鈦礦礦業(yè)簡(jiǎn)史

1789年，英國(guó)業(yè)余礦物學(xué)家格雷戈?duì)枺╓illiam Gregor）神甫在其教區(qū)哥納瓦爾州的默納金山谷里的黑色磁性砂石（鈦鐵礦）中發(fā)現(xiàn)一種新的元素（鈦），當(dāng)時(shí)命名為“默納金尼特”（Menaccanite）。

1795年，德國(guó)化學(xué)家克拉普羅特（M.H.Klaproth）在對(duì)巖石礦物作系統(tǒng)分析檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)一種新的金屬氧化物，即是現(xiàn)在的金紅石（TiO2）亦含有此新元素，他把此新元素以希臘神話中天地之子Titans(泰坦神）命名為鈦（Titanium）?！扳仭币嗉词歉窭赘?duì)査Q的“默納金尼特”。

鈦原料主要用來(lái)生產(chǎn)鈦白（二氧化鈦）、金屬鈦(海綿鈦)、含鈦鋼以及焊條涂料。它們所占的比例，我國(guó)和國(guó)外稍有不同。鈦白，我國(guó)占88%，國(guó)外占92.4%；金屬鈦(海綿鈦)，我國(guó)占10%，國(guó)外占5.3%；含鈦鋼及焊條涂料，我國(guó)占2.0%，國(guó)外占2.3%。

鈦白不僅是性能優(yōu)異的白色顏料，而且是重要的化工原料。它廣泛用于涂料、油墨、塑料、橡膠、造紙和化纖工業(yè)。鈦白涂料，色彩鮮艷，色調(diào)純正；鈦白是紙張的高級(jí)填料，使紙張薄而不透明，白度高，光澤好，強(qiáng)度大和光滑好用。鈦白用于塑料工業(yè)，是不透明的著色劑；用于橡膠工業(yè)，使白色和淺色橡膠強(qiáng)度高，伸展率大，耐老化和不易褪色。它也是化學(xué)纖維的最佳消光材料，使透明的化纖具永久性消光效果，并可提高韌性。此外，還用于搪瓷、電器、電子原料等等方面。

鈦精礦經(jīng)冶煉成海綿鈦后，再鑄錠并制成工業(yè)純鈦和鈦合金鈦材。鈦和鈦合金鈦材主要用于航空和宇航部門。與合金鋼相比，鈦合金可使飛機(jī)重量減輕40%。其他如人造衛(wèi)星外殼、飛船蒙皮、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、導(dǎo)彈等等，鈦合金都可大顯身手。非宇航部門使用工業(yè)純鈦和鈦合金主要在于發(fā)電站冷凝器、接觸海水裝置、化學(xué)裝置和一些機(jī)械工程等方面。尤其是海水淡化加熱器用鈦是鈦工業(yè)發(fā)展中劃時(shí)代事件。兵工部門將鈦主要用于艦船和兵器生產(chǎn)。

金屬鈦除主要用于生產(chǎn)工業(yè)純鈦和鈦合金外，另一用途是為鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)鈦鐵合金和含鈦鋼。鈦在鋼中作為添加元素，可以改變鋼的性能。使鋼在同樣回火溫度下，具有更高的強(qiáng)度和硬度，或同樣硬度要求下，回火到更高的溫度。我國(guó)含鈦鋼有高強(qiáng)度低合金鋼、結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱合金、超高強(qiáng)度鋼和磁鋼等鋼種系列，廣泛用于汽車、船舶和石油鉆探等方面，已發(fā)展成為僅次于錳鋼的第二大鋼系。

主要含鈦礦物金紅石還是優(yōu)質(zhì)電焊條涂層不可缺少的原料。

由于金屬鈦呈銀白色，具有熔點(diǎn)高(1727℃)、比重輕(4.5)、機(jī)械強(qiáng)度高(5)、耐低溫（超低溫下電阻率幾乎為0）、耐磨蝕、線鈦塑性良好（能薄壁化使用）、不易氧化、還原性強(qiáng)等特點(diǎn)；鈦的氧化物——二氧化鈦（鈦白），具有無(wú)毒、良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性（1000℃煅燒后不熔于任何酸和堿）、折射指數(shù)高（2.55～2.70），以及很強(qiáng)的白度、著色力（1150～1650)、遮蓋力（40～50g/m2）、耐溫性、抗粉化等特征，被稱為“顏料之王”。因此，鈦及其氧化物、合金產(chǎn)品是重要的涂料、新型結(jié)構(gòu)材料、防腐材料，被譽(yù)為“繼鐵、鋁之后處于發(fā)展中第三金屬”和“戰(zhàn)略金屬”，也是“很有希望的金屬材料”，在航空、航天、艦船、軍工、冶金、化工、機(jī)械、電力、海水淡化、交通運(yùn)輸、輕工、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有其重要的地位和作用。

鈦是典型的親石元素，常以氧化物礦物出現(xiàn)。地殼中含TiO2在1%以上的礦物有80余種，具有工業(yè)價(jià)值的有15種，我國(guó)主要利用的有鈦鐵礦、金紅石和鈦磁鐵礦等（表3.5.1）。它們既有原生的（巖礦），也有次生的（風(fēng)化殘坡積及沉積砂礦）。

我國(guó)鈦礦資源的地質(zhì)勘查，主要是新中國(guó)成立后的50年代至60年代進(jìn)行的，并相繼投入開發(fā)。我國(guó)鈦礦資源的深加工利用（生產(chǎn)鈦白、焊條涂料、海綿鈦、鈦金屬、鈦材等），則是從1954年由北京有色金屬研究院研制海綿鈦開始，1958年沈陽(yáng)有色金屬加工廠建成海綿鈦及鈦材加工車間投產(chǎn)，60年代末開始形成鈦工業(yè)體系（生產(chǎn)海綿鈦、鈦加工材等多種產(chǎn)品），至1997年，我國(guó)鈦工業(yè)已形成礦山-冶煉-加工和科研-設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-應(yīng)用兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)、比較完整的體系。我國(guó)是世界上鈦精礦、鍛軋鈦、鈦制品、鈦氧化物和銳鈦型鈦白顏料的出口國(guó)之一。

我國(guó)探明的鈦資源分布在21個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）共108個(gè)礦區(qū)，主要分布在四川攀西、河北承德、云南、海南、廣西和廣東，其中以四川儲(chǔ)量最大。

全國(guó)原生鈦鐵礦共有45處，主要分布在四川攀西和河北承德，2011年我國(guó)原生鈦鐵礦儲(chǔ)量2.46億噸，是我國(guó)最主要的鈦礦資源。

鈦鐵砂礦資源有85處，主要分布在海南、云南、廣東、廣西等地，儲(chǔ)量500萬(wàn)噸，也是我國(guó)重要的鈦礦資源。相比之下，金紅石礦資源較少，資源產(chǎn)地41處，主要分布在河南、湖北和山西等地，儲(chǔ)量?jī)H有200萬(wàn)噸。

分布情況2100433B

板鈦礦晶體化學(xué)性質(zhì)

板鈦礦屬斜方晶系，在板鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中，O形成歪曲的四層最緊密堆積，層平行（100）晶面，Ti在八面體空隙中，每個(gè)[TiO₆]八面體有三個(gè)棱角同周圍三個(gè)[TiO₆]八面體共用，這些共用的棱角比其他棱角要短些，Ti微偏離八面體中心，形成歪曲的八面體。[TiO₆]八面體平行c軸組成鋸齒形鏈，鏈與鏈平行（100）聯(lián)結(jié)成層。

板鈦礦化學(xué)性質(zhì)

板鈦礦的分子式也與金紅石相同，化學(xué)式為TiO₂，Ti 59.95%，O 40.05%。成分中含有少量的Fe³ ，有時(shí)Fe₂O₃可達(dá)4.5%；含少量Nb₂O₅及Ta₂O₅。僅以板狀晶體與金紅石、銳鈦礦相區(qū)別。成分中Ti可被Fe³ 、Nb⁵ 、Ta⁵ 代替。富含F(xiàn)e者稱鐵板鈦礦，富含Nb者稱鈮板鈦礦。

板鈦礦物理性質(zhì)

板鈦礦晶體呈板狀、葉片狀。顏色淡黃、褐到黑色。條痕淺黃色、淺灰至褐色。透明或半透明。金剛光澤或半金屬光澤。莫氏硬度5.6～6。密度3.9～4.1g/cm³。

板鈦礦光學(xué)性質(zhì)

薄片中呈淡黃褐色、金黃褐色或淡紅褐色，具異常干涉色，很高的突起。二軸晶（正光性），平行消光。折射率很高：n_p=2.583，n_m=2.584～2.586，n_g=2.700～2.741，n_g一n_p=0.117～0.156，多色性弱，n_g：亮黃色、淺綠褐色，n_m：亮黃色、橙黃褐色，n_p：無(wú)色、橄欖色、黃褐色。在反射光下光片中板鈦礦呈灰色，可根據(jù)較暗的顏色分出特有的生長(zhǎng)錐。

板鈦礦光性特征

黃褐色、紅褐色或褐黑色；薄片中黃褐色或金褐色。多色性弱n_p一橙色、淺黃褐色，n_m—橙色紫褐色，n_g一檸檬黃色、紫褐色。吸收性：n_g> n_m>n_p 或n_m>n_g>n_p。正極高突起。糙面極顯著。干涉色高級(jí)白，有時(shí)可見(jiàn)異常干涉色，以至在任何位置都不見(jiàn)真正消光。雙晶沿（120）面。光率體色散極強(qiáng)，為交叉軸面色散。對(duì)于紅光、黃光光軸面平行于（001），光軸角色散r< v；對(duì)于藍(lán)光、綠光，光軸面平行于（010），光軸角色散r>v；而對(duì)于黃綠色光，光軸角為0°。

光性方位和2V隨溫度變化。在固定波長(zhǎng)的光源照射下，光軸面平行于（001）時(shí)，溫度下降，2V減??；光軸面平行于（010）時(shí)，溫度下降，2V增大。

板鈦礦成因產(chǎn)狀

板鈦礦是熱液礦物，與石英、鈉長(zhǎng)石、榍石、金紅石、銳鈦礦等共生，比金紅石形成晚，比銳鈦礦形成早。板鈦礦在自然條件下穩(wěn)定，在礦砂中常見(jiàn)。

變化：在高溫700℃左右時(shí)，板鈦礦可變?yōu)榻鸺t石。

鑒定特征：特殊的光性、極高的折射率和雙折射率、異常強(qiáng)的色散，是板鈦礦極好的鑒定特征。金紅石有較好的解理和棱狀的外形；鐵板鈦礦（Pseudoarkansite）的折射率較低，光軸角較大，不出現(xiàn)顯著的色散；針鐵礦為紅褐色、負(fù)光性，均與板鈦礦不同，可以區(qū)別。

提煉鈦的礦物原料。二氧化鈦的另一種同質(zhì)異像礦物?；瘜W(xué)成分為TiO₂。含鈦59.95%。斜方晶系。與金紅石和銳鈦礦成同質(zhì)三象。晶體呈板狀、葉片狀。淡黃、褐到黑色。條痕淺黃色、淺灰至褐色。透明或半透明。金剛光澤或半金屬光澤。莫氏硬度5.6～6。密度3.9～4.1g/cm³。產(chǎn)于區(qū)域變質(zhì)巖系的石英脈中，或作為火成巖的副礦物，有時(shí)產(chǎn)于接觸變質(zhì)巖石中，也是沉積巖的一種造巖礦物。主要產(chǎn)于變質(zhì)巖中的阿爾卑斯型礦脈，也見(jiàn)于熱液蝕變、接觸變質(zhì)作用及砂礦中。著名產(chǎn)地有美國(guó)阿肯色州磁鐵礦灣（magnet cove）、瑞士蒂洛爾（tirol）、俄國(guó)烏拉爾以及巴西、英國(guó)等。透明－半透明晶體，因色散高、出火強(qiáng)，少數(shù)鮮紅色者色澤勝過(guò)紅寶石；而一些淺黃色者可用作鉆石代用品。