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鈦鐵礦

鈦鐵礦（英語：Ilmenite）是一種鈦鐵氧化物礦物，理想分子式FeTiO
3。是一種弱磁性黑色或鋼灰色礦物。鈦鐵礦是最重要的鈦礦石[5]，也是二氧化鈦的主要來源，[6]用於油漆、印刷油墨、[7]織物、塑料、紙張、防曬霜、食品和化妝品。 [8]

鈦鐵礦
來自俄羅斯烏拉爾地區南烏拉爾車里雅賓斯克州伊爾門山米亞斯的鈦鐵礦。4.5 x 4.3 x 1.5cm
基本資料
類別氧化物礦物
化學式FeTiO
3
IMA記號Ilm[1]
施特龍茨分類4.CB.05
戴納礦物分類04.03.05.01
晶體分類菱面體 (3)
H-M記號: (3)
晶體空間群R3 (no. 148)
晶胞a = 5.08854(7)
c = 14.0924(3) [Å]: Z = 6
性質
顏色鐵黑色；灰色，反射光下帶褐色
晶體慣態粒狀到塊狀和赤鐵礦或磁鐵礦的層狀出溶
晶系三方
雙晶{0001}簡單，{1011}層狀
解理無；{0001}和{1011}裂理
斷口貝殼狀到亞貝殼狀
韌性/脆性脆
莫氏硬度5–6
光澤金屬到半金屬光澤
條痕黑色
透明性不透明
比重4.70–4.79
光學性質單軸 (–)
雙折射強；O = 粉棕色，E = 深棕色（雙反射）
其他特徵弱磁性
參考文獻[2][3][4]

結構和性質

鈦鐵礦是一種重（比重4.7）、中等硬度（莫氏硬度5.6至6）、具有亞金屬光澤的不透明黑色礦物。[9]它幾乎總是大規模的出現，厚板狀晶體非常罕見。它沒有顯示出明顯的解理，而是以貝殼狀到參差狀的斷口。[10]

鈦鐵礦在空間群R3的三方晶系中結晶。[11][3]鈦鐵礦的晶體結構由剛玉結構的有序衍生物組成；在剛玉中，所有陽離子都是相同的，但在鈦鐵礦中，Fe2+和 Ti4+離子佔據垂直於三方c軸的交替層。

純鈦鐵礦是順磁性的（對磁鐵的吸引力非常弱），但鈦鐵礦與赤鐵礦形成固溶體，赤鐵礦具有弱鐵磁性，因此明顯被磁鐵吸引。鈦鐵礦的天然礦床通常含有共生或溶解的磁鐵礦，這也有助於其鐵磁性。[9]

鈦鐵礦與赤鐵礦的區別在於其較不強烈的黑色和較暗的外觀以及黑色條痕，而與磁鐵礦的區別在於其較弱的磁性。[10][9]

在岩石薄片中，鈦鐵礦呈褐色、略帶粉紅色或紫色。該礦物具有明顯的雙反射性並且是多向色性的。在正交偏光鏡中，鈦鐵礦具有高度的各向異性，其干涉色範圍從灰色到棕灰色。[11]

  •  
    鈦鐵礦的晶體結構
  •  
    來自挪威Aust-Agder，Froland的鈦鐵礦；4.1 x 4.1 x 3.8 cm
  •  
    正常光照下的鈦鐵礦和赤鐵礦
  •  
    偏振光下的鈦鐵礦和赤鐵礦

發現

1791年，威廉·格雷戈爾是在一條流經英格蘭康沃爾郡的Menaccan村以南的山谷的溪流中發現了一種黑色沙質礦物，並首次確定鈦是該礦物的成分之一，[12][13][14]並將其命名為manaccanite。[15]在俄羅斯米阿斯附近的伊爾門山發現了相同的礦物，並命名為Ilmenite。[10]

分佈

鈦鐵礦常和磁鐵礦共生，星散在基性火成岩中，也產於鹼性岩中。美國地質調查局（USGS）2015年公佈的數據表明，全球鈦鐵礦儲量約為7.2億噸，其中中國儲量2億噸，佔全球儲量28%，排名全球第一。其次是澳大利亞東西海岸（1.7億噸）、印度半島南部喀拉拉邦（8500萬噸）、南非理查茲灣（6300萬噸）、巴西東南海岸（4300萬噸）、美國南部和東海岸（200萬噸）、烏克蘭（590萬噸）、斯里蘭卡等地。[16]

中國原生鈦鐵礦共有45處，主要分佈在四川攀西和河北承德；鈦鐵砂礦資源有85處，主要分佈在海南、雲南、廣東、廣西等地。

化學性質

純鈦鐵礦化學成分為FeTiO
3。但鈦鐵礦通常含有可觀量的鎂和錳以及高達6wt%的赤鐵礦（Fe
2O
3），在晶體結構中替代了FeTiO
3。因此完整的化學式可以表示為(Fe,Mg,Mn,Ti)O
3.[9]鈦鐵礦與鎂鈦礦 （MgTiO
3）和紅鈦錳礦（MnTiO
3）形成固溶體。它們是固溶體系列的鎂和錳的末端成員。[3]

雖然鈦鐵礦通常接近理想的FeTiO
3組成，Mn和Mg的摩爾比例很小，[3]金伯利岩的鈦鐵礦通常含有大量的鎂鈦礦成分，[17]並且在一些高度分化的長英質岩中，鈦鐵礦中可能含有大量的紅鈦錳礦成分。[18]

在高於950 °C（1,740 °F）的溫度下，鈦鐵礦和赤鐵礦之間存在完全固溶體。在較低溫度下存在溶解度間隙，導致這兩種礦物在岩石中共存但沒有固溶體。[9]這種共存可能導致冷卻的鈦鐵礦中出現外溶層，系統中的鐵比晶格中均勻容納的鐵更多。[19]含有6%至13%Fe
2O
3的鈦鐵礦有時被稱為「鐵鈦鐵礦」。[20][21]

鈦鐵礦變質或風化會形成偽礦物白鈦石，一種細粒黃色至灰色或褐色材料，[9][22]富含70%或更多的TiO
2。[21]白鈦石是重砂礦床中鈦的重要來源。[23]

加工和消費

 
Tellnes露天鈦鐵礦，索肯達爾，挪威

大多數鈦鐵礦用於生產二氧化鈦。[24]2011年，全球生產的二氧化鈦中約有47%是由這種材料生產的。[25]鈦鐵礦和二氧化鈦用於生產鈦金屬。[26][27] 二氧化鈦最常用作白色顏料，TiO2顏料的主要消費行業是油漆和表面塗料、塑料以及紙張和紙板。中國人均TiO2消費量約為每年1.1千克，而西歐和美國為2.7千克。[28]

鈦鐵礦可以通過硫酸鹽工藝或氯化物工藝轉化為顏料級二氧化鈦。[29]鈦鐵礦也可以使用Becher法改進和提純成金紅石形式的二氧化鈦。[30]

鈦鐵礦也可以通過冶煉工藝轉化為液態鐵和富鈦礦渣。[31]

鈦鐵礦被鋼鐵製造商用作熔劑來襯砌高爐爐膛耐火材料。[32]

鈦鐵礦可用於通過鋁熱反應生產鈦鐵。[33]

月球鈦鐵礦

鈦鐵礦已在月球岩石中發現，[34]並且通常富含鎂，類似於金伯利岩組合。2005年[35]NASA使用哈勃太空望遠鏡定位可能富含鈦鐵礦的位置。這種礦物可能對最終的月球基地至關重要，因為鈦鐵礦將為建造結構和必要的氧氣提取提供鐵和鈦的來源。

參考文獻

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