Титан

Свойства

Титан - легкий, прочный и устойчивый к коррозии серебристо-белый металл. Чистый титан довольно мягкий, но титановые сплавы чрезвычайно прочны (даже прочнее стали и алюминия). Титан имеет очень высокую температуру плавления и не токсичен. Диоксид титана - одно из самых белых и ярких известных веществ. Благодаря своим непрозрачным и отражающим свойствам он используется в качестве пигмента в красках, пластмассах и бумаге. Диоксид титана также используется в солнцезащитных кремах из-за его способности отражать ультрафиолетовый свет.

Рутил

Рутил назван в честь латинского слова rutilus, означающего красный. Минерал рутил является богатым источником диоксида титана и обычно встречается в составе минеральных песчаных отложений. Он также используется для производства металлического титана.

Ильменит

Ильменит назван в честь Ильменских гор в России, где этот минерал был впервые обнаружен. Ильменит обладает слабомагнитными свойствами, что означает, что магниты можно использовать для отделения его от других минералов в песчаных отложениях. Он способен выдерживать экстремальные температуры и используется в сталелитейной промышленности для облицовки доменных печей. Твердость ильменита также делает его полезным в качестве абразива. Ильменит является основным источником диоксида титана, который используется в красках, тканях, пластмассах, бумаге, солнцезащитных кремах, продуктах питания и косметике.

Использует

Почти весь рутил и ильменит перерабатываются в нетоксичный белый пигмент из диоксида титана для использования в производстве красок, пластмасс, бумаги, чернил, резины, текстиля, косметики, кожи и керамики. Пигмент из диоксида титана обладает превосходной яркостью и высокой непрозрачностью, что обеспечивает хорошую укрывистость (например, в красках для покрытия грунтовочных покрытий) и заменил пигменты из карбоната свинца. Ильменит используется в качестве флюса в доменных печах и в качестве абразива для пескоструйной обработки. Рутил используется в производстве стекловолокна, химикатов и в качестве покрытия для сварочных стержней. Рутил также используется для производства легкого, прочного, стойкого к коррозии металлического титана, который используется в самолетах, космических аппаратах, автомобилях и опреснительных установках. Металлический титан биосовместим с организмом человека и поэтому используется для хирургических имплантатов, таких как эндопротезы коленного и тазобедренного суставов.

История

Титан был назван в 1795 году немецким химиком в честь титанов из греческой мифологии, которые были очень сильны. В 1940-х годах был разработан метод получения титана в лабораторных условиях, однако потребовалось еще почти десять лет, прежде чем он был адаптирован для крупномасштабного производства. В 1948 году компания DuPont открыла первое крупное производственное предприятие в Америке. Во время холодной войны Советский Союз начал использовать титан для военной техники, и США внимательно следили за этим, уделяя особое внимание самолетам.

Образование

Рутил и ильменит первоначально росли в виде кристаллов в магматических породах, таких как гранит, пегматит и базальт, а также в некоторых метаморфических породах. За миллионы лет эти породы подверглись выветриванию и эрозии, образовав мелкие зерна кварца и других минералов, включая рутил и ильменит. Эти зерна были смыты в море сильными дождями и быстротекущими ручьями и стали частью прибрежного песка. Относительная плотность обычных песчаных минералов, таких как кварц, составляет около 2,65 г/см³ Однако тяжелые минералы, содержащиеся в минеральных песках, имеют относительную плотность от 4 до 5,5 г/см3. Когда волны набегали на пляж, они уносили с собой более легкие зерна кварца обратно в море, оставляя зерна тяжелых минералов на пляже. Ветер также помогал концентрировать тяжелые минералы, сдувая более легкий кварцевый песок. Повторяясь много раз на протяжении миллионов лет, эти процессы в конечном итоге привели к образованию крупных залежей минеральных песков.

По мере того как уровень моря понижался и поднимался в течение геологического времени, береговая линия продвигалась вглубь материка, а затем снова возвращалась. В результате этого залежи минерального песка были покрыты большим количеством отложений, которые накапливались или подвергались эрозии и повторному отложению в других местах. Вот почему мы иногда находим залежи минерального песка на глубине многих километров от берега и на глубине до 50 метров под поверхностью.

Ресурсы

Рутил и ильменит встречаются в залежах минерального песка, связанных с современными и древними пляжами и дюнами на восточном, западном и южном побережьях Австралии. Залежи минерального песка встречаются вдоль побережья Восточной Австралии от центра Нового Южного Уэльса до Кейп-Йорка в Квинсленде. Крупные реликтовые или старые береговые отложения встречаются вплоть до Оуена в штате Виктория (месторождения Уэмена, Бонди, Кулвина) и на юго-западе Нового Южного Уэльса (месторождения гинкго, луциана). Месторождения также имеются в бассейне реки Эвкла вокруг Большого Австралийского залива в Южной Австралии и Западной Австралии. В Западной Австралии месторождения распространены от южной оконечности штата до Джералдтона и расположены на современной береговой линии или в виде реликтовых отложений на глубине до 35 км вглубь материка.

Австралия богата ресурсами минерального песка, но, поскольку они в основном расположены на побережье или вблизи него, их добыча конкурирует с другими видами землепользования, такими как сельское хозяйство, национальные парки, городское или туристическое развитие и рекреация. Выделение земель для других целей сделало некоторые запасы минерального песка недоступными для разведки или добычи. По оценкам Geoscience Australia, около 44% ильменита и 26% рутила недоступны для добычи. Месторождения этой категории включают острова Мортон, Брайби и Фрейзер, песчаный массив Кулула, Байфилд и район залива Шоулуотер в Квинсленде, а также национальные парки Юрайгир, Банджалунг, Хат-Хед и Майалл-Лейкс в Новом Южном Уэльсе.

В конце 1990-х годов в бассейне Муррей, который находится на территории Нового Южного Уэльса, Виктории и Южной Австралии, было обнаружено большое количество крупнозернистых песчаных отложений. Было обнаружено более 100 миллионов тонн концентратов тяжелых минеральных песков. Большие запасы мелкозернистых минеральных песков (называемых месторождениями типа WIM) залегают в регионе Хоршем, штат Виктория.

В Австралии в штате Виктория сосредоточена наибольшая доля известных запасов рутила - чуть более 50%, в то время как в Западной Австралии сосредоточено чуть менее 50% известных запасов ильменита. На международном уровне в Австралии сосредоточено около 40% мировых запасов рутила (по сравнению с Кенией (24%), Южной Африкой (15%) и Индией (14%)) и 19% мировых запасов ильменита (по сравнению с Китаем (27%), Индией (11%) и Южной Африкой (9%)). На долю Австралии приходится около 13% мирового производства ильменита. Другими ведущими производителями ильменита являются Китай (16%) и Вьетнам (10%). Австралия производит около 30% мирового объема рутила, за ней следует Сьерра-Леоне (23%).

Добыча полезных ископаемых

Хотя залежи минерального песка были обнаружены еще в 1870 году, впервые добыча песка в Австралии началась в 1930-х годах в Байрон-Бей на северном побережье Нового Южного Уэльса. Добыча ильменита началась в середине 1950-х годов недалеко от Банбери на юго-западе Западной Австралии. На сегодняшний день Западная Австралия является крупнейшим производителем этих полезных ископаемых. Для добычи этих полезных ископаемых песок просачивается через большую всасывающую трубу, и тяжелые минералы отделяются от более легких частиц песка. По мере того, как экскаватор медленно продвигается вперед, чистые песчаные отходы перекачиваются обратно, чтобы заполнить зону добычи.

Некоторые высокосортные месторождения, содержащие умеренно упрочненный материал или пласты, разрабатываются с использованием такого оборудования, как самозагружающиеся скреперы, роторные экскаваторы, бульдозеры и фронтальные погрузчики.

По мере продвижения земснаряда постепенно проводится тщательная экологическая реабилитация отработанных участков. Хвостам обратной засыпки придается форма, приближенная к первоначальному рельефу, затем заменяется первоначальный верхний слой почвы и все вскрышные породы, а территория восстанавливается растительностью, либо местной флорой, либо пастбищными травами. Экологический мониторинг продолжается по мере созревания растительности, и в конечном итоге территория восстанавливается, насколько это возможно, в соответствии с ее прежним землепользованием, как правило, это естественные заросли кустарника или сельскохозяйственные угодья. В процессе утверждения перед выдачей согласия на создание рудника проводятся консультации с общественностью.

Обработка

Добытые концентраты тяжелых минералов направляются на "сухие" мельницы, где отдельные минералы разделяются с использованием их различных магнитных и электрических свойств при различных повышенных температурах. Оборудование для разделения включает в себя пластинчатые сепараторы высокого напряжения (электрические), магнитные и электростатические аппараты высокой интенсивности.

Ильменит заменен синтетическим рутилом (>90% TiO₂) путем удаления содержащегося железа на заводах, расположенных в Кейпеле, Джералдтоне и Мучеа, в Западной Австралии. Используемая технология называется процессом Бехера и была разработана по совместной инициативе промышленности и правительства Австралии в начале 1960-х годов. В процессе Бехера получают ильменитовый концентрат, содержащий 55-65% TiO₂(остальное, в основном, оксид железа) подается во вращающуюся печь для измельчения оксида железа до металлического железа. Зерна ильменита преобразуются в пористые синтетические зерна рутила с металлическим железом и другими примесными включениями. Железо осаждается в виде гидратированного оксида железа из зерен синтетического рутила, а для растворения примесей и любых остатков железа используется слабая кислотная обработка. Зерна синтетического рутила промываются, сушатся и отправляются на заводы по производству пигментов из диоксида титана в Австралии или за рубежом для дальнейшей переработки. Важным изменением в технологическом процессе Бехера на заводе в Джеральдтоне стала разработка технологии обогащения синтетического рутила, или SREP, в которой используются различные методы выщелачивания для снижения уровня радиоактивности в синтетическом рутиловом продукте до международно приемлемых уровней.

Предприятие и рудники Ярраман на острове Северный Страдброк в Квинсленде перерабатывают руду mineral sands для производства ильменитового и рутилового концентратов. Концентраты перевозятся на баржах на завод по переработке сухого сырья в Пинкенбе, недалеко от устья реки Брисбен, для экспорта через порт Брисбен.

Белый пигмент из диоксида титана производится на заводах в Квинане и Кемертоне в Западной Австралии. На этих заводах для получения белого пигмента используется процесс хлорирования путем прокаливания смеси синтетического рутила, кокса и хлора с образованием газообразного тетрахлорида титана (TiCl₄). Ильменит не может быть использован в качестве сырья в процессе хлорирования, поскольку в нем слишком низкое содержание титана. Тетрахлорид титана конденсируется в жидкое состояние, и большая часть примесей отделяется в виде твердых частиц, после чего он повторно нагревается до газообразного состояния и смешивается с горячим кислородом с образованием очень мелкокристаллического рутила (белого пигмента-сырца). Вытесненный газообразный хлор повторно используется в начале процесса. Свойства исходного пигмента, полученного в результате обоих способов получения пигмента, улучшаются для различных целей за счет покрытия кристаллов белыми водными оксидами кремнезема, оксида алюминия, диоксида титана или диоксида циркония (ZrO₂).

Для получения чистого белого диоксида титана минералы вступают в реакцию с хлором, а затем сжигаются в кислороде. Производство чистого металлического титана осуществляется только за рубежом, где минеральные пески вступают в реакцию с другими химическими веществами, а затем нагреваются.