在眾多礦石種類中，鈦鐵礦以其獨(dú)特的化學(xué)組成與廣泛的用途，占據(jù)著極為重要的地位。它不僅是提取鈦元素的關(guān)鍵來(lái)源，在現(xiàn)代工業(yè)的眾多領(lǐng)域，如冶金、化工、航空航天等，都發(fā)揮著不可或缺的作用。對(duì)鈦鐵礦深入探究，有助于更好地理解其在工業(yè)生產(chǎn)中的核心價(jià)值，以及其在推動(dòng)現(xiàn)代科技進(jìn)步方面的重要意義。
01
鈦鐵礦的基本信息
化學(xué)組成
鈦鐵礦的化學(xué)式為 FeTiO?，理論上其含 TiO?量為52.66%，含鐵量（以 FeO 計(jì)）為47.34%。但在實(shí)際情況中，其組成較為復(fù)雜，受形成環(huán)境等因素影響，含鈦量一般在50-60%之間波動(dòng)，含鐵量則在40-50%，同時(shí)還含有約5％的其他雜質(zhì)成分。例如，在一些風(fēng)化程度較高的鈦鐵礦中，TiO?品位會(huì)有所升高，并且風(fēng)化越嚴(yán)重，三價(jià)鐵與二價(jià)鐵含量之比越大，多數(shù)情況下Fe?O?/FeO的值在 2.89-5.83范圍。
物理性質(zhì)
顏色上，鈦鐵礦通常呈現(xiàn)鐵黑色或鋼灰色；其條痕為鋼灰色或黑色，若含有赤鐵礦包體，則條痕會(huì)呈現(xiàn)褐色或帶褐的紅色 。從光澤來(lái)看，具有金屬-半金屬光澤，且不透明，無(wú)解理。硬度方面，莫氏硬度為5-6.5。比重在4-5之間，并且具有弱磁性。在偏光鏡下觀察，鈦鐵礦呈現(xiàn)深紅色，不透明或微透明。
02
鈦鐵礦的形成與分布
形成環(huán)境
鈦鐵礦的形成與多種地質(zhì)作用密切相關(guān)。在火成巖中，它一般作為副礦物存在，常見于基性、超基性巖中，并且常常分散于磁鐵礦中，以條片狀形態(tài)與頑輝石、斜長(zhǎng)石等共生。在偉晶型環(huán)境下，鈦鐵礦產(chǎn)于花崗偉晶巖中，與微斜長(zhǎng)石、白云母、石英、磁鐵礦等共生。此外，由于鈦鐵礦化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，在經(jīng)歷風(fēng)化、搬運(yùn)等外力作用后，可形成沖積砂礦，此時(shí)會(huì)與磁鐵礦、金紅石、鋯石、獨(dú)居石等共生。
全球分布情況
在全球范圍內(nèi)，鈦鐵礦分布較為廣泛。俄羅斯的伊爾門山是著名的產(chǎn)地之一，這里產(chǎn)出的鈦鐵礦具有一定規(guī)模。挪威的克拉格勒同樣擁有豐富的鈦鐵礦資源。美國(guó)懷俄明州的鐵山、加拿大魁北克的埃拉德湖等，也都是重要的鈦鐵礦產(chǎn)地。
中國(guó)的分布特點(diǎn)
我國(guó)鈦鐵礦資源豐富，主要供應(yīng)基地分布在四川、河北、云南、海南、廣東、廣西、山西、山東、陜西、河南等地，其中四川的儲(chǔ)量最為可觀。例如，四川攀枝花鐵礦是大型的鈦鐵礦產(chǎn)地，這里的鈦鐵礦呈顯微粒狀或片狀，分布于磁鐵礦顆粒之間或裂理中。
03
鈦鐵礦的工業(yè)應(yīng)用
金屬鈦的生產(chǎn)：在金屬鈦的生產(chǎn)流程中，鈦鐵礦是極為重要的起始原料。首先，通過(guò)冶煉手段將鈦鐵礦轉(zhuǎn)化為純的二氧化鈦。目前主要有硫酸法和氯化法兩種工藝。硫酸法能夠處理較低品位的鈦鐵礦石，并且在生產(chǎn)過(guò)程中還能副產(chǎn)硫酸亞鐵，成本相對(duì)較低。但該方法存在明顯弊端，如對(duì)環(huán)境的污染較大，副產(chǎn)物處理難度高，且硫酸消耗量大 。氯化法雖然要求使用較高品位的礦石，成本也相對(duì)較高，不過(guò)其污染小，副產(chǎn)物少，并且氯能夠循環(huán)使用。
得到純二氧化鈦后，使其與純氯和焦炭在高溫環(huán)境下反應(yīng)，生成四氯化鈦和一氧化碳。最后，利用金屬鈣、鎂或者鈉等活潑金屬，將四氯化鈦還原，從而得到海綿狀的金屬鈦 。金屬鈦及鈦合金憑借密度小、強(qiáng)度高、抗腐蝕、耐高溫和可塑性好等一系列優(yōu)良性能，在軍事和空間技術(shù)工業(yè)中廣泛應(yīng)用，如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)機(jī)體和導(dǎo)彈火箭等關(guān)鍵部件的制造。
鈦白粉的制備：鈦白粉（二氧化鈦）作為一種至關(guān)重要的化工原料，與現(xiàn)代生活緊密相連。鈦鐵礦是制備鈦白粉的主要原料之一。鈦白粉具有高遮蓋力、白度好、耐候性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被大量用于制造高級(jí)白色油漆、涂料，能夠使涂層具有良好的裝飾性和耐久性。在人造絲生產(chǎn)中，鈦白粉可作為減光劑，調(diào)整人造絲的光澤度。同時(shí)，它還被用作白色橡膠和高級(jí)紙張的填料，能夠提升橡膠和紙張的品質(zhì)。
其他應(yīng)用領(lǐng)域：在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，鈦由于其優(yōu)良的抗腐蝕性能，被大量用于合成纖維工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)、肥料工業(yè)和制堿工業(yè)等。用于制造反應(yīng)塔、熱交換器、閥門等多種設(shè)備和部件，能夠有效延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，保障生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性。
在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，鈦因其良好的生物相容性，成為首選的金屬醫(yī)用材料。例如，可用于制造人造關(guān)節(jié)、牙科植入物等，能夠減少人體對(duì)植入物的排斥反應(yīng)，提高患者的生活質(zhì)量。在首飾業(yè)，除了貴金屬鉑、金以外，鈦也因其獨(dú)特的金屬質(zhì)感和相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，成為適合應(yīng)用的金屬材料，制作出的首飾具有時(shí)尚、耐用等特點(diǎn)。
04
鈦鐵礦的開采與加工
開采方式：
針對(duì)不同賦存狀態(tài)的鈦鐵礦，采用的開采方式也有所不同。對(duì)于砂礦型鈦鐵礦，常采用重選、磁選聯(lián)合的開采工藝。首先利用重選法，依據(jù)礦物密度差異，初步富集鈦鐵礦。例如通過(guò)跳汰機(jī)、搖床等設(shè)備，將密度較大的鈦鐵礦與密度較小的脈石礦物分離。之后再利用磁選法，借助鈦鐵礦的弱磁性，進(jìn)一步提純，提高鈦鐵礦精礦的品位。
對(duì)于原生礦型鈦鐵礦，如與磁鐵礦等共生的鈦鐵礦，開采過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。一般先采用破碎、磨礦等手段，將礦石粒度減小，使鈦鐵礦與其他礦物實(shí)現(xiàn)單體解離。然后綜合運(yùn)用磁選、浮選等多種選礦方法。磁選用于回收磁性較強(qiáng)的磁鐵礦，同時(shí)富集部分鈦鐵礦；浮選則通過(guò)添加特定的浮選藥劑，利用礦物表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異，進(jìn)一步分離和提純鈦鐵礦。
加工流程：
開采出的鈦鐵礦原礦，需要經(jīng)過(guò)一系列加工流程才能成為滿足不同工業(yè)需求的產(chǎn)品。首先是選礦環(huán)節(jié)，通過(guò)重選、磁選、浮選等工藝，去除雜質(zhì)，提高鈦鐵礦的品位，得到鈦精礦。
接著是冶煉環(huán)節(jié)，如前文所述，根據(jù)不同的冶煉工藝（硫酸法或氯化法），將鈦精礦轉(zhuǎn)化為二氧化鈦或者進(jìn)一步制備成金屬鈦。在冶煉過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，如溫度、壓力、反應(yīng)物比例等，以確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
對(duì)于制備鈦白粉的工藝，在得到二氧化鈦后，還需要進(jìn)行后續(xù)處理，如表面處理等，以改善鈦白粉的性能，滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ浒锥?、遮蓋力、分散性等指標(biāo)的要求。
05
應(yīng)用案例
原礦破碎、篩分至-40mm，經(jīng)CTDG5000Gs干式預(yù)選，粗精礦破碎、磨礦至-40目，經(jīng)CTB2600Gs+2000Gs一粗一精選鐵，粗選尾礦和精選尾礦混合后經(jīng)CTB3000Gs掃選鐵；CTB3000Gs磁選鐵尾礦經(jīng)立環(huán)0.6T+0.8T一粗一掃選鈦，粗選精礦和掃選精礦混合后經(jīng)立環(huán)0.5T+0.4T+搖床精選鈦。試驗(yàn)流程圖見圖1、試驗(yàn)結(jié)果見表1。
圖1選礦試驗(yàn)流程
表1 全流程試驗(yàn)結(jié)果
由化驗(yàn)結(jié)果可知，原礦經(jīng)破碎、干法磁選、磨礦、濕法磁選、重選等試驗(yàn)流程，分別得到產(chǎn)率10.98%、TFe 65.64%、TFe回收率56.22%的鐵精礦產(chǎn)品和產(chǎn)率3.90%、TiO2 45.77%、TiO2回收率49.00%的鈦精礦產(chǎn)品。
