イルメナイト
ロシア、ウラル地方、南ウラル、チェリャビンスク州、イルメニ山脈、ミアス産イルメニ石。4.5 x 4.3 x 1.5 cm
一般的な
カテゴリ酸化鉱物
式鉄(II)チタン酸化物、Fe II TiO 3
IMAシンボルイルム[ 1 ]
ストランツ分類4.CB.05
ダナ分類04.03.05.01
結晶系三角
クリスタルクラス菱面体（3）
HM記号：（3）
空間群R 3（第148号）
単位セルa = 5.08854(7)
c = 14.0924(3) [Å]: Z = 6
識別
色鉄黒色。反射光で茶色がかった灰色。
クリスタル習慣ヘマタイトまたはマグネタイト中の粒状から塊状および層状の溶出
姉妹都市{0001} 単純、{10 1 1} 層状
胸の谷間欠席；{0001}と{10 1 1}に別れる
骨折貝殻状から亜貝殻状
粘り強さ脆い
モース硬度5～6
光沢金属から亜金属へ
連勝黒
透けて見える不透明
比重4.70～4.79
光学特性一軸（–）
複屈折強い; O: ピンクがかった茶色、E: 濃い茶色（二重反射）
その他の特徴弱磁性;液相線温度= 1710°C (包晶) [ 2 ]
参考文献[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

イルメナイトは、理想的な化学式Fe II TiO 3で表されるチタン-鉄(II)酸化物鉱物です。弱磁性を持つ黒色または鋼灰色の固体です。イルメナイトはチタンの最も重要な鉱石であり[ 6 ] 、二酸化チタンの主な供給源でもあります。二酸化チタンは、塗料、印刷インク、[ 7 ]、布地、プラスチック、紙、日焼け止め、食品、化粧品などの白色顔料として使用されています[ 8 ] 。

構造と特性

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イルメナイトは、重く（比重4.7）、中程度の硬さ（モース硬度5.6～6）、不透明な黒色の鉱物で、亜金属光沢を有する。[ 9 ]ほとんどが塊状で、厚い板状の結晶は非常に稀である。目立った劈開は見られず、貝殻状または不均一な破断を呈する。[ 10 ]

イルメナイトは空間群R 3の三方晶系で結晶化する。[ 11 ] [ 4 ]イルメナイトの結晶構造はコランダム構造の整列した派生構造からなる。コランダムではすべての陽イオンは同一であるが、イルメナイトではFe 2+とTi 4+イオンが三方晶系のc軸に垂直な層を交互に占める。

純粋なイルメナイトは常磁性（磁石に対して非常に弱い引力しか示さない）であるが、イルメナイトは弱い強磁性を示すヘマタイトと固溶体を形成し、磁石に顕著に引きつけられる。天然のイルメナイト鉱床には通常、共晶または離溶した磁鉄鉱が含まれており、これらもイルメナイトの強磁性に寄与している。[ 9 ]

イルメナイトは、ヘマタイトよりも黒色が薄く、外観が鈍く、黒い縞があることで区別され、マグネタイトよりも磁性が弱いことで区別されます。[ 10 ] [ 9 ]

  • イルメナイトの結晶構造
    イルメナイトの結晶構造
  • ノルウェー、アウスト・アグデル、フロランド産のイルメナイト。 4.1×4.1×3.8cm
    ノルウェー、アウスト・アグデル、フロランド産のイルメナイト。 4.1×4.1×3.8cm
  • 通常光の下でのイルメナイトとヘマタイト
    通常光の下でのイルメナイトとヘマタイト
  • 偏光下でのイルメナイトとヘマタイト
    偏光下でのイルメナイトとヘマタイト

発見

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1791年、ウィリアム・グレガーはコーンウォールのマナカン村のすぐ南の谷を流れる小川で黒い砂の鉱床を発見し、その砂の主要鉱物の成分の一つとしてチタンを初めて特定した。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]グレガーはこの鉱物をマナッカナイトと名付けた。[ 15 ]同じ鉱物がロシアのミアス近郊のイルメンスキー山脈でも発見され、イルメナイトと名付けられた。[ 10 ]

鉱物化学

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純粋なイルメナイトの組成はFeTiO 3です。しかし、イルメナイトには多くの場合、相当量のマグネシウムとマンガンが含まれており、結晶構造中のFeTiO 3の代わりに最大6重量%のヘマタイト（Fe 2 O 3 ）が含まれています。そのため、完全な化学式は(Fe,Mg,Mn,Ti)O 3と表すことができます。[ 9 ]イルメナイトはゲイキエライト（MgTiO
3）およびピロファナイト（MnTiO
3）は固溶体系列のマグネシウムおよびマンガン含有端成分である。[ 4 ]

イルメナイトは典型的には理想的なFeTiOに近いが、
3組成はMnとMgのモルパーセントが少量で、[ 4 ]キンバーライトのイルメナイトには通常、相当量のゲイキエリート分子が含まれており、[ 16 ]、高度に分化したフェルシック岩石のイルメナイトには相当量のピロファナイト分子が含まれている可能性があります。[ 17 ]

950℃（1,740℉）以上の温度では、イルメナイトとヘマタイトは完全に固溶体となる。低温では混和性ギャップが存在するため、岩石中ではこれら2つの鉱物が共存するが、固溶体とはならない。 [ 9 ]この共存により、冷却されたイルメナイトでは、結晶格子に均一に収容できる量よりも多くの鉄が系内に存在し、離溶層を形成する可能性がある。[ 18 ] 6～13%のFe 2 O 3を含むイルメナイトは、鉄分を含むイルメナイトと呼ばれることもある。[ 19 ] [ 20 ]

イルメナイトは変質または風化して擬似鉱物の白鉄鉱を形成します。白鉄鉱は、細粒の黄色から灰色、または茶色の物質で、TiO2の含有量が70%以上に増加しています。[ 20 ]白鉄鉱は、重鉱物砂鉱床における重要なチタン源です。[ 22 ]

パラジェネシス

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イルメナイトは、変成岩や火成岩によく見られる副鉱物です。[ 4 ]層状貫入岩中に高濃度で存在し、貫入岩中の集積層の一部として形成されます。イルメナイトは、これらの集積岩中に、通常、斜方輝石と共に存在し[ 23 ] 、あるいは斜長石とアパタイト（ネルソン石）と組み合わされて存在します。[ 24 ]

マグネシウム含有イルメナイトは、キンバーライト中に、MARID鉱物群（雲母、角閃石、ルチル、イルメナイト、透輝石）のグリメライト捕獲岩群の 一部として形成されます。[ 25 ] マンガン含有イルメナイトは花崗岩中に存在し[ 17 ]、またカーボナタイト貫入岩中にも見られ、異常に高いニオブ含有量を示すこともあります。[ 26 ]

多くの塩基性火成岩には、ウルボスピネルの酸化によって形成された磁鉄鉱とイルメナイトの共生粒子が含まれています。[ 19 ]

加工と消費

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テルネスの露天掘りイルメナイト鉱山、ソクンダル、ノルウェー

イルメナイトのほとんどは二酸化チタンの生産のために採掘されます。[ 27 ]イルメナイトと二酸化チタンはチタン金属の生産に使用されます。[ 28 ] [ 29 ]

二酸化チタンは白色顔料として最も多く使用されており、二酸化チタン顔料の主な消費産業は塗料・表面コーティング、プラスチック、紙・板紙です。中国における二酸化チタンの一人当たり年間消費量は約1.1キログラムであるのに対し、西欧諸国や米国では2.7キログラムです。[ 30 ]

2015～2019年における世界のチタン精鉱の推定生産量（鉱物資源別）（単位：トン）。チタン精鉱は主にイルメナイト鉱物の加工から得られ、次いでチタン含有スラグと天然ルチルが続く。

チタンは地球上で9番目に豊富な元素であり、地殻の約0.6%を占めています。イルメナイトは一般的にチタン精鉱を得るために加工されます。この精鉱は、TiO 2含有量が90%を超える場合は「合成ルチル」、TiO 2含有量が低い場合はより一般的に「チタン含有スラグ」と呼ばれます。推定される世界のチタン精鉱生産量の80%以上はイルメナイトの加工によって得られ、13%はチタン含有スラグから、5%はルチルから得られています。[ 31 ]

イルメナイトは硫酸法または塩化物法によって顔料グレードの二酸化チタンに変換することができます。[ 32 ]また、イルメナイトはベッチャー法を用いてルチル型の二酸化チタンに精製することもできます。[ 33 ]

イルメナイト鉱石は製錬プロセスによって液体鉄とチタンを豊富に含むスラグに変換することもできます。 [ 34 ]

製鉄会社は、高炉炉床耐火物のライニングにイルメナイト鉱石をフラックスとして使用している。[ 35 ]

イルメナイトは、アルミノテルミット還元によってフェロチタンを製造するために使用することができます。[ 36 ]

原料生産

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様々なグレードのイルメナイト原料。[ 37 ]
原料二酸化チタン
2コンテンツ		プロセス
（％）
鉱石55歳未満硫酸塩
鉱石55歳以上塩化
鉱石50歳未満製錬（スラグ）
合成ルチル88～95塩化
塩化スラグ85～95歳塩化
硫酸スラグ80硫酸塩
推定含有量TiO
2
生産量[ 38 ] [ 39 ]（
メートル法tpa x 1,000、
イルメナイトとルチル）
年20112012～2013年
国米国地質調査所予測
オーストラリア1,300247
南アフリカ1,161190
モザンビーク516250
カナダ700
インド574
中国500
ベトナム490
ウクライナ357
セネガル-330
ノルウェー300
アメリカ合衆国300
マダガスカル288
ケニア-246
スリランカ62
シエラレオネ60
ブラジル48
その他の国37
世界全体約6,700約1,250

イルメナイトの大部分は、重鉱物砂鉱床から採取されます。重鉱物砂鉱床では、鉱物は砂鉱床として濃縮され、風化によって鉄含有量が減少し、チタンの割合が増加します。しかし、イルメナイトは、超塩基性から塩基性の層状貫入岩や斜長岩 山塊などの「硬岩」チタン鉱床からも採取されます。層状貫入岩中のイルメナイトは豊富に存在する場合もありますが、磁鉄鉱の共生が著しく、鉱石品位を低下させます。斜長岩山塊由来のイルメナイトは、カルシウムやマグネシウムを大量に含むことが多く、塩化物処理には適していません。[ 40 ]

イルメナイト鉱石およびルチル鉱石の確認埋蔵量は、二酸化チタン換算で4億2,300万トンから6億トンと推定されています。イルメナイト鉱床の最大のものは、南アフリカ、インド、アメリカ合衆国、カナダ、ノルウェー、オーストラリア、ウクライナ、ロシア、カザフスタンにあります。その他、バングラデシュ、チリ、メキシコ、ニュージーランドにも鉱床が存在します。[ 41 ]

2011年、オーストラリアは約130万トンのイルメナイト鉱石を生産し、世界最大の生産国となった。これに南アフリカ、カナダ、モザンビーク、インド、中国、ベトナム、ウクライナ、ノルウェー、マダガスカル、米国が続いた。

2010年のイルメナイトとルチル原料の生産上位4社は、リオ・ティント・グループ、イルカ・リソーシズ、エクサロ、ケンメア・リソーシズで、これら3社で世界の供給量の60%以上を占めていた。[ 42 ]

世界最大の 2 つの露天掘りイルメナイト鉱山は次のとおりです。

主要な鉱物砂ベースのイルメナイト採掘事業には以下のものがあります。

魅力的な潜在的イルメナイト鉱床としては、以下のものが挙げられます。

  • フィンランド北部コラリにあるカルフユプッカ磁鉄鉱-イルメナイト鉱床には、約 500 万トンの埋蔵量があり、鉱石には約 6.2% のチタンが含まれています。
  • 西オーストラリア州ピルバラにあるバラバラ磁鉄鉱・鉄・チタン・バナジウム鉱床には、45% Fe、13.7% TiOの品位を持つ4億5,600万トンの堆積鉱床層が含まれています。
    2    0.64% V
    2    お
    5    オーストラリアで最も豊富な磁鉄鉱・イルメナイト鉱床の一つ[ 45 ]
  • オーストラリアのコバーン、WIM 50、ダグラス、プーンカリー鉱物砂鉱床。
  • カナダのケベック州東部にあるマグパイチタンマグネタイト（鉄・チタン・バナジウム・クロム）鉱床には、約 10 億トンの鉱石が埋蔵されており、その成分は Fe 43%、TiO 2 12% 、V 2 O 5 0.4% 、Cr 2 O 3 2.2% です。
  • ミネソタ州北東部のロングノーズ鉱床は、「北米で最大かつ最も豊富なイルメナイト鉱床」と考えられています。[ 46 ]
2020 年における、チタン含有鉱物イルメナイトおよびルチルの世界全体の採掘量（TiO 2換算で千トン）を国別に示します。

2020年、中国のチタン採掘活動は群を抜いて世界最大でした。世界のイルメナイトの約35%が中国で採掘されており、これはチタン鉱物採掘量（イルメナイトとルチルを含む）全体の33%を占めています。南アフリカとモザンビークも重要な貢献国であり、それぞれ世界のイルメナイト採掘量の13%と12%を占めています。オーストラリアは、イルメナイト採掘量全体の6%、ルチル採掘量の31%を占めています。シエラレオネとウクライナもルチル採掘の大きな貢献国です。[ 31 ]

中国は二酸化チタンの最大の生産国であり、米国とドイツがそれに続きます。中国は金属チタンの生産でも世界をリードしていますが、日本、ロシア連邦、カザフスタンもこの分野で重要な貢献国として台頭しています。

特許取得活動

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イルメナイトからの二酸化チタン生産に関する特許活動は2012年以降増加しています。

イルメナイトからの二酸化チタン生産に関する特許活動が急速に増加している。 [ 31 ] 2002年から2022年の間に、イルメナイトからの二酸化チタン生産を記載した特許ファミリーは459件あり、この数は急速に増加している。これらの特許の大部分は、低品位鉱石中のチタン濃度を高めてチタン精鉱またはスラグを得るための製錬や磁気分離などの前処理プロセスを記載している。その他の特許は、直接湿式製錬プロセス、または硫酸法と塩化物法という2つの工業的に利用されているプロセスのいずれかによって二酸化チタンを得るプロセスを記載している。酸浸出は、前処理として、または湿式製錬プロセスの一部として使用され、二酸化チタンまたは合成ルチル（90％を超える二酸化チタン、TiO 2）を直接得るために使用される場合がある。硫酸法は世界の二酸化チタン生産の40％を占め、23％の特許ファミリーで保護されている。塩化物プロセスは、世界の二酸化チタン工業生産量の60%を占めているにもかかわらず、特許ファミリーのわずか8%にしか言及されていません。[ 31 ]
二酸化チタン製造に関する特許の主要な提供者は、中国、オーストラリア、米国の企業であり、これらの国々が工業生産に大きく貢献していることを反映しています。中国企業のパンガン・グループとロモン・ビリオンズ・グループが主要な提供者であり、前処理から最終製品に至るまでのプロセスの両方をカバーする多様な特許ポートフォリオを保有しています。

比較すると、イルメナイトからの金属チタン生産に関する特許活動は安定している。[ 31 ] 2002年から2022年の間に、イルメナイトからの金属チタン生産を記載した特許ファミリーは92件あり、この数は比較的安定している。これらの特許は、イルメナイトなどの鉱石、二酸化チタン（TiO 2）、および塩化物プロセスの中間体として得られる化学物質である四塩化チタン（TiCl 4）から金属チタンを生産することを記載している。出発物質は、必要に応じて精製され、次に還元剤を使用した化学還元プロセスによって金属チタンに変換される。プロセスは、出発物質を金属チタンに変換するために使用する還元剤に関して主に異なり、マグネシウムは最も頻繁に引用され、工業生産で最も利用されている還元剤である。
この分野の主要プレーヤーは日本企業、特に東邦チタニウムと大阪チタニウムテクノロジーズであり、どちらもマグネシウムを使用した還元に重点を置いている。パンガンも金属チタン生産に貢献しており、溶融塩電気分解による還元を記載した特許を保有している。[ 31 ]

月のイルメナイト

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イルメナイトは月のサンプル、特にアポロ11号と17号の遺跡に共通する高チタン月の海の 玄武岩で発見されており、平均して月の隕石の最大5％を占めています。[ 47 ]イルメナイトは、COとH 2緩衝液で起こる単純な還元反応のため、ISRUの水と酸素の抽出の対象となっています。[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]欧州宇宙機関のVMMOミッションは、2028年に打ち上げが予定されており、月面のイルメナイトの分布をマッピングする予定です。[ 51 ] [ 52 ]

出典

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この記事にはフリーコンテンツ作品 からのテキストが含まれています。CC-BYライセンスに基づきます。テキストはWIPOの「イルメナイトからのチタンおよび二酸化チタンの製造および関連出願」から引用しています。

参考文献

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