Как добывают титановую руду

Титан — один из наиболее распространенных химических элементов как по содержанию его в земной коре (литосфере), так и по наличию минералов. По распространённости среди металлов титан занимает седьмое место, по разным оценкам его кларк от 0,63 до 0,75 %.

Титановые минералы встречаются почти во всех типах пород, особенно в глинах, бокситах, песках и песчаниках. Большинство минералов титана сформированы в соединении с кислородом и железом, в меньшей степени — с кальцием и кремнием. Практически во всех минералах титан находится в виде оксида TiО2, т.е. в четырёхвалентной форме. Титановые руды подвергают обогащению и получают титановые концентраты, содержащие не менее 45 % TiО2.

Месторождения титановых руд в основном имеют магматическое (магматогенное) происхождение. С течением времени происходит разрушение магмы на поверхности земли за счёт процессов выветривания, окисления и коррозии. Так образуются россыпные месторождения минералов.

Основными мировыми продуцентами (производителями) титановых концентратов являются десять стран, на которые приходится 94% выпуска ильменитовых, 90% рутиловых и 100% лейкоксеновых концентратов.

Террария Палладиевая Руда (полный гайд) | Террария Титановая Руда

Страна	Ресурсы TiO2, млн т	Производство TiО2, тыс.т
Россия	656	70
Канада	303	2500
Австралия	643	1976
ЮАР	66.7	1498
Китай	1694	1100
Вьетнам	14	916
Норвегия	127	870
Индия	740	727
Украина	455	700
Мозамбик	317	636,8

Страны-продуценты титановых концентратов делятся на две большие группы.

К первой группе относятся страны, в которых титан добывается в основном из магматогенных месторождений. В Канаде— крупнейшем продуценте ильменитовых концентратов (22% мирового производства) разрабатываются самые богатые в мире руды (34 % TiO2) гигантского ильменитового месторождения Лак-Тио. Китай производит 10% мирового выпуска ильменитовых концентратов из руд ильменит-титаномагнетитовых месторождений, в том числе гигантского месторождения Паньчжихуа, руды которого содержат 12% TiO2. Норвегия даёт 8% мирового выпуска ильменитовых концентратов из богатых руд (18% TiO2) гигантского ильменит-титаномагнетитового месторождения Теллнес.

Ко второй группе относятся страны, эксплуатирующие в основном россыпные месторождения. Среди них крупнейшим продуцентом ильменитовых (11,5% мирового выпуска), рутиловых (57%) и лейкоксеновых (100%) концентратов является Австралия, где разрабатываются многочисленные прибрежно-морские россыпи — поверхностные и близповерхностные. ЮАР производит 12% ильменитовых и 16% рутиловых концентратов также из рудных песков поверхностных прибрежно-морских россыпей.

Вьетнам обладает довольно скромными ресурсами диоксида титана, но все они находятся в легкодоступных прибрежно-морских россыпях, расположенных вдоль побережья Южно-Китайского моря. На долю этой страны приходится около 8% мирового выпуска ильменитовых концентратов.

Крупные ресурсы диоксида титана, главным образом в прибрежно-морских россыпях в двух гигантских разрабатываемых месторождениях с богатыми рудами Чатрапур и Чавара, позволяют Индии выпускать 6 % ильменитовых и 3 % рутиловых концентратов.

Значительными ресурсами диоксида титана в россыпях располагают также Мозамбик и Мадагаскар.

Ресурсы диоксида титана Украины заключены как в магматогенных, так и в россыпных месторождениях, но разрабатываются только прибрежно-морские и аллювиальные россыпи.

Доля России в мировом производстве титановых концентратов составляет 0,6%, по производству TiO2 мы не входим даже в десятку. По ресурсам диоксида титана Россия находится на втором месте в мире после Китая, однако добыча его крайне незначительна и только в качестве попутного компонента комплексных лопаритовых руд. Россия — единственная в мире страна, которая выпускает лопаритовый концентрат. В 2017 году в нем содержалось всего 3 тыс.тонн диоксида титана.

Фактически в неэксплуатируемом фонде лежат 97 % наших запасов. Это обусловлено тем, что в российской минерально-сырьевой базе титана преобладают месторождения, уступающие зарубежным по производственным характеристикам. Руды магматогенных месторождений по качеству сравнимы с зарубежными, но месторождения эти расположены в малоосвоенных регионах, а россыпные месторождения, хотя и сравнимы по объему и содержанию титана с зарубежными аналогами, но значительно отличаются от них в худшую сторону по горно-техническим параметрам и обогатимости. Руды гигантского Ярегского нефте-титанового месторождения (Коми), где лежит 50% нашего титана, требуют сложной и дорогостоящей технологии обогащения, На похожем объекте в Канаде (Атабаска) добыча так и не начата.

Из необходимых 130 тыс. тонн титановых концентратов, то большую часть Россия экспортирует со всего мира — Украина, Австралия, Мозамбик, Китай… Если говорить о губчатом титане, тут мы уже третьи, а по производству титановых слитков Россия — лидер.

Сегодня ведутся работы по строительству горнодобывающего и перерабатывающего комбинатов крупнейшего в стране Куранахского титаномагнетитового месторождения железных руд, расположенного на севере Приамурья.

Как известно, зона БАМа является своеобразным Клондайком. Тут под землей скрыта практически вся таблица Менделеева: от драгоценных металлов (золота и платины) до не менее дорогих (ванадия и титана). Железная дорога параллельно Транссибу по северным районам Сибири и Дальнего Востока строилась именно для освоения крупнейших месторождений.

Большинство из них являются уникальными не только в России, но и во всем мире. Железная дорога — главная составляющая проекта. Без нее ни один инвестор не станет осваивать месторождение. Все строительные грузы, машины, оборудование сегодня доставляются только по железной дороге. Автомобильного проезда ни на запад, ни на восток отсюда нет.

Когда Байкало-Амурская магистраль была сдана в эксплуатацию, оказалось, что дорога не оправдывает своего первоначального предназначения. Из множества месторождений вдоль БАМа начали разрабатывать только одно — Нерюнгринское угольное в Республике Саха (Якутия). Разведанными, но так и неосвоенными остались самое крупное в мире Удоканское месторождение меди в Читинской области, асбестовое — в Бурятии, Куранахское титаномагнетитовое — в Амурской области и многие другие.

Министерство путей сообщения в 90-е годы прошлого века взяло на себя инициативу по строительству подъездных путей от БАМа непосредственно к залежам. Но, как показала практика, государственные вложения без частного инвестора не приносят должного результата.

В поселок Олекма, рядом с которым находится месторождение, пришла «Peter Hambro Mining» и начала работы по его освоению с нуля. Сначала построили 40 километров автомобильной дороги от Олекмы до месторождения, звтем была построена линия электропередачи. Инженеры отмечают уникальность этой ЛЭП — второй в России — благодаря телескопическим опорам. В тайгу завозили собранные опоры и уже на месте их раздвигали на нужную высоту. Телескопические металлические опоры гораздо удобнее в эксплуатации в зоне вечной мерзлоты и труднодоступных местах, чем железобетонные.

Первая очередь предусматривает ввод в эксплуатацию дробильно-сортировочного комплекса, где добытую железную руду будут измельчать до необходимой фракции. На самом месторождении наверху сопки, практически под облаками, ведут вскрышу глубиной 20 метров: снимается слой скалы для того, чтобы добраться до самих залежей руды. Мощнейшие самосвалы «Вольво» грузоподъемностью 40 тонн пока перевозят скальный грунт, а затем возьмут железную руду, которую доставят на дробильно-сортировочный комплекс. После измельчения и сепарации, уже на других машинах переработанная руда в виде концентрата отправится для погрузки на станцию Промышленная.

Этот уникальный комплекс — единственный в Сибири и на Дальнем Востоке. Сегодня в России железную руду за Уралом и дальше на восток нигде не добывают. В год с Куранаха на первом этапе планируется отгружать чуть более 1 миллиона тонн титанового концентрата, это в среднем один железнодорожный состав в сутки. Компания будет продавать железную руду и ее составляющие — титан и ванадий. Для извлечения этих металлов и производства диоксида титана, строится горно-перерабатывающий комбинат.

У редкого и очень дорогого элемента ванадия, используемого в черной металлургии для придания стали жаропрочности и твердости, а также при изготовлении ядерных реакторов, тоже есть покупатели. Цена за тонну пентаоксида ванадия (V2O5) на мировом рынке — около 30 тысяч долларов, а феррованадий стоит еще дороже — 90 тысяч долларов за тонну.

Еще более востребованы соединения титана. Разведанных запасов Куранахского месторождения хватит на 20 лет, но рядом лежат аналогичные залежи гигантского магматогенного ильменит-титаномагнетитового месторождения Большой Сейим. Его оценочные запасы составляют 45 миллионов тонн. В России перспективы освоения в ближайшие годы есть также у крупнейшего россыпного Туганского циркон-рутил-ильменитового месторождения в Томской области.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник: studopedia.ru

Особенности титана и его сплавов

— лёгкий прочный металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура полиморфного превращения α↔β 883 °C.Титан и титановые сплавы сочетают легкость, прочность, высокую коррозийную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапазоне температур.

1. Структура
2. Свойства
3. Запасы и добыча
4. Происхождение
5. Применение
6. Классификация
7. Физические свойства
8. Оптические свойства
9. Кристаллографические свойства

Смотрите так же:

— структура и физические свойства

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура кристалла

Титан имеет две аллотропические модификации. Низкотемпературная модификация, существующая до 882 °C, имеет гексагональную плотноупакованную решетку с периодами а = 0,296 нм и с = 0,472 нм. Высокотемпературная модификация имеет решетку объемноцентрированного куба с периодом а = 0,332 нм.

Полиморфное превращение (882 °C) при медленном охлаждении происходит по нормальному механизму с образованием равноосных зерен, а при быстром охлаждении — по мартенситному механизму с образованием игольчатой структуры. Титан обладает высокой коррозионной и химической стойкостью благодаря защитной окисной пленке на его поверхности. Он не корродирует в пресной и морской воде, минеральных кислотах, царской водке и др.

История открытия металла

Всё началось в 1791 году, когда, независимо друг от друга, одновременно У. Грегор (Англия) и М. Г. Клапрот (Германия) получили двуокись титана, но не сумели выделить из неё чистое вещество. Минералог и, по совместительству, сельский священник Грегор изучал чёрный железистый песок, найденный в окрестностях своего прихода. Результатом стало извлечение соединения титана — блестящих крупиц, которые названием «менакин» (от минерала менаканит) увековечили родные места англичанина.

Примерно в это же время химик Клапрот, изучая красные пески, привезённые из Венгрии, нашёл в минерале рутиле новое вещество и назвал его «титан». А, спустя несколько лет, доказал, что рутил и менакеновая земля — одинаковые соединения. В 1825 году шведским химиком Берцелиусом был получен первый образец металлического титана, но это не позволило продвинуться в исследовании свойств, так как примеси делали образец хрупким и неподходящим для механической обработки.

Только в 1925 году голландские химики ван Аркел и де Бур, применив термическое разложение иодида титана, не нашедшее широкого использования, получили вещество с 99,9% чистотой. Такой металл обладал пластичностью, его можно было раскатывать в листы, проволоку и фольгу. Это позволило начать полномасштабное изучение физических и химических свойств, привлечь внимание инженеров и строителей, наметить сферы применения. А уже в 1940 году появился кролловский процесс восстановления четырёххлористого титана магнием, успешно используемый и до сих пор.

СВОЙСТВА

Точка плавления 1671 °C, точка кипения 3260 °C, плотность α-Ti и β-Ti соответственно равна 4,505 (20 °C) и 4,32 (900 °C) г/см³, атомная плотность 5,71×1022 ат/см³. Пластичен, сваривается в инертной атмосфере.

Применяемый в промышленности технический титан содержит примеси кислорода, азота, железа, кремния и углерода, повышающие его прочность, снижающие пластичность и влияющие на температуру полиморфного превращения, которое происходит в интервале 865-920 °С. Для технического Титана марок ВТ1-00 и ВТ1-0 плотность около 4,32 г/см3, предел прочности 300-550 Мн/м2 (30-55кгс/мм2), относительное удлинение не ниже 25%, твердость по Бринеллю 1150-1650 Мн/м2 (115-165 кгс/мм2). Является парамагнетиком. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Ti 3d24s2.

Имеет высокую вязкость, при механической обработке склонен к налипанию на режущий инструмент, и поэтому требуется нанесение специальных покрытий на инструмент, различных смазок.

При обычной температуре покрывается защитной пассивирующей пленкой оксида TiO2, благодаря этому коррозионностоек в большинстве сред (кроме щелочной). Титановая пыль имеет свойство взрываться. Температура вспышки 400 °C.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Основные руды: ильменит (FeTiO3), рутил (TiO2), титанит (CaTiSiO5).

На 2002 год, 90 % добываемого титана использовалось на производство диоксида титана TiO2. Мировое производство диоксида титана составляло 4,5 млн т. в год. Подтвержденные запасы диоксида титана (без России) составляют около 800 млн т. На 2006 год, по оценке Геологической службы США, в пересчёте на диоксид титана и без учёта России, запасы ильменитовых руд составляют 603—673 млн т., а рутиловых — 49.7—52.7 млн т. Таким образом, при нынешних темпах добычи мировых разведанных запасов титана (без учёта России) хватит более чем на 150 лет.

Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами титана. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений (из них 11 коренных и 9 россыпных), достаточно равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн.

Концентрат титановых руд подвергают сернокислотной или пирометаллургической переработке. Продукт сернокислотной обработки — порошок диоксида титана TiO2. Пирометаллургическим методом руду спекают с коксом и обрабатывают хлором, получая пары тетрахлорида титана их при 850 °C восстанавливают магнием.

Полученную титановую «губку» переплавляют и очищают. Ильменитовые концентраты восстанавливают в электродуговых печах с последующим хлорированием возникающих титановых шлаков.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Титан находится на 10-м месте по распространённости в природе. Содержание в земной коре — 0,57 % по массе, в морской воде — 0,001 мг/л. В ультраосновных породах 300 г/т, в основных — 9 кг/т, в кислых 2,3 кг/т, в глинах и сланцах 4,5 кг/т. В земной коре титан почти всегда четырёхвалентен и присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается.

Титан в условиях выветривания и осаждения имеет геохимическое сродство с Al2O3. Он концентрируется в бокситах коры выветривания и в морских глинистых осадках. Перенос титана осуществляется в виде механических обломков минералов и в виде коллоидов. До 30 % TiO2 по весу накапливается в некоторых глинах.

Минералы титана устойчивы к выветриванию и образуют крупные концентрации в россыпях. Известно более 100 минералов, содержащих титан. Важнейшие из них: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит CaTiSiO5. Различают коренные руды титана — ильменит-титаномагнетитовые и россыпные — рутил-ильменит-цирконовые.

Месторождения титана находятся на территории ЮАР, России, Украины, Китая, Японии, Австралии, Индии, Цейлона, Бразилии, Южной Кореи, Казахстана. В странах СНГ ведущее место по разведанным запасам титановых руд занимает РФ (58.5%) и Украина (40.2%).

Способы получения

Титан является одним из самых распространённых элементов на Земле. Содержание его в недрах планеты по массе составляет 0,57%. Самая большая концентрация металла наблюдается в «базальтовой оболочке» (0,9%), в гранитных породах (0,23%) и в ультраосновных породах (0,03%). Существует около 70 минералов титана, в которых он содержится в виде титановой кислоты или двуокиси.

Главные минералы титановых руд это: ильменит, анатаз, рутил, брукит, лопарит, лейкоксен, перовскит и сфен. Основные мировые производители титана – это Великобритания, США, Франция, Япония, Канада, Италия, Испания и Бельгия. Существует несколько способов получения титана. Все они применяются на практике и вполне эффективны.

Магниетермический процесс.

Добывают руду, содержащую титан и перерабатывают его в диоксид, который медленно и при очень высоких температурных значениях подвергают хлорированию. Хлорирование проводят в углеродной среде. Затем хлорид титана, образовавшийся в результате реакции, восстанавливают магнием. Полученный металл нагревают в вакуумном оборудовании при высокой температуре.

В результате магний и хлорид магния испаряются, остаётся титан с множеством пор и пустот. Губчатый титан переплавляют для получения качественного металла.

Гидридно-кальциевый метод.

Сначала получают гидрид титана, а затем разделяют его на компоненты: титан и водород. Процесс происходит в безвоздушном пространстве при высокой температуре. Образуется оксид кальция, который проходит отмывку слабыми кислотами. Гидридно-кальциевый и магниетермический методы обычно используются в промышленных масштабах. Эти методы позволяют получить значительное количество титана за небольшой промежуток времени, с минимальными денежными затратами.

Читать также: Пилка по пластику для электролобзика

Электролизный метод.

Хлорид или диоксид титана подвергается воздействию высокой силы тока. В результате происходит разложение соединений.

Йодидный метод.

Диоксид титана взаимодействует с парами йода. Далее на титановый йодид воздействуют высокой температурой, в результате чего получается титан. Этот метод является наиболее эффективным, но и самым дорогостоящим. Титан получается очень высокой чистоты без примесей и добавок.

ПРИМЕНЕНИЕ

Изделия из титана

Титановые сплавы играют большую роль в авиационной технике, где стремятся получить наиболее легкую конструкцию в сочетании с необходимой прочностью. Титан легок по сравнению с другими металлами, но в то же время может работать при высоких температурах. Из титановых сплавов изготовляют обшивку, детали крепления, силовой набор, детали шасси, различные агрегаты.

Также данные материалы применяются в конструкциях авиационных реактивных двигателей. Это позволяет уменьшить их массу на 10-25%. Из титановых сплавов производят диски и лопатки компрессора, детали воздухозаборника и направляющего аппарата, крепеж.

Также титан и его сплавы используют в ракетостроении. Ввиду кратковременной работы двигателей и быстрого прохождения плотных слоев атмосферы в ракетостроении в значительной мере снимаются проблемы усталостной прочности, статической выносливости и отчасти ползучести.

Технический титан из-за недостаточно высокой теплопрочности не пригоден для применения в авиации, но благодаря исключительно высокому сопротивлению коррозии в ряде случаев незаменим в химической промышленности и судостроении. Так его применяют при изготовлении компрессоров и насосов для перекачки таких агрессивных сред, как серная и соляная кислота и их соли, трубопроводов, запорной арматуры, автоклав, различного рода емкостей, фильтров и т.п.

Только титан обладает коррозионной стойкостью в таких средах, как влажный хлор, водные и кислые растворы хлора, поэтому из данного металла изготовляют оборудование для хлорной промышленности. Из титана делают теплообменники, работающие в коррозионно активных средах, например в азотной кислоте (не дымящей). В судостроении титан используется для изготовления гребных винтов, обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д. На титан и его сплавы не налипают ракушки, которые резко повышают сопротивление судна при его движении.

Титановые сплавы перспективны для использования во многих других применениях, но их распространение в технике сдерживается высокой стоимостью и дефицитностью титана.

Титан (англ. Titanium) — Ti

Молекулярный вес	47.88 г/моль
Происхождение названия	Минерал получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи.
IMA статус	подтвержден в 2010 году

Литература

• Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. Н. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
• Горный энциклопедический словарь: в 3 т. / Под ред. В. С. Белецкого . — Донецк: Восточный издательский дом, 2001—2004

Электрохимический ряд активности металлов

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Ti

Uue

Ubn

Ubu

Ubb

Ubt

Ubq

Ubp

Ubh

Щелочные металлы

Щёлочноземельные металлы

Лантаноиды

Актиноиды

Суперактиноиды

Переходные металлы

Другие металлы

Полуметаллы

Другие неметаллы

Галогены

Благородные газы

Свойства неизвестны

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Цвет минерала	Серебристо-серый
Цвет черты	серовато черный
Прозрачность	непрозрачный
Блеск	металлический
Спайность	нет
Твердость (шкала Мооса)	4
Излом	в зазубринах
Прочность	податливый
Плотность (измеренная)	4.503 г/см3
Радиоактивность (GRapi)
Магнетизм	парамагнетик

Источник: masterieltsonline.ru

Титановые минералы, руды и рудные концентраты

Титан встречается в земной коре в виде диоксида, титанатов и сложных комплексных титанониобатов и силикотитанатов.

Известно около 70 минералов титана, наибольшее промышленное значение имеют рутил, ильменит, перовскит и сфен, являющиеся собственно титановыми минералами.

Рутил — природный диоксид титана (другие модификации — анатаз и брукит). Обычно содержит примесь оксида железа (II) FeO. Плотность 4,18-4,28 г/см3. Цвет большей частью красно-коричневый. Крупные месторождения редки. Известны месторождения в Австралии, Канаде, Бразилии.

Рутиловые концентраты содержат 90-95 % TiO2.

Часто ильменит находится в тесной связи с магнетитом. Такие руды называют титаномагнетитами.

Ильменит добывают преимущественно из речных и прибрежно-морских россыпей. Эксплуатируемые россыпи содержат от единиц до нескольких десятков килограммов ильменита на 1 м3 песков. Пески часто бывают комплексным сырьем. Так, пески Самотканского месторождения на Украине содержат рутил, ильменит, циркон, а также минералы алюминия — дистен.

По структуре титанаты относятся к типу смешанных оксидов.

Al2O3·SiO2 и ставролит Fe(OH)2·AlSiO5.

Крупные россыпи ильменитовых песков найдены в Индии, Австралии, Индонезии, Африке, Южной Америке, США и России.

Важный источник ильменита — титаномагнетитовые месторождения. Крупнейшие из них известны в Канаде, России, Скандинавии, Бразилии.

Перовскит — титанат кальция СаО-TiO2 (58,7% TiO2). Часто содержит примеси ниобия, иттрия, марганца, магния. Плотность 3,95-4,04 г/см3. Цвет черный, красно-бурый.

Сфен или титанит — титаносиликат кальция CaO-TiO2-SiO2 (38,8% TiO2). Цвет желтый, плотность 3,4-3,56 г/см3. Месторождения найдены во многих районах СССР, известны в США, Канаде и Мадагаскаре. Может служить титановым сырьем при комплексной добыче с другими рудами (апатитом и нефелином).

При обогащении ильменитовых песков вначале гравитационными методами извлекают тяжелые минералы (магнетит, ильменит, рутил, циркон и др.), получая так называемые черные шлихи. Для разделения шлихов используют электромагнитные и электростатические методы. Если магнитную проницаемость железа принять за 100, то для магнетита она равна 40,2, для ильменита 24,7, для рутила 0,4, для силикатов меньше 0,2. Изменяя напряженность магнитного поля, отделяют магнетит от ильменита, а последний от рутила.

Источник: Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. «Металлургия редких металлов», 1991

Источник: specmetal.ru