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钛(Titanium):元素符号Ti,原子序数22,原子量47.88,在元素周期表中位于第4周期ⅣB族。钛是地壳中分布最广和丰度高(6320×10-6)的元素之一,占地壳重量的0.61%列居第9位;而钛资源则仅次于铁、铝、镁而列居第4位,是制取钛渣、人造金红石、钛白、海绵钛、钛金属及钛材、焊条涂料的重要原料。由于金属钛呈银白,具有熔点高(1727℃)、比重轻(4.5)、机械强度高(5)、耐低温(超低温下电阻率几乎为0)、耐磨蚀、线钛塑性良好(能薄壁化使用)、不易氧化、还原性强等特点;钛的氧化物——二氧化钛(钛白),具有无毒、良好的物理化学稳定性(1000℃煅烧后不熔于任何酸和碱)、折射指数高(2.55~2.70),以及很强的白度、着力(1150~1650)、遮盖力(40~50g/m2)、耐温性、抗粉化等特征,被称为“颜料之王”。
钛是典型的亲石元素,常以氧化物矿物出现。地壳中含TiO2在1%以上的矿物有80余种,具有工业价值的有15种,我国主要利用的有钛铁矿、金红石和钛磁铁矿等。 二、钛矿物及其赋存状态
(一)钛矿物及钛元素赋存状态
钛族元素是较为活泼的金属,在自然界中主要形成各种复杂的化合物的矿物。迄今为止在自然界中尚未发现单质形式存在的自然元素。Ti显强的亲氧性,主要形成氧化物和含氧酸盐的矿物组合,很少出现硫化物的矿物。Ti4+同(Nb、Ta)5+、Sn4+等高价离子之间可以进行异价的类质同像。 矿物类及主要工业矿物:主要形成氧化物和含氧酸盐的矿物:
1、金红石族:金红石
2、钛铁矿族:钛铁矿、钛磁铁矿、
3、榍石族
4、钙钛矿族
5、铌、钽、钛酸盐族:铌钽酸盐矿物
(二)主要钛矿物:
钛矿物种类繁多, 地壳中含钛1% 以上的矿物有80 多种, 但具工业价值的仅十几种。当前
工业利用的主要是金红石和钛铁矿, 其次为锐钛 矿、板钛矿和白钛石, 其它还有红钛铁矿、钛磁铁矿、钛铁晶石、镁钛矿、红锰钛矿、钙钛矿、假板钛矿、钙铈钛矿、黑钛石、榍石等。
1、金红石
TiO2,Ti60%,有时含Fe、额济纳旗胡杨林景区门票Nb、Ta、Cr、Sn等;以其四方柱形、双晶、颜为鉴定特征;可以和锡石(cassitoritc)区别;不溶于酸类,加入碳酸钠予以烧熔,则可溶解于硅酸,若再加入过氧化氢,可使溶液变为黄;复四方双锥晶类,常具完好的四方柱状或针状晶形。常见单形为四方柱m、a和四方双锥s等,有时出现复四方柱和复四方双锥。
[矿物晶体形态]复四方双锥类,D4h-4/mmm(L44L25PC)。常具完好的四方柱状或针晶形。常见单形:四方柱m{110}、a{100}和四方双锥s{111}、e{101},有时出现复四方柱Υ{320}、h{120}和复四方双锥z{321}(图6)。晶体常具平行c轴的柱面条纹。常以(011)为双晶面成膝状双晶,三连晶或环状双晶;依(031)形成的接触双晶少见。针状、纤维状晶体有时做为包裹体见于透明水晶中。有时成致密块状集合体。
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金红石 (图6)
2、钛铁矿
铁、钛的氧化物矿物。成分为FeTiO3。含TiO2 52.66%,是提取钛和二氧化钛的主要矿物。三方晶系,晶体常成板状,集合体呈块状或粒状。钢灰或铁黑,金属光泽,莫氏硬度5~6,比重4.7~4.78,具弱磁性。作为副矿物见于火成岩和变质岩中,也可形成砂矿。
3、板钛矿
提炼钛的矿物原料。二氧化钛的另一种同质异像矿物。化学成分为TiO2。含钛59.95%。斜方晶系。与金红石和锐铁矿成同质三象。晶体呈板状、叶片状。淡黄、褐到黑。条痕浅黄、浅灰至褐。透明或半透明。金刚光泽或半金属光泽。莫氏硬度5.6~6。密度3.9~4.1克/厘米3。产于区域变质岩系的石英脉中,或作为火成岩的副矿物,有时产于接触变质岩石中,也是沉积岩的一种造岩矿物。主要产于变质岩中的阿尔卑斯型矿脉,也见于热液蚀变、接触变质作用及砂矿中。
4、锐钛矿
是二氧化钛(TiO2)的三种矿物之一。它产於火成岩及变质岩内的矿脉中,一般还出现於砂矿床中,呈坚硬、闪亮的正方晶系晶体,并具有不同的颜。许多锐钛矿是由榍石风化形成的,而且它本身可蚀变为金红石;TiO2 类质同像替代有Fe、Sn、Nb、Ta等。此外,尚发现含Y族为主的稀土元素及U、Th。晶形一般呈锥状、板状、柱状。主要单形:平行双面c,四方柱m、a,四方双锥p、n、q、v、e等。 类质同像替代有Fe、Sn、Nb、Ta等。此外,尚发现含Y族为主的稀土元素及U、Th。
5、白钛石
钛铁矿的高度蚀变产物,又称蚀变钛铁矿(weathered ilmenite)。化学式TiO2·nH2O,TiO2。最高含量约94%(经验值),密度3.5~4.5g/cm3。莫式硬度4~5.5级。颜为黄灰到褐,白钛石实际上不是一种独立的矿物,而是隐晶质锐钛矿物、金红石、板钛矿、赤铁矿(偶尔还有榍石)的混合物,贮量不大,主要产于澳大利亚。可与钛铁矿、金红石混合成TiO2含量60%~70%的混合矿,用于生产氯化法二氧化钛颜料等。
矿相显微照片:
| 川西北图5 刘家军:2007年,中国地质大学(北京)地球科学与资源学院 |
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三、工业要求
金红石及钛铁矿砂矿一般工业指标参考表
砂矿名称 | 边界品位 kg/m3 | 最低工业品位 kg/m3 | 可采厚度 m | 夹石剔除厚度 m |
金红石(矿物) | 1 | 2 | 0.5 | (剥采比≤4) | 江苏地图全图高清版
钛铁矿(矿物) | 10 | 15 | ≥0.5~1 | ≥0.5~1 |
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砂矿储量规模划分标准
矿种名称 | 矿物及单位 | 规模 |
大型 | 中型 | 小型 |
金红石 | 矿物 万t | ≥10 | 2~10 | <2 |
钛铁矿 | 矿物 万t | ≥100 | 20~100 | <20 |
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钛铁矿和金红石技术经济指标及主要用途
标准 | 部颁标准钛铁矿精矿工业技术经济指标 | 金红石指标 |
工业用途 | 供生产钛合金、钛白粉用 | 供生产人造金红石、高钛渣用 | 供生产焊条涂料 |
化学成分(%) | 一级品 | 二级品 | 三级品 | 一级品 | 二级品 | |
| 一类 | 二类 | | | | 一类 | 二类 | |
TiO2 | ≥ 52 | ≥ 50 | ≥ 50 | ≥ 48 | ≥ 52 | ≥ 50 | ≥ 50 | 95 ~97 |
P | ≤0.02 | ≤0.02 | ≤0.025 | ≤0.03 | ≤0.03 | ≤0.04 | ≤0.05 | |
CaO,MgO | | 不限 | 不限 | 不限 | < 0.5 | < 0.6 | < 0.1 | |
FeO,Fe2O3 | | 不限 | 不限 | 不限 | 不限 | 不限 | parada不限 | |
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四、储量规模
世界钛矿资源储量
国别 | 地质储量/×104 t TiO 2 | 储量/×104 t TiO 2 |
南非 | 14600 | 7130 | 6300 | 24354 | 7130 | 6300 |
澳大利亚 | 19300 | 17100 | 8800 | 32194 | 9800 | 3300 |
巴西 | 10300 | | 1800 | 17181 | | 1800 |
美国 | 7700 | 6080 | 5900 | 10175 | 1370 | 800 |
印度 | 4600 | 4570 | 3800 | 7673 | 3660 | 3000 |
中国 | 4100 | 4100 | 4100 | 6839 | 3000 | 3000 |
挪威 | 4000 | 3980 | 4000 | 6672 | 5770 | 4000 |
加拿大 | 3600 | 4600 | 3600 | 6005 | 4000 | 3100 |
马达加斯加 | | | 1900 | | | |
斯里兰卡 | 1800 | | 1300 | 3003 | | 1300 |
乌克兰 | 1600 | 250 | 1300 | 2669 | 250 | 590 |
马来西亚 | 100 | | 100 | 167 | 100 | |
芬兰 | | | 140 | | | 140 |
埃及 | | | 170 | | | |
意大利 | | | 220 | | | |
其它 | 3700 | 33180 | 100 | 6172 | 11274 | 100 |
总计 | 73800 | 80710 | 44000 | 123100 | 46084 | 27000 |
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注: 所列数据分别来自BGS, WBM S, U SGS。
世界金红石(包括锐钛矿) 储量
国别 | 迪士尼app地质储量/×104 t TiO 2 | 储量/×104 t TiO 2 |
澳大利亚 | 5100 | 4300 | 1700 | 430 |
南非 | 830 | 830 | 830 | 830 |
巴西 | | 8500 | | 40 |
挪威 | 1000 | | 900 | |
美国 | 180 | 180 | 70 | 50 |
印度 | 770 | 770 | 660 | |
塞拉利昂 | | 310 | | |
合肥市一日游景点大全意大利 | | 880 | | |
乌克兰 | 250 | 250 | 250 | 250 |
斯里兰卡 | | 480 | | 480 |
其它国家 | 18980 | | 1284 | |
总计 | 27110 | 17000 | 5694 | 3000 |
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注: 所列数据分别来自BGS, U SGS, WBM S。
五、钛矿在我国的分布
我国探明的钛资源分布在21个省(自治区、直辖市)共108个矿区。主要产区为四川,次有河北、海南、广东、湖北、广西、云南、陕西、山西等省(区)。
钛磁铁矿岩矿:主要矿床分布在四川省的攀枝花和红格,米易的白马,西昌的太和;河北省承德的大庙、黑山,丰宁的招兵沟,崇礼的南天门;山西省左权的桐峪;陕西省洋县的毕机沟;新疆的尾亚;河南省舞阳的赵案庄;广东省兴宁的霞岚;黑龙江省的呼玛;北京市昌平的上庄和怀柔的新地。
金红石岩矿:主要矿床分布在湖北省枣阳的大阜山;山西省代县的碾子沟;河南省新县的杨冲;山东省莱西县的刘家庄。
钛铁矿砂矿 主要矿床分布在海南省万宁的保定、长安、兴隆,琼海的沙老、南港,陵水的乌石-港坡、万洲坡,文昌的辅前;广西壮族自治区藤县的东胜、三吉壤;广东省化州的平定;云南省保山的板桥;江西省定南的车步、赤水;湖南省岳阳的新墙河、华容的三郎堰;陕西省安康的月河恒口、大同。
金红石砂矿 主要分布在河南省西峡县的八庙子沟;山东省莱西县的刘家庄和储城市的上崔家沟;湖北省枣阳的大阜山;湖南省湘阴的望湘、岳阳的新墙河、华容的三郎堰;安徽省潜山的黄铺古井;海南省万宁县的保定。
六、主要钛矿类型
我国钛矿床成因类型,最主要的是晚期基性、超基性岩浆结晶分异型和贯入型钒钛磁铁矿
岩矿床;其次,是滨海沉积型钛铁矿、金红石(共生或伴生)砂矿床;砂矿据形成条件进而可分为沙丘型、岸滩(阶地)型、沙堤型、滨海底流型砂矿;第三,是富含钛矿物地质体风化富集形成的残坡积型钛铁矿、金红石砂矿床;第四,是产于富含钛矿物的基性岩或古老变质岩系中形成的区域变质、沉积变质型金红石、钛铁矿岩矿床;第五,是河流冲积或湖滨沉积型钛铁矿、金红石砂矿床。