Ero sivun ”Ilmeniitti” versioiden välillä
| [katsottu versio] | [katsottu versio] |
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
→Esiintymät sedimenttikivissä: linkin korjaus |
paransin kieliasua |
||
Rivi 140:
Otanmäen kaivoksen sulkeuduttua vuonna [[1985]] kiveä louhivia kaivoksia on ollut vain [[Kanada]]ssa ja [[Norja]]ssa. Uusia kaivospaikkoja on tutkittu Suomessa ja Australiassa.<ref name="MF990">Murphy & Frick 2006, s. 990</ref>
Kanadan [[Lac Allard]]in esiintymä [[Quebec]]issä löydettiin vuonna 1946. Kaivos avattiin vuonna 1950, ja se on suurin ilmeniittikaivos, jonka esiintymä on magmaattinen. Hevosenkengän muotoisen [[avolouhos|avolouhoksen]] omistaa [[Quebec Iron and Titanium]] (QIT). Alueella on kuusi tärkeää esiintymää. Ilmeniitti on karkearakeista ja se esiintyy [[hematiitti|hematiitin]] kanssa anortosiitissa yli 60 metrin paksuisina kerroksina. Malmissa on noin 75 % ilmeniittiä ja loput magnetiittia. Kivi sisältää
Norjan etelärannikolla sijaitsevan Tellnesin kaivoksen omistaa [[Titania A/S]] ja esiintymä löydettiin 1954. Malmin louhinta aloitettiin vuonna 1960. Kaivos sijaitsee lähellä [[Storgangen|Storgangenin]] kaivosta [[Sandbekk|Sandbekkissä]], joka oli maailman ensimmäinen titaanikaivos. Tellnes löydettiinkin sopivasti korvaamaan Storgangenin esiintymä, jonka malmi oli lopuillaan ja joka suljettiin vuonna 1964. Lisäksi alueella on [[Blåfjell]]in esiintymä. Yhteensä esiintymistä on ollut louhittavissa jopa 160 megatonnia ilmeniittiä. Tällä hetkellä Tellnesissä malmia louhitaan vuodessa 2 megatonnia ja lisäksi sivukiveä 1,6 megatonnia, joista muodostuu noin 580 000 tonnia ilmeniittirikastetta. Tellnesissäkin räjäytetty aines kuljetetaan murskaamolle, jossa se murskataan
Tellnesissä malmi on [[Åna-Sira]]n anortosiittimassiivissa, jonka ikä on noin 900 miljoonaa vuotta. Alue on käynyt läpi korkean asteen metamorfoosin ja rakenteellisesti massiivin päällä on [[Bjerkreim]]-[[Sokndal|Sokndalin]] [[lopoliitti]]. Tellnesin esiintymä on 2700 metriä pitkä ja 400 metriä leveä, ja leikkauksessa se on [[J]]-kirjaimen muotoinen. Malmi on hieman kompleksisempi kuin Kanadan kaivos, koska ilmeniitin seassa on huomattavasti enemmän hematiittia ja [[sulfidimineraalit|sulfidimineraaleja]]. Ilmeniitti on 0,2–0,5 mm rakeina. Alueen malmi sisältää keskimäärin vain 18,4 % titaanidioksidia, mutta sen titaanidioksidipitoisuus nostetaan
Sandford Laken alueen esiintymistä New Yorkista Yhdysvalloista on louhittu yhteensä yli 10 megatonnia ilmeniittiä, jonka titaanidioksidipitoisuus oli keskimäärin 46 %. [[NL Industries|NL Industriesin]] omistamien esiintymien pääasiallinen isäntäkivi on anortosiitti, jonka plagioklaasin koostumus on keskimäärin An50.<ref>Force, s.25</ref>
Rivi 336:
Ilmeniittiesiintymän ja -rikasteen laatuluokasta puhuttaessa tarkoitetaan yleensä sen titaanidioksidipitoisuutta eikä rikasteen tai malmin ilmeniittipitoisuutta. Malmin arvo onkin melko suoraan verrannollinen sen titaanidioksidipitoisuuteen. Ilmeniittiä, jonka titaanidioksidipitoisuus on alle 54 %, ei yleensä ole myynnissä vaan sitä louhivat yhtiöt rikastavat sitä itse.<ref name="FOR"/> Noin puolet maailman ilmeniittiresursseista on titaanidioksidipitoisuudeltaan niin köyhää, että malmia pitää rikastaa, jotta sitä voitaisiin käyttää hyväksi pigmenttiteollisuudessa.<ref name="MF"/>
Sedimenttiesiintymien hiekan raskasmineraalipitoisuudet vaihtelevat alle yhdestä prosentista jopa yli 20 prosenttiin. Raskaat mineraalit erotellaan hiekasta märkäerottelulaitoksilla, minkä lopputuloksena saadaan ainesta, jossa raskaiden mineraalien osuus on
Ilmeniitti erotellaan muista raskaista mineraaleista, kuten zirkonista ja rutiilista, erilaisin prosessein, jotka perustuvat ilmeniitin tiheyteen sekä magneettisiin ja [[Konduktiivisuus|konduktiivisiin]] ominaisuuksiin. Ilmeniitti erotellaan yleensä raskashiekasta ensimmäisenä, koska sitä on eniten.<ref name="GR"/><ref name="MF"/>
Ilmeniittiä voi kadota kaikissa tuotannon vaiheissa. Tyypillisesti märkäerottelussa saadaan ilmeniitistä eroteltua 90–95 % ja kuivamyllyissä 92–95 %. Yhteensä ilmeniitistä saadaan käyttöön rikastusprosessien jälkeen
Koska titaanidioksidipigmentin valmistuksessa tarvittavia korkealaatuisia titaanipitoisuudeltaan suuria esiintymiä on maailmassa verrattain vähän, on jouduttu kehittelemään prosesseja, joissa ilmeniitin titaanidioksidipitoisuutta pystytään nostamaan. Näillä prosesseilla poistetaan malmista rautaa sekä mahdollisesti muitakin epäpuhtauksia. Synteettisten raaka-aineiden osuus on kasvanut voimakkaasti.<ref name="FOR"/><ref name="MF"/>
Rivi 348:
Slagia tuotettiin ensimmäisen kerran vuonna 1951 QIT:n Lac Allardin ilmeniitistä [[Sorel|Sorelissa]] ja samaa tekniikkaa käytetään esimerkiksi Etelä-Afrikassa Richards Bay Mineralsissa. Suurimmat slagin tuottajat Sorelin ja Richards Bayn lisäksi ovat [[Ticor]] [[Empange|Empangessa]] Etelä-Afrikassa, Tinfos Titan and Iron KS Tyssedalissa Norjassa ja [[Namakwa Sands Limited]] [[Saldanhanlahti|Saldanha Bayssa]] Etelä-Afrikassa. QIT kehitti vuonna 1995 slagin jatkokehitysprosessin, jossa 75–80 % titaanidioksidia sisältävästä slagista poistetaan kalsiumia, magnesiumia ja rautaa, jolloin titaanidioksidipitoisuus nousee noin 95 prosenttiin. Tällaisesta raaka-aineesta käytetään termiä UGS eli Upgraded Slag.<ref name="MF"/>
Slagia tuotetaan kahdessa eri laatuluokassa. Etelä-Afrikassa tuotettava slagi soveltuu titaanipigmentin tuotantoon kloridiprosessilla, koska sen titaanidioksidipitoisuus on
Ilmeniitistä voidaan tehdä erilaisten prosessien kautta myös synteettistä rutiilia, jonka titaanidioksidipitoisuus on 90–95 %. Näissä prosesseissa käytettävän ilmeniitin titaanidioksidipitoisuus on yleensä noin 55 %. Kaikki prosessit perustuvat ilmeniitin [[Pelkistäminen|pelkistämiseen]] pyörivissä [[polttouuni|polttouuneissa]], minkä jälkeen rauta huuhdotaan pelkistyneistä ilmeniittirakeista. Prosesseissa syntyvää rautaa ei yleensä käytetä hyödyksi vaan se on jätettä. Tärkeimmät ja käytetyimmät näistä prosesseista ovat Becherin ja Beniliten prosessit. Becherin prosessissa raaka-aineen epäpuhtaudet kasvavat lopputuotteessa samaan tapaan kuin slagin tuotannossa.<ref name="FOR"/><ref name="MF"/> Synteettistä rutiilia tuotetaan eniten Australiassa, Yhdysvalloissa, Intiassa ja Malesiassa. Vuonna 1994 synteettisen rutiilin tuotanto maailmassa oli 669 000 tonnia puhtaana titaanidioksidina laskettuna.<ref name="GR"/>
Kaikissa teollisissa prosesseissa käytetään hyväksi kolmiarvoisen raudan pelkistämistä hiilen tai vedyn avulla, jota ennen ilmeniittiä yleensä aktivoidaan hapettamalla. Pelkistämisolosuhteista riippuen syntyy joko kaksiarvoista rautaa ilmeniitin kidehilaan tai rautametallia. Kaksiarvoinen rauta voidaan poistaa heikoilla hapoilla. Rautametallin poistoon on kehitetty useita
[[Becherin prosessi]] kehitettiin Australiassa 1960-luvun lopulla. Australiassa oli paljon ilmeniittiä, mutta sen titaanidioksidipitoisuus oli liian alhainen myyntiin, joten haluttiin etsiä keino rikastaa malmia. Prosessi on seuraavanlainen.<ref name="MF"/>:
# Pyörivään polttouuniin, jonka poistolämpötila on 1050–1150 °C, syötetään ilmeniittiä, hiiltä ja rikkiä. Rauta pelkistyy metalliksi ja TiO<sub>2</sub> pelkistyy osittain Ti<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-muotoon. [[Rikki]] muodostaa uunissa raudan ja [[mangaani|mangaanin]] kanssa kompleksin, joka poistetaan myöhemmin [[rikkihappo|rikkihapon]] avulla.
# Pelkistynyt ilmeniitti sekoitetaan ilmastetun veden kanssa pienissä erissä. [[Ammoniumkloridi]] katalysoi reaktiota, jossa ilmeniittirakeiden rauta hajoaa liuokseksi ja leviää rakeiden pinnalle kompleksi-ioneina. Ilmastettu vesi hapettaa [[Kompleksi-ioni|kompleksi-ionit]] rautaoksideiksi ja -hydroksideiksi, jotka [[Saostaminen (kemia)|saostuttuaan]] voidaan poistaa liuoksesta.
# Raudasta köyhdytetty ilmeniitti liuotetaan heikossa rikkihapossa, jotta mangaanisulfaatit ja jäljelle jäänyt rauta irtoaisivat siitä. Lopuksi synteettinen rutiili pestään ja kuivataan. Lopputuote sisältää yleensä
Becherin prosessi on kustannustehokkain tapa synteettisen rutiilin tuottamiseen ja se toimii parhaiten noin 62 % titaanidioksidia sisältävälle ilmeniitille. Becherin prosessi ei kuitenkaan poista ilmeniitistä muita epäpuhtauksia kuin rautaa ja mangaania. [[RGC Minerals]] kehitti 1990-luvun puolivälissä synteettisen rutiilin kehitysprosessin, jossa vähennetään sen uraani- ja [[Thorium|toriumpitoisuuksia]]. Prosessi on tehokas, mutta lisää kustannuksia. Becherin prosessia joudutaan tulevaisuudessa muokkaamaan, jotta se toimisi myös titaanidioksidipitoisuudeltaan köyhemmillä ilmeniiteillä, joita on paljon enemmän saatavilla.<ref name="MF"/>
Rivi 384:
[[Kuva:Titan-crystal bar.JPG|thumb|[[Kidetankoprosessi|Kidetankoprosessilla]] [[Neuvostoliitto|Neuvostoliitossa]] tuotettu titaanikidetanko. Tangon puhtausprosentti on 99,995 %, se painaa noin 283 g ja on pituudeltaan noin 14 cm.]]
[[File:Titanium-cylinder.jpg|thumb|Raakatitaanisylinteri. Kuvan sylinteri on painoltaan noin 120 g ja se on kooltaan 3 x 4 cm.]]
Titaani on vaaleanhopea, kevyt ja helposti muokattavissa oleva metallinen alkuaine, joka kestää korroosiota erittäin hyvin. Eniten titaania käytetään [[Lentokoneteollisuuden historia|lentokoneteollisuudessa]], johtuen sen korroosionkestävyydestä sekä hyvästä sitkeys-tiheyssuhteesta. Titaanin käyttö on lisääntynyt myös muualla liikenneteollisuudessa kun autojen ja muiden liikennevälineiden hyötysuhdetta ja polttoainetaloudellisuutta on pyritty kasvattamaan. Titaania käytetään myös kemianteollisuuden laitoksissa, joissa komponenteilta vaaditaan erityisen hyvää korroosionkestoa, esimerkiksi [[merivedenpuhdistuslaitos|merivedenpuhdistuslaitoksissa]].<ref>Force, s. 3</ref><ref name="MF"/> Titaania käytetään myös terässeoksien vahvistamiseen<ref name="NES"/> ja lääketieteessä muun muassa [[tekonivel|tekoniveliin]] ja
Titaanimetallin eristämisen keksi [[Matthew Hunter]], joka valmisti
Titaanimetallia valmistetaan pelkistämällä titaanitetrakloridia, jota prosessoidaan synteettisestä tai luonnollisesta rutiilista. Sulfaattiprosessissa valmistettu titaanipigmentti on sen sijaan sopimaton metallin valmistamiseen epäpuhtauksien vuoksi. Titaanidioksidin muuntaminen metalliksi ei ole energiatehokas prosessi, koska titaanidioksidin perusmuodostumisentalpia on niin korkea ja koska happi on niin liukoinen titaaniin. Teolliset titaanimetalliprosessit perustuvat [[titaanihalidit|titaanihalideihin]].<ref name="GUT"/>
Rivi 433:
== Lähteet ==
* Adipuri, A., Li, Y., Zhang, G., & Ostrovski, O. 2011. Chlorination of reduced ilmenite concentrates and synthetic rutile. International Journal of Mineral Processing, 100,
* Force, E. 1991. Geology of titanium-mineral deposits. Geological Society of America. 259, 112 s. ISBN 9780813722597
* Güther, V., Sibum, H., Roidl, O., Habashi, F., & Wolf, H. 2005. Titanium, Titanium Alloys, and Titanium Compounds. Teoksessa: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley InterScience. ISBN 978-3-527-30673-2 29 s.
* Griebler, W. D., Kischkewitz, J., Liedekerke, M., Westerhaus, A., & Woditsch, P. 2006. Pigments, Inorganic. Teoksessa: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley InterScience. 77 s.
* Griffin, B., Rissanen, J., Pooley, G., Lee, D., Macdonald, I., & Kinny, P. 1995. A new diamondiferous eclogite-bearing kimberlitic occurrence from Finland. Sixth International Kimberlite Conference. s.
* Haapala, I. 1988. Suomen teollisuusmineraalit ja teollisuuskivet. Yliopistopaino. ISBN 9789515700162. 168 s.
* Haapala, I. & Ojanperä, P. 1972. Magnetite and ilmenite from some Finnish Rocks. Geological Society of Finland, 44,
* Hytönen, K. 1999. Suomen mineraalit. Geologian tutkimuskeskus. ISBN 9789516907454 396 s.
* Janssen, A., & Putnis, A. 2011. Processes of oxidation and HCl-leaching of Tellnes ilmenite. Hydrometallurgy, 109,
* Lohva, J., & Lehtimäki, J. 2005. Geophysical investigation of kaolin and ilmenite deposits in Finland. Geological Survey of Finland, Special Paper 39,
* Mehdilo, A., Irannajad, M., & Rezai, B. 2015. Chemical and mineralogical composition of ilmenite: Effects on physical and surface properties. Minerals Engineering, 70,
* Murphy, P. & Frick, L. 2006. Titanium. Teoksessa: Industrial minerals & rocks: commodities, markets, and uses. Kogel, J. (Toim.) SME.,
* Nesse, W. D. 2009. Introduction to Mineralogy. Oxford University Press. 348 s.
* Papunen, H., Haapala, I., & Rouhunkoski, P. 1986. Suomen malmigeologia. Metalliset malmiesiintymät. Suomen Geologinen Seura ry. 317 s.
* Rumble, D. 1976. Oxide Minerals. Mineralogical Society of America. 3, 706 s.
* Sarapää, O. 2011. [http://www.kotu.oulu.fi/projektit/oms/map3/Olli_Sarapaa.pdf High-tech-metallien merkitys ja potentiaali]. GTK.
* Sarapää, O., Ahtola, T., Reinikainen, J., & Seppänen, H. 2003. [http://arkisto.gtk.fi/sp/sp36/sp36_pages_5_12.pdf Industrial mineral potential in Finland]. Geological Survey of Finland Current Research
* Sarapää, O., Ahtola, T., Al-Ani, T., Kärkkäinen, N., Laxström, H., Lahti, S., Lehtonen, M., Torppa, A., & Turunen, P. 2010. [http://tupa.gtk.fi/raportti/arkisto/m10_1_2010_36.pdf Hi-tech metallien globaalit varannot, tuotanto ja käyttö sekä Suomen potentiaali]. Geologian Tutkimuskeskus. 115.
* Seppälä, E. 1999. Lujalla maalla. Kemira Oy 1945–1980. Kemira. ISBN 951-97173-4-X. 362 s.
* Vaasjoki, O. 1947. On the microstructure of titaniferous iron ore at Otanmäki. Suomen Geologisen Toimikunnan julkaisusarja 20, s.
* Weighed, P. 2001. [http://www.ngu.no/prosjekter/Geode/index.htm Geode – Ilmenite deposits]. Norges geologiske undersøkelse.
| |||