チタンを得るプロセスを記載している。
酸浸出は、前処理として、または湿式冶金プロセスの一部として、二酸化チタンまたは合成ルチル（二酸化チタン90%以上、TiO2）を直接得るために使用されることがあります。硫酸法は世界の二酸化チタン生産量の40%を占め、特許ファミリーの23%で保護されています。塩化物法は、世界の二酸化チタン工業生産量の60%を占めているにもかかわらず、特許ファミリーのわずか8%でしか言及されていません。[ 31 ]
二酸化チタンの製造に関する特許の主要な貢献者は、中国、オーストラリア、米国の企業であり、これはこれらの国々が工業生産に大きく貢献していることを反映している。中国企業の攀鋼集団（ Pangang）と魯猛盈集団（Lomon Billions Groups）が主な貢献者であり、前処理から最終製品に至るまでの工程までを網羅する多様な特許ポートフォリオを保有している。
それに比べて、イルメナイトからのチタン金属製造に関する特許活動は安定している。[ 31 ] 2002年から2022年の間に、イルメナイトからのチタン金属製造を記載した特許ファミリーは92件あり、この数は比較的安定している。これらの特許は、イルメナイトなどの鉱石、二酸化チタン（TiO2）、および塩化物プロセスの中間体として得られる化学物質である四塩化チタン（TiCl4）からチタン金属を製造する方法を記載している。出発物質は必要に応じて精製され、還元剤を使用した化学還元プロセスによってチタン金属に変換される。プロセスは主に、出発物質をチタン金属に変換するために使用される還元剤によって異なり、マグネシウムが最も頻繁に引用される還元剤であり、工業生産で最も利用されている。
この分野の主要プレーヤーは日本の企業であり、特に東邦チタンと大阪チタンテクノロジーズはマグネシウムを用いた還元に注力している。潘鋼もチタン金属の生産に貢献しており、溶融塩電解による還元に関する特許を保有している。[ 31 ]
イルメナイトは月のサンプル、特にアポロ11号とアポロ17号の着陸地点でよく見られる高チタンの月の海玄武岩で発見されており、平均して月の隕石の最大5%を占めています。[ 47 ]イルメナイトは、COとH2バッファーで起こる単純な還元反応のため、ISRUの水と酸素の抽出の対象となっています。[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] 2028年に打ち上げ予定の欧州宇宙機関のVMMOミッションは、月面のイルメナイトの分布をマッピングすることを目的としています。[ 51 ] [ 52 ]
この記事は、無料コンテンツ作品からのテキストを組み込んでいます。CC -BYライセンスに基づき使用しています。テキストは、WIPO発行の「イルメナイトからのチタンおよび二酸化チタンの製造と関連用途」から引用しています。
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