イルメナイト

イルメナイト
ロシア、ウラル地方、南ウラル、チェリャビンスク州、イルメニ山脈、ミアス産イルメニ石。4.5 x 4.3 x 1.5 cm
一般的な
カテゴリ	酸化鉱物
式 （繰り返し単位）	鉄チタン酸化物、FeTiO 3
IMAシンボル	イルム[1]
シュトランツ分類	4.CB.05
ダナ分類	04.03.05.01
結晶系	三角
クリスタルクラス	菱面体（3） HM記号：（3）
空間群	R 3（第148号）
単位セル	a = 5.08854(7) c = 14.0924(3) [Å]: Z = 6
識別
色	鉄黒色。反射光で茶色がかった灰色。
クリスタル習慣	ヘマタイトまたはマグネタイト中の粒状から塊状および層状の溶出物
姉妹都市	{0001} 単純、{10 1 1} 薄板状
胸の谷間	欠席。{0001} と {10 1 1}で別れる。
骨折	貝殻状から亜貝殻状
粘り強さ	脆い
モース 硬度	5～6歳
光沢	金属から亜金属
連勝	黒
透けて見える	不透明
比重	4.70～4.79
光学特性	一軸（–）
複屈折	強い; O: ピンクがかった茶色、E: 濃い茶色（二重反射）
その他の特徴	弱い磁性
参考文献	[2] [3] [4]

イルメナイトは、理想的な化学式FeTiOのチタン鉄酸化物鉱物である。
₃イルメナイトは、黒色または鋼灰色の弱い磁性固体です。イルメナイトはチタンの最も重要な鉱石であり^{[5] 、塗料、印刷インク、 [6]}織物、プラスチック、紙、日焼け止め、食品、化粧品に使用される二酸化チタンの主な供給源です。^[7]

イルメナイトは、重く（比重4.7）、中程度の硬さ（モース硬度5.6～6）、亜金属光沢を持つ不透明な黒色の鉱物である。^[8]ほとんどの場合塊状で、厚い板状の結晶は非常にまれである。目立った劈開は見られず、代わりに貝殻状または不均一な破断を呈する。^[9]

イルメナイトは、空間群R 3の三方晶系で結晶化する。^{[10] [3]}イルメナイトの結晶構造はコランダム構造の整列した誘導体から成り、コランダムではすべての陽イオンは同一であるが、イルメナイトではFe ^{2+ イオン}とTi ⁴⁺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（磁石に対して非常に弱い引力しか示さない）であるが、イルメナイトは弱い強磁性のヘマタイトと固溶体を形成し、磁石に対して顕著に引き付けられる。イルメナイトの天然鉱床には通常、共生または溶解した磁鉄鉱が含まれており、これもまた強磁性に寄与している。^[8]

イルメナイトは、ヘマタイトよりも黒色が薄く、外観が鈍く、黒い縞があることで区別され、磁鉄鉱よりも磁性が弱いことで区別されます。^{[9] [8]}

• 
  イルメナイトの結晶構造
• 
  ノルウェー、アウスト・アグデル、フロランド産のイルメナイト。 4.1×4.1×3.8cm
• 
  通常光の下でのイルメナイトとヘマタイト
• 
  偏光下のイルメナイトとヘマタイト

1791年、ウィリアム・グレガーは、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、その砂の主要鉱物の成分の一つとしてチタンを初めて特定した。^{[11] [12] [13]}グレガーはこの鉱物をマナッカナイトと名付けた。^[14]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も発見され、イルメナイトと名付けられた。^[9]

純粋なイルメナイトの組成はFeTiO ₃です。しかし、イルメナイトには、かなりの量のマグネシウムとマンガン、および結晶構造中のFeTiO ₃を置換する最大 6重量%のヘマタイト( Fe ₂ O _{3 )}が含まれることがほとんどです。したがって、完全な化学式は(Fe,Mg,Mn,Ti)O ₃と表すことができます。^[8]イルメナイトは、ゲイキエライト( MgTiO
₃）およびパイロファナイト（MnTiO
₃）は、固溶体系列のマグネシウムおよびマンガン含有最終成分である。^[3]

イルメナイトは典型的には理想的なFeTiOに近いが、
₃組成はMnとMgのモルパーセントが少量であるが、^[3]キンバーライトのイルメナイトには通常、相当量のゲイキエリート分子が含まれており、^[15]高度に分化した珪長質岩石の中には、相当量のピロファナイト分子が含まれているものがある。^[16]

950 °C (1,740 °F) 以上の温度では、イルメナイトとヘマタイトは完全に固溶する。低温では混和性ギャップがあり、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。 ^[8]この共存により、冷却されたイルメナイトでは結晶格子に均一に収容できる量よりも多くの鉄がシステム内に存在し、離溶層が生じる可能性がある。^{[17] 6 ～ 13 % の}Fe ₂ O ₃を含むイルメナイトは、鉄分の多いイルメナイトと呼ばれることもある。^{[18] [19]}

イルメナイトは変質または風化して擬似鉱物の白鉄鉱を形成します。白鉄鉱は、 TiO2_を70％以上含む、細粒の黄色から灰色または茶色の物質です^{[8] [20]}。^{[19]白鉄鉱は、}重鉱物砂鉱床における重要なチタン源です。^[21]

イルメナイトは変成岩や火成岩によく見られる副鉱物です。^[3]層状の貫入岩中に大量に存在し、貫入岩内の集積層の一部として形成されます。イルメナイトは一般にこれらの集積岩中に斜方輝石と一緒に存在し^{[22] 、または}斜長石とアパタイト（ネルソン石）と組み合わせて存在します。^[23]

マグネシウム含有イルメナイトは、キンバーライト中に、グリメライト捕獲岩のMARID鉱物群（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ます。^[24]マンガン含有イルメナイトは花崗岩中に見られ^[16]、またカーボナタイト貫入岩中にも見られ、異常に高い量のニオブを含むこともあります。^[25]

多くの苦鉄質火成岩には、ウルボスピネルの酸化によって形成された、相互に成長した磁鉄鉱とイルメナイトの粒子が含まれています。^[18]

イルメナイトのほとんどは二酸化チタンの生産のために採掘されます。^{[26]イルメナイトと二酸化チタンは}チタン金属の生産に使用されます。^{[27] [28]}

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、TiO2顔料の主な消費産業_は 塗料や表面コーティング、プラスチック、紙や板紙です。中国における_TiO2の一人当たりの消費量は年間約1.1キログラムで、西欧や米国では2.7キログラムです。^[29]

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％を占めています。イルメナイトは一般的にチタン濃縮物を得るために加工されます。チタン濃縮物は、TiO2含有量が90％を超える場合は「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。推定されるチタン濃縮物の世界生産量の80％以上はイルメナイトの加工から得られ、13％はチタン含有スラグから、5％はルチルから得られます。^[30]

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。^{[31]イルメナイトは}ベッチャー法を使用してルチルの形の二酸化チタンに改良および精製することもできます。^[32]

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。 ^[33]

イルメナイト鉱石は、鉄鋼メーカーによって高炉炉床耐火物のライニングに使用されるフラックスとして使用されます。^[34]

イルメナイトはアルミノテルミット還元法によってフェロチタンを生産するために使用することができる。^[35]

イルメナイトのほとんどは、重鉱物砂鉱床から回収されます。重鉱物砂鉱床では、鉱物が砂鉱床として濃縮され、風化により鉄含有量が減少し、チタンの割合が増加します。ただし、イルメナイトは、超塩基性から塩基性の層状貫入岩や斜長岩 山塊などの「ハードロック」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豊富にある場合もありますが、磁鉄鉱の共生がかなり含まれているため、鉱石の品位が低下します。斜長岩山塊からのイルメナイトには、塩化物処理に適さない大量のカルシウムやマグネシウムが含まれることがよくあります。^[39]

イルメナイトとルチル鉱石の証明済み埋蔵量は、二酸化チタンで4億2,300万トンから6億トンと推定されています。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、カザフスタンにあります。追加の鉱床は、バングラデシュ、チリ、メキシコ、ニュージーランドにあります。^[40]

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。これに南アフリカ、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、米国が続いた。

2010年のイルメナイトとルチルの原料生産上位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、これらを合わせると世界の供給量の60%以上を占めた。^[41]

世界最大の 2 つの露天掘りイルメナイト鉱山は次のとおりです。

• テルネス鉱山はノルウェーのソクンダルにあり、Titania AS（クロノス・ワールドワイド社所有）が運営しており、生産能力は0.55 Mtpa、TiO含有量は57 Mtである。
  ₂準備金。
• リオ・ティント・グループのラック・ティオ鉱山はカナダのケベック州アーヴル・サン・ピエールの近くにあり、生産能力は300万トン、埋蔵量は5200万トンである。^[42]

主要な鉱物砂ベースのイルメナイト採掘事業には以下のものがあります。

• 南アフリカのリチャーズベイミネラルズ。リオティントグループが過半数を所有。
• モザンビークにあるケンメア・リソーシズのモマ鉱山。
• イルカ・リソーシズのオーストラリアにおける採掘事業には、マレー盆地、エネアバ、カペルなどが含まれます。
• インドのKerala Minerals & Metals Ltd (KMML)、Indian Rare Earths (IRE)、VV Mineral 鉱山。
• セネガルのティジール社のグランドコート鉱山^[43]
• QITマダガスカルミネラルズ鉱山はリオティントグループが過半数を所有しており、2009年に生産を開始し、イルメナイトを年間0.75百万トン生産すると予想されており、将来的には年間2百万トンまで拡大する可能性があります。

魅力的で潜在的なイルメナイト鉱床としては、以下のものがあります。

• フィンランド北部のコラリにあるカルフユプッカ磁鉄鉱-イルメナイト鉱床には、約 500 万トンの埋蔵量があり、鉱石には約 6.2% のチタンが含まれています。
• 西オーストラリア州ピルバラにあるバラバラ磁鉄鉱・鉄・チタン・バナジウム鉱床には、 45% Fe、13.7% TiOの品位を持つ4億5600万トンの堆積鉱床層が含まれています。
  ₂0.64% V
  ₂お
  ₅オーストラリアで最も豊富な磁鉄鉱・イルメナイト鉱床の一つ^[44]
• オーストラリアのコバーン、WIM 50、ダグラス、プーンカリエの鉱物砂鉱床。
• カナダのケベック州東部にあるマグパイチタン磁鉄鉱（鉄・チタン・バナジウム・クロム）鉱床には、約 10 億トンの鉱床があり、その中には約 43% の Fe、12% の TiO ₂、0.4% の V ₂ O ₅、および 2.2% の Cr ₂ O ₃が含まれています。
• ミネソタ州北東部のロングノーズ鉱床は「北米最大かつ最も豊富なイルメナイト鉱床」と考えられている。^[45]

2020年、中国は圧倒的にチタン採掘活動が盛んである。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量（イルメナイトとルチルを含む）全体の33％を占めている。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％を占めている。オーストラリアはイルメナイト採掘量の6％、ルチル採掘量の31％を占めている。シエラレオネとウクライナもルチル採掘の大きな貢献国である。^[30]

中国は二酸化チタンの最大の生産国であり、米国とドイツがそれに続いている。中国は金属チタンの生産でもトップクラスだが、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生産に関する特許活動は急速に増加している。 ^{[30] 2002年から2022年の間に、イルメナイトからの二酸化チタン生産を記載した}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てチタン濃縮物またはスラグを生成するために製錬と磁気分離を使用するなどの前処理プロセスを記載している。他の特許は、直接湿式冶金プロセスによって、または硫酸法と塩化物法という2つの工業的に利用されているプロセスによっ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使用され、二酸化チタンまたは合成ルチル（> 90%二酸化チタン、TiO2）を直接得ることができる。硫酸法は世界の二酸化チタン生産の40%を占め、特許ファミリーの23%で保護されている。塩化物プロセスは、二酸化チタンの世界の工業生産の60％を占めているにもかかわらず、特許ファミリーの8％でしか言及されていません。^[30]
二酸化チタンの生産に関する特許の主な貢献者は、中国、オーストラリア、米国の企業であり、これらの国が工業生産に大きく貢献していることを反映しています。中国企業のパンガングループとロモンビリオンズグループが主な貢献者であり、前処理と最終製品に至るプロセスの両方をカバーする多様な特許ポートフォリオを保有しています。

それに比べて、イルメナイトからのチタン金属生産に関する特許活動は安定している。^[30] 2002年から2022年の間に、イルメナイトからのチタン金属生産を記載した特許ファミリーは92件あり、この数は非常に安定している。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）、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）から始まるチタン金属の生産を記載している。出発物質は必要に応じて精製され、その後、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する還元剤に関して異なる。マグネシウムは最も頻繁に引用され、工業生産で最も利用されている還元剤である。
この分野の主要プレーヤーは日本企業であり、特に東邦チタニウムと大阪チタニウムテクノロジーズは、どちらもマグネシウムを使用した還元に重点を置いている。パンガンもチタン金属生産に貢献しており、溶融塩電気分解による還元を記載した特許を保有している。^[30]

イルメナイトは月のサンプル、特にアポロ11号と17号の遺跡でよく見られる高チタンの月海 玄武岩で発見されており、平均して月隕石の最大5％を占めています。^{[46]イルメナイトは、COとH} ₂緩衝液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。^{[47] [48] [49]}

 この記事には、フリーコンテンツ作品からのテキストが組み込まれています。CC-BY ライセンス。テキストは、WIPO 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および関連アプリケーション」から引用しました。