Ilmenita

La ilmenita es un mineral de óxido de hierro y titanio con la fórmula idealizada FeTiO
₃. Es un sólido negro o gris acero débilmente magnético. La ilmenita es el mineral de titanio más importante y la principal fuente de dióxido de titanio, que se utiliza en pinturas, tintas de impresión, telas, plásticos, papel, protectores solares, alimentos y cosméticos.

Estructura y propiedades

La ilmenita es un mineral negro opaco pesado (gravedad específica 4,7), moderadamente duro (dureza Mohs 5,6 a 6) con un brillo submetálico. Casi siempre es masivo, siendo bastante raros los cristales tabulares gruesos. No muestra hendidura perceptible, sino que se rompe con una fractura concoide a desigual.

La ilmenita cristaliza en el sistema trigonal con grupo espacial R3. La estructura cristalina de ilmenita consiste en un derivado ordenado de la estructura de corindón; en el corindón todos los cationes son idénticos pero en la ilmenita los iones Fe²⁺ y Ti⁴⁺ ocupan capas alternas perpendiculares al eje trigonal c.

La ilmenita pura es paramagnética (muestra solo una atracción muy débil por un imán), pero la ilmenita forma soluciones sólidas con hematita que son débilmente ferromagnéticas y, por lo tanto, se sienten atraídas por un imán. Los depósitos naturales de ilmenita suelen contener magnetita intercrecida o exuelta que también contribuye a su ferromagnetismo.

La ilmenita se distingue de la hematita por su color negro menos intenso y su apariencia más apagada y su veta negra, y de la magnetita por su magnetismo más débil.

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  Estructura cristalina de ilmenite

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  Ilmenite from Froland, Aust-Agder, Norway; 4.1 x 4.1 x 3.8 cm

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  Ilmenite y hematita bajo luz normal

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  Ilmenite y hematita bajo luz polarizada

Descubrimiento

En 1791, William Gregor descubrió un depósito de arena negra en un arroyo que atraviesa el valle justo al sur del pueblo de Manaccan (Cornualles), e identificó por primera vez el titanio como uno de los constituyentes del principal mineral en el arena. Gregor llamó a este mineral manaccanita. El mismo mineral se encontró en las montañas Ilmensky, cerca de Miass, Rusia, y se llamó ilmenita.

Química de minerales

La ilmenita pura tiene la composición FeTiO₃. Sin embargo, la ilmenita suele contener cantidades apreciables de magnesio y manganeso y hasta un 6 % en peso de hematita, Fe₂O₃, en sustitución de FeTiO₃ en la estructura cristalina. Por lo tanto, la fórmula química completa se puede expresar como (Fe,Mg,Mn,Ti)O₃. La ilmenita forma una solución sólida con geikielita (MgTiO
3) y pirofanita (MnTiO
₃) que son miembros finales magnesianos y manganíferos de la serie de soluciones sólidas.

Aunque la ilmenita suele estar cerca del ideal FeTiO
₃ composición, con porcentajes molares menores de Mn y Mg, las ilmenitas Las kimberlitas suelen contener cantidades sustanciales de moléculas de geikielita y, en algunas rocas félsicas altamente diferenciadas, las ilmenitas pueden contener cantidades significativas de moléculas de pirofanita.

A temperaturas superiores a 950 °C (1740 °F), existe una solución sólida completa entre la ilmenita y la hematita. Hay una brecha de miscibilidad a temperaturas más bajas, lo que resulta en una coexistencia de estos dos minerales en las rocas pero no en una solución sólida. Esta coexistencia puede resultar en laminillas de disolución en ilmenitas enfriadas con más hierro en el sistema del que puede acomodarse homogéneamente en la red cristalina. Ilmenita que contiene del 6 al 13 por ciento Fe₂O₃ a veces se describe como ilmenita ferriana.

La ilmenita se altera o meteoriza para formar el pseudomineral leucoxeno, un material de grano fino de color amarillento a grisáceo o pardusco enriquecido al 70 % o más de TiO₂. El leucoxeno es una fuente importante de titanio en los yacimientos de arenas minerales pesadas.

Paragénesis

La ilmenita es un mineral accesorio común que se encuentra en rocas metamórficas e ígneas. Se encuentra en grandes concentraciones en intrusiones en capas donde forma parte de una capa acumulada dentro de la intrusión. La ilmenita generalmente se presenta en estos acumulados junto con ortopiroxeno o en combinación con plagioclasa y apatito (nelsonita).

La ilmenita magnésica se forma en las kimberlitas como parte de la asociación de minerales MARID (mica-anfíbol-rutilo-ilmenita-diópsido) de xenolitos de glimmerita. La ilmenita manganífera se encuentra en rocas graníticas y también en intrusiones de carbonatita donde también puede contener cantidades anormalmente altas de niobio.

Muchas rocas ígneas máficas contienen granos de magnetita e ilmenita intercrecidos, formados por la oxidación de la ulvoespinela.

Procesamiento y consumo

Tellnes opencast imenite mine, Sokndal, Norway

La mayor parte de la ilmenita se extrae para la producción de dióxido de titanio. En 2011, alrededor del 47 % del dióxido de titanio producido en todo el mundo se produjo a partir de este material. La ilmenita y el dióxido de titanio se utilizan en la producción de titanio metálico.

El dióxido de titanio se utiliza sobre todo como pigmento blanco y las principales industrias consumidoras de pigmentos de TiO₂ son las pinturas y los revestimientos de superficies, los plásticos y el papel y el cartón. El consumo per cápita de TiO₂ en China es de aproximadamente 1,1 kilogramos por año, en comparación con los 2,7 kilogramos de Europa Occidental y los Estados Unidos.

La ilmenita se puede convertir en dióxido de titanio de grado pigmento mediante el proceso de sulfato o el proceso de cloruro. La ilmenita también se puede mejorar y purificar a dióxido de titanio en forma de rutilo utilizando el proceso Becher.

Los minerales de ilmenita también se pueden convertir en hierro líquido y escoria rica en titanio mediante un proceso de fundición.

Los productores de acero utilizan el mineral de ilmenita como fundente para revestir el refractario de la solera de los altos hornos.

La ilmenita se puede utilizar para producir ferrotitanio mediante una reducción aluminotérmica.

Producción de materias primas

La mayor parte de la ilmenita se recupera de depósitos de mineral de arenas minerales pesadas, donde el mineral se concentra como un depósito de placer y la meteorización reduce su contenido de hierro, aumentando el porcentaje de titanio. Sin embargo, la ilmenita también se puede recuperar de la "roca dura" fuentes de mineral de titanio, como intrusiones estratificadas ultramáficas a máficas o macizos de anortosita. La ilmenita en las intrusiones estratificadas a veces es abundante, pero contiene considerables intercrecimientos de magnetita que reducen su ley mineral. La ilmenita de los macizos de anortosita a menudo contiene grandes cantidades de calcio o magnesio que la hacen inadecuada para el proceso de cloruro.

Las reservas probadas de mineral de ilmenita y rutilo se estiman entre 423 y 600 millones de toneladas de dióxido de titanio. Los mayores yacimientos de ilmenita se encuentran en Sudáfrica, India, Estados Unidos, Canadá, Noruega, Australia, Ucrania, Rusia y Kazajistán. Se encuentran depósitos adicionales en Bangladesh, Chile, México y Nueva Zelanda.

Australia fue el mayor productor de mineral de ilmenita del mundo en 2011, con alrededor de 1,3 millones de toneladas de producción, seguida de Sudáfrica, Canadá, Mozambique, India, China, Vietnam, Ucrania, Noruega, Madagascar y Estados Unidos.

Los cuatro principales productores de materias primas de ilmenita y rutilo en 2010 fueron Rio Tinto Group, Iluka Resources, Exxaro y Kenmare Resources, que en conjunto representaron más del 60 % de los suministros mundiales.

Las dos minas de ilmenita a cielo abierto más grandes del mundo son:

• The Tellnes mine located in Sokndal, Norway, and run by Titania AS (owned by Kronos Worldwide Inc.) with 0.55 Mtpa capacity and 57 Mt contained TiO
  ₂ reservas.
• El Lac del Grupo Río Tinto Mina Tio situada cerca de Havre Saint-Pierre, Quebec en Canadá con una capacidad de 3 Mtpa y 52 Mt.

Las principales operaciones mineras de ilmenita basadas en arenas minerales incluyen:

• Richards Bay Minerals en Sudáfrica, propiedad mayoritaria del Grupo Río Tinto.
• Mina Moma de Kenmare Resources en Mozambique.
• Operaciones mineras de Iluka Resources en Australia incluyendo Murray Basin, Eneabba y Capel.
• The Kerala Minerals & Metals Ltd (KMML), Indian Rare Earths (IRE), VV Mineral mines in India.
• La mina Grande Cote de TiZir Ltd. en Senegal
• QIT Madagascar La mina de minerales, propiedad mayoritaria del Grupo Río Tinto, que comenzó la producción en 2009 y se espera producir 0,75 Mtpa de imenita, que potencialmente se expandió a 2 Mtpa en fases futuras.

Los principales depósitos potenciales de ilmenita incluyen:

• El depósito de magnetita-ilmenita Karhujupukka en Kolari, al norte de Finlandia, con unas reservas de 5 Mt y mineral que contienen alrededor del 6,2% de titanio.
• El depósito de mineral de Balla Balla magnetite-iron-titanium-vanadium en el Pilbara de Australia Occidental, que contiene 456 millones de toneladas de horizonte de mineral cumulado que clasifica el 45% Fe, 13,7% TiO
  ₂ y 0,64% V
  ₂O
  ₅, uno de los cuerpos de mineral imanito más ricos en Australia
• Las arenas minerales Coburn, WIM 50, Douglas, Pooncarie depositan en Australia.
• Los depósitos Magpie titano-magnetite (iron-titanium-vanadium-chrome) en el este de Quebec de Canadá con alrededor de 1.000 millones de toneladas que contienen alrededor del 43% Fe, 12% TiO₂, 0,4% V₂O₅, y 2,2% Cr₂O₃.
• El depósito de Longnose en Northeast Minnesota es considerado como "el depósito ilmenite más grande y rico en América del Norte".

Ilmenita lunar

La ilmenita se ha encontrado en rocas lunares y, por lo general, está muy enriquecida en magnesio de forma similar a la asociación kimberlítica. En 2005, la NASA utilizó el Telescopio Espacial Hubble para localizar ubicaciones potencialmente ricas en ilmenita. Este mineral podría ser esencial para una eventual base lunar, ya que la ilmenita proporcionaría una fuente de hierro y titanio para la construcción de estructuras y la extracción de oxígeno esencial.