دانلود کانی شناسی تیتانیم و بررسی کاربردها و خواص آن با pdf

فهرست مطالب
فصل اول-كانی شناسی تیتانیم
1-1-ایلمنیت  1                                                                                                        
1-2-لوكوكسن ، ایلمنیت دگرسان شده  6                                                    
1-3-روتیل 7                                 
1-4-آناتاز  11
1-5- بروكسیت  13                           
1-6- اسفن  14
1-7- برو وسكیت  13                                             
فصل دوم-زمین شناسی كانسار های تیتانیم دار
2-1-كلیات  17
2-2-ذخایر ماگمایی  19
2-3-كانسار های پلاسری تیتانیم  20
2-4- كانسار های ناشی از هوا زدگی  24
2-5-كانسار های رسوبی ـ آتشفشانی  24
2-6- كانسارهای با منشاء دگرگونی  28 
فصل سوم- ذخایر احتمالی ایران
3-1-كلیات  29
3-2-كانی سازی در ناحیه ساغند ـ زریگان  29
3-3- كانی سازی تیتانومنیتیت در جنوب سیخورلن  30
3-4-نهشته های ناحیه گیلان  31
3-5-نهشته های ناحیه مازندران  33
3-6-كانسار ایلمنیت كهنوج  34
فصل چهارم-تیتانیوم و تركیبات آن
4-1-تیتانیم  35
4-2-آلیاژ های تیتانیوم  36
4-3-كاربرد فلز تیتانیم و آلیاژ های تیتانیوم  37
4-4- تركیبات تیتانیوم و كاربرد آنها  38
4-4-1- تركیبات هیدروژن دار تیتانیوم  38
4-4-2- تركیبات بر دار تیتانیوم  39
4-4-3- تركیبات كربن دار تیتانیوم  39
4-4-4-تركیبات نیتروژن دار تیتانیوم  39
4-4-5- تیتاناتها  40
4-4-6- تركیبات هالوژنه تیتانیوم دار  41
4-4-7- تركیبات دیگر تیتانیوم  42
4-5- تهیه فلز تیتانیوم  42
4-5-1- فرایند یدید 43
4-5-2- فرایند تولید تیاتنیوم الكترولیتی  43
4-5-3- روش كرول  44
4-5-4- فرایند هانتر  44
4-6- بازار جهانی فلز تیتانیوم  45
فصل پنجم- دی اكسید تیتانیوم
5-1-كلیات  50
5-2-دی اكسید تیتانیوم به عنوان رنگدانه  50
5-3-دیگر كاربردهای  دی اكسید تیتانیوم  55
5-4-تولید دی اكسید تیتانیوم  58
5-5-فرایند های مختلف تهیه دی اكسید تیانیوم  59
5-5-1- فرایند سولفات  62
5-5-2- فرایند كلرید  65
5-5-3- فرایند فلوئورید  68
5-6- واردات كشور  72
فصل ششم ـ پر عیار سازی ایلمنیت
6-1-كلیات  74
6-2- ذوب در كوره های الكتریكی  74
6-2-1- بازار سرباره غنی از دی اكسید تیتانیوم
6-3- اسید شویی ایمنیت  76
6-3-1- اسید شویی با اسید سولفوریك  76
6-3-2- اسید شویی با اسید هیدرو كلریك  78
6-4- احیاء مستقیم كانسنگ و جدا سازی آهن  78
فصل هفتم ـ روشهای متداول كانه آرایی
7-1- كانسار های اولیه  84
7-2-كانسارهای ثانویه  89
7-2-1- واحد های مرحله اول آرایش 91
7-2-2- مراحل ثانویه  101
7-2-3- واحدهای آرایش بعضی از كانسارهای ماسه ای در دنیا  105
7-3-سابقه بررسی های كانه آرایی كانسنگ كهنوج  112
منابع و ماخذ  116
فهرست اشكال
شكل 1-1: نمایی از تك بلور ایلمنیت 3
شكل 1-2 :كارت مشخصات پراش اشعه ایكس كانی ایلمنیت در استاندارد امریكا 5
شكل 1-3: نمایی از تك بلور روتیل 8
شكل 1-4 : كارت مشخصات پراش اشعه ایكس كانی روتیل تهیه شده توسط اداره استاندارد امریكا 10
شكل 1-5 : شكل بلورین آناتاز 11
شكل 1-6 : كارت استاندارد مشخصات آتاناز برای مطالعه پراش اشعه ایكس 12
شكل 1-7: فازها دی سیستم سه گانه FeO-Fe2O3-TiO2    14
شكل 1-8 : بلورهای اسفن 14
شكل 1-9 : بلور پرووسكیت 15
شكل 3-1 : نقشه پی جوییهای اكتشافی كانیهای تیتانیم در سراسر ایران 30
شكل4-1 : نمایی شماتیك از واحد صنعتی تولید فلز تیتانیم در هند 47
شكل 5-1 : روند ظرفیت و تقاضای جهانی دی اكسید تیتانیم طی سالهای 92-1980   59
شكل 5-2 :  ماده خام اولیه برای فرایندهای سولفات و كلرید 61
شكل 5-3: مراحل مختلف فرایند سولفات با ماده اولیه ایلمنیت و سرباره غنی از تیتانیم  64
شكل 5-4 : مراحل مختلف فرایند كلرید به طور بسیار مختصر 68
شكل 5-5 : مراحل مختلف فرایند فلوئورید 70
شكل 5-6 : روند و ارزش رنگدانه دی اكسید تیتانیم 73
شكل 6-1: فرایند مورفیورس 80
شكل 6-2 :‌ فرایند ایشی ها را 80
شكل 6-3 :‌ فرایند مورد استفاده در شركت تیتانیم غرب 81
شكل 7-1 :‌ فلوشیت آرایش معدن تاهاووسد 87
شكل 7-2 : فلوشیت آرایش كانسنگ كانسار تلنس نروژ 88
شكل 7-3: فلوشیست تركیب میز ها در آرایش اولیه ماسه ها 92
شكل 7-4: فلوشیست تركیب مارپیچها در آرایش اولیه ماسه ها 93
شكل 7-5: فلوشیست تركیب ناوهادر آرایش اولیه ماسه ها 94
شكل 7-6: آرایش ستاره ناو یورك در مراحل اول تغلیظ 95
شكلهای 7-7 تا 7-11 : فلوشیستهای متداول كانه آرایی مطرح 100-96
شكل 7-12 : فلوشیت عمومی برای تركیب جداكننده های الكترواستاتیكی و مغناطیسی 103
شكل 7-13 : فلوشیت مرحله ثانویه آرایش كانسارهای ماسه ای 104
شكل 7-14: فلو شیست واحدهای مربوط به كانسار مانا والاكوریچی 108
شكل 7-15: مراحل جدایش ثقلی مربوط به آرایش كانسنگ كانسار تریل ریج 109
شكل 7-16: بخشهای عمده فر آوری در كانسار ریچارد بی 110
شكل 7-17: فلو شیست مسیر مراحل ثانویه آرایش در كانسار ریچارد بی 110
شكل 7-18: فلو شیست واحدها ی آرایش تر كانسار شركت روتیل ساحلی 114
شكل7-19: فلو شیست واحد آرایش خشك كانسار شركت روتیل ساحلی 114
شكل 7-20: فلوشیست روسی جهت كنستانتره نهایی ایلمنیت 119
شكل 7-21 :دیاگرام واحد سنگ شكنی 128

فهرست جداول

 جدول 1-1: تركیب شیمیایی كنسانتره ایلمنیت بعضی كانسارهای دنیا  2
جدول 1-2 : تركیب شیمیایی كنستانتره لوكوكسن كانسار كیلون  7
جدول 1-3 : تركیب شیمیایی كنستانتره روتیل  8
جدول 1-4 : تركیب كانیهای حاوی عنصر تیتانیم   16
جدول 2-1: میانگین درصد وزنی تیتانیم در سنگهای تشكیل دهنده لیتوسفر  17
جدول 2-2: طبقه بندی كانسارهای تیتانیم دار در گزارش اكتشافات تفصیلی منطقه كهنوج  18
جدول 2-3 : طبقه بندی اسمیرنوف  19
جدول 2-4 : كانسارهای ماگمایی تامین كننده كانیهای تیتانیم در دنیا  21
جدول 2-5 : منابع بالقوه كانسارهای ماگمایی تیتانیم  22
جدول 2-6 : كانسارهای پلاسری تأمین كننده كانیهای تیتانیم در دنیا  -2625
جدول 2-7 : منابع بالقوه پلاسری تأمین كننده كانیهای تیتانیم در دنیا  27
جدول 4-1 : مشخصات فیزیكی و شیمیایی تیتانیم اسفنجی شكل یا دانه ای     47
جدول 4-2 : تولید جهانی فلز تیتانیم به صورت اسفنج در سالهای 1983-1984  48  


جدول 4-3 : قیمت فلز تیتانیم اسفنجی شكل در سالهای 1970 تا 1983   49
جدول 5-1 : مقایسه خواص رنگدانه ها  51
جدول 5-2 : مشخصات رنگدانه های شاخص دی اكسید تیتانیم52 
جدول 5-3 : مشخصات رنگدانه ها در صنایع مختلف 55
جدول 5-4 : كاربرد رنگدانه دی اكسید تیتانیم در امریكا ، اروپای غربی و ژاپن  56
جدول 5-5 : آمار مصرف رنگدانه در صنایع مختلف بعضی كشورها بر حسب هزار تن 56
جدول 5-6 : قیمت رنگدانه دی اكسید تیتانیم در سالهای 1983 – 1970 (بر حسب دلار بر كیلوگرم) 57
جدول 5-7 : ظرفیت عمده تولید كنندگان دی اكسید تیتانیم در جهان در سال 1986   60
جدول 5-8 : مواد مورد نیاز جهت تولید یك تن دی اكسید تیتانیم با روش سولفات 62
جدول 5-9 : مواد مورد نیاز برای تولید یك تن دی اكسید تیتانیم با روش كلرید 66
جدول 5-10 : تولید دی اكسید تیتانیم به روشهای مختلف در سال 1983 بر حسب تن 71
جدول 5-11 :‌ آمار واردات سالهای 65- 1352   72
جدول 6-1 : تركیب شیمیایی با ورودی و خروجی از واحد تولید سرباره سورل  75
جدول 6-2: تولید جهانی سرباره غنی از دی اكسید تیتانیم در سالهای 1984-1978 برحسب تن 77
جدول 6-3: قیمت سرباره غنی از دی اكسید تیتانیم در بازار جهانی بر حسب دلار بر تن  77
جدول 6-4 :‌ قیمت روتیل مصنوعی در سالهای 1980-1984 بر حسب دلار بر تن 83
فصل اول
كانی شناسی تیتانیم
فصل دوم
زمین شناسی كانسار های
تیتانیم دار
فصل سوم
ذخایر احتمالی ایران
فصل چهارم
تیتانیوم و تركیبات آن
فصل پنجم
دی اكسید تیتانیوم
فصل ششم
پر عیار سازی ایلمنیت
فصل هفتم
روشهای متداول كانه آرایی

چكیده
مهمترین كانیهای تجاری تیتانیم ایلمنیت و روتیل هستند. لوكوكسن، آناتاز، اسفن، پرووسكیت و بروكیت دیگر كانیهای مهم تیتانیم هستند. كانی ایلمنیت معمولاً در ماگمای تأخیری به وجود می آید و بنابراین بیشتر در سنگهای آذرین با تركیب بازی یافت می شود. نوعی از روتیل كه محصول دگرسانی ایلمنیت است معمولاً در ماسه ها و گاهی اوقات در سنگهای دگرسان شده حاوی ایلمنیت دیده می شود. طبقه بندیهای متفاوتی در مورد كانسارهای تیتانیم ارائه شده است. طبقه بندی این كانسارها به كانسارهای ماسه‌ای و سنگی و یا به ترتیب ثانویه و اولیه معمولترین طبقه بندی است.
بعد از پی جوئیهای مستمر، تنها كانسار ایلمنیت كهنوج امید بخش تشخیص داده شده است. در نتیجه، اكتشاف مقدماتی و نیمه تفصیلی تا فصیلی را نیز به دنبال داشته است. كانسار كهنوج كه در جنوب استان كرمان قرار گرفته است، از نوع كانسارهای پلاسری است كه سنگ مادر آن تشكیلات گابرویی بند زیارت در 30 كیلومتری شرق آن است. اكتشافات تفصیلی و تعیین ذخیره فقط در محدوده بستر دره درگز صورت گرفته است. ذخیره منطقه تعیین ذخیره شده بقدری است كه می تواند نیاز كشور را در طی بیست سال به كانیهای تیتانیم رفع كند. كانسار كهنوج توانایی تأمین اكسید و انادیم را نیز داراست.
روشهای تهیه دی اكسید تیتانیم، فرایندهای سولفات و كلرید است كه مسائل زیست محیطی باعث رشد استفاده از فرآیند كلرید شده است ابتدا خوراك فرایند كلرید، دی اكسید تیتانیم به صورت كانی روتیل و آناتاز بوده است كه به علت تقاضای روز افزون قیمت آن افزایش زیادی داشته است و از طرفی عرضه این كانیها تكافوی تقاضاهای جهانی را ندارد، بنابراین امروزه فرایندهای غنی سازی ایلمنیت از دی اكسید تیتانیم جهانگیر شده اند. تهیه سرباره غنی از دی اكسید تیتانیم اولین بار در كانادا متداول شده است.

مقدمه
به دلیل كاربرد زیاد رنگدانه دی اكسید تیتانیم در صنایع رنگ كشور، سالانه مقادیری ارز صرف واردات این ماده می شود. همچنین رشد صنایع هوایی – نظامی ایران به زودی باعث استفاده از فلز تیتانیم خواهد شد. بنابراین با توجه به سیاستهای خودكفایی و عدم وابستگی، فعالیتهای مستمر در مورد اكتشاف كانسارهای تیتانیم دار آغاز گشته و منطقه كهنوج از نقاط امید بخش جهت رفع نیازهای مملكت به این ماده معدنی شناخته شده است.
این گزارش نتیجه مطالعات مرحله اول است. در این گزارش به دلیل رابطه تنگاتنگ ایلمنیت با دیگر كانیهای تیتانیم،‌ تمام كانیها بررسی و روشهای فرآوری و كاربرد و آمار آنها نیز ارائه شده است. بیشترین كاربرد فلز تیتانیم در صنایع نظامی – هوایی است و قیمت این فلز منتج از تقاضای این بخش است. به علت ویژگیهای خاص فلز تیتانیم مانند مقاومت در مقابل خوردگی، بالا بودن نسبت مقاومت به وزن این فلز در صنایع شیمیایی و ساخت آلیاژها كاربرد فراوانی دارد .
بیشترین كاربرد عنصر تیتانیم به صورت تركیب اكسید آن، دی اكسید تیتانیم است. رنگدانه های دی اكسید تیتانیم، از نوع روتیل و آناتاز، مهمترین رنگدانه هایی هستند كه صنایع شیمی معدنی به دیگر صنایع عرضه كرده اند. مقاومت در مقابل اشعه یا پرتوهای ماوراء بنفش، قدرت پوشش بسیار خوب و ویژگیهای دیگر سبب كاربرد این رنگدانه در صنایع رنگ، كاغذ سازی و پلاستیك شده است.
مقدمه
به دلیل كاربرد زیاد رنگدانه دی اكسید تیتانیم در صنایع رنگ كشور، سالانه مقادیری ارز صرف واردات این ماده می شود. همچنین رشد صنایع هوایی – نظامی ایران به زودی باعث استفاده از فلز تیتانیم خواهد شد. بنابراین با توجه به سیاستهای خودكفایی و عدم وابستگی، فعالیتهای مستمر در مورد اكتشاف كانسارهای تیتانیم دار آغاز گشته و منطقه كهنوج از نقاط امید بخش جهت رفع نیازهای مملكت به این ماده معدنی شناخته شده است.
به این منظور دفتر تحقیقات و پژوهشهای علمی وزارت معادن و فلزات در سال 1367 قراردادی با مؤسسه تحقیقات و كاربرد مواد معدنی ایران منعقد كرد. این قرارداد مشتمل بر سه مرحله جمع آوری اطلاعات در مورد كاربردهای ایلمنیت در صنعت و روشهای آرایش و فرآوری آن، نمونه برداری نمایانگر،‌ آماده سازی و بررسیهای كانی شناسی و خردایش تجزیه سرندی و تعیین درجه آزادی و انجام آزمایشهای مختلف كانه آرائی و ارائه فلوشیت مقدماتی برای كانه آرائی است. این گزارش نتیجه مطالعات مرحله اول است. در این گزارش به دلیل رابطه تنگاتنگ ایلمنیت با دیگر كانیهای تیتانیم،‌ تمام كانیها بررسی و روشهای فرآوری و كاربرد و آمار آنها نیز ارائه شده است.
در حال حاضر بیش از 70 كانی تیتانیم شناخته شده است. مهمترین كانیهای اقتصادی تیتانیم ایلمنیت، روتیل و آناتاز هستند. كانیهای اسفن، بروكیت، پرووسكیت دیگر كانیهای مهم تیتانیم هستند.
1-1-    ایلمنیت
ایلمنیت اولین بار در كوههای ایلمن واقع در جنوب كوههای اورال اتحاد جماهیر شوروی یافت شده است. ایلمنیت فراوانترین كانی تیتانیم با تركیب اكسیدهای مركب (اسپینلها) و با فرمول شیمیایی FeTiO3  یا FeO+TiO2  ، به طور تئوری دارای 6/31 درصد تیتانیم، 8/36 درصد آهن و 6/31 درصد اكسیژن است و بر حسب دگرسانی كانی، این مقادیر تفاوت خواهند كرد. معمولاً ناخالصیهای آلومینیم، منیزیم،‌ نیوبیم، وانادیم، كرم، منگنز، آهن سه ظرفیتی در آن وجود دارد. به همین دلیل كانی بدون ناخالصی را كریكتونیت می نامند. در صورتی كه منیزیم به طور كامل جایگزین یون آهن شود كانی گایكیلیت با تركیب شیمیایی MgTiO3  و در صورت جایگزینی توسط منگنز، كانی پیروفانیت با تركیب شیمیایی MnTiO3  به وجود می آید.
یك سری محلول جامد پیوسته بین ایلمنیت و هماتیت در دمای 1050 درجه سانتیگراد وجود دارد.. با كاهش دما، حلالیت Fe2O3  در FeTiO3  كاهش یافته و در نتیجه موجب تشكیل ایلمنیت حاوی هماتیت و هماتیت حاوی ایلمنیت می شود. به این ترتیب هماتیت به شكل عدسیهای ضخیم و نازك، به صورت ادخال در بسیاری از ایلمنیتها وجود دارد. عده ای بر این عقیده هستند كه وجود تركیب Fe2O3  به دلیل حضور كانی آریزونیت با فرمول شیمیایی TiO2 , Fe2O3  است.
احتمال حضور دانه های كوچك كروندوم در ایلمنیتی با منشاء ماگمای غنی از اكسید آلومینیم وجود دارد. به نظر می رسد كه این دانه ها را نیز باید به عنوان محصولات ناآمیختگی در نظر گرفت.
منیتیت همراه معمولی ایلمنیت در سنگهای آذرین و دگرگونی است. در این سنگها ایلمنیت اغلب به صورت همرشدی با منیتیت دیده می شود. در این حالت ایلمنیت به صورت عدسی در درون منیتیت و منیتیت نیز به شكل ادخالهای كشیده تیغه ای و سوزنی در ایلمنیت، وجود دارند. در این مواقع عناصر كرم، نیكل، وانادیم تمایل به تمركز در منیتیت دارند و عنصر منگنز در ایلمنیت متمركز می شود.
تركیب شیمیایی بعضی از كنسانتره های ایلمنیت در جدول 1-1 دیده می شود.
جدول 1-1: تركیب شیمیایی كنسانتره ایلمنیت بعضی كانسارهای دنیا
ایلمنیت در سیستم تری گونال رده رومبوئدرال متبلور می شود. شكل 1-1 شكل بلوری از ایلمنیت را نشان میدهد. فرم بلوری ایلمنیت بسیار متنوع بوده و به صورت تخته ای پهن رومبوئدریك و گاهی نیز لوحه ای باریك است. شكل صفحه ای و ورقه ای ایلمنیت نیز زیاد به چشم می خورد.
در نمونه های دستی رنگ ایلمنیت سیاه چدنی تا فولادی خاكستری است. اثر خاكه آن دارای رنگ سیاه، قهوه ای تا قهوه ای قرمز است. ایلمنیت دارای جلای نیمه فلزی، و غیر شفاف و سختی آن در مقیاس موس 6-5 است. وزن مخصوص آن با توجه به ناخالصیها از 7/4 تا 79/4 متغیر است. ایلمنیت با دم شالومه ذوب نشده و در اسید معمولی نیز حل نمی شود. ایلمنیت از نظر خاصیت مغناطیسی جزء مواد پارا مغناطیسی بوده و از لحاظ الكتریكی نیز نیمه هادی است.
شكل 1-1: نمایی از تك بلور ایلمنیت
از لحاظ زایش رامبدور معتقد است كه برخلاف گزارشهای منتشره، ایلمنیت فقط گاهی اوقات از كانیهای مراحل اولیه ماگمایی است ولی اغلب یك كانی كاملاً تأخیری است. ایلمنیت در ماگماهای تیتانومنیتیتی معمولاً جوانتر از منیتیت است و به این ترتیب درزه ها را پر می كند و شكل خاصی ندارد. ایلمنیت در برخی موارد به علت خوردگی دندانه دندانه به نظر می آید. ابعاد دانه های ایلمنیت بسیار متفاوت است و در پگماتیتها تا ابعاد 10 سانتیمتر نیز دیده شده است. معمولاً در طبیعت، نیمه خود شكل تا غیر خود شكل دیده می شود و این دلیلی برای اثبات تأخیری بودن آن است. ساخت مشخصی در ایلمنیت مشاهده نشده است.
از لحاظ شكل ظاهری ایلمنیت شبیه هماتیت است ولی می توان آنها را از فرم بلوری و خاصیت مغناطیسی بیشتر ایلمنیت از یكدیگر تشخیص داد.
ایلمنیت از كانیهای تیره محسوب می شود كه مطالعه آن از طریق میكروسكوپ نور انعكاسی میسر است. صیقل پذیری ایلمنیت بسیار خوب، قدرت انعكاسی آن 17 تا 5/18 درصد و رنگ آن سفید خاكستری كمی مایل به گلی با پلئوكروئیسم خفیف است. در نور پلاریزه، ایلمنیت آنیزوتروپ و رنگهای پلاریزاسیون آن خاكستری گلی تا خاكستری سبز است. انعكاسات داخلی بسیار نادر به رنگ قهوه ای تیره دارد كه نباید با ادخالهای اولیژیسیت موجود در ایلمنیت اشتباه شود.
ایلمنیت در مقابل هوا زدگی معمولی بسیار مقاوم است. معهذا بسیار كم و توسط فرایندهای متفاوتی دگرسان میشود. در اینجا فقط بعضی از فرایندهای دگرسانی ایلمنیت ذكر می شود:
1-    تشكیل منیتیت دوكی كه اكثراً همراه روتیل است.
2-    ایلمنیت غنی از ادخالهای هماتیت به تجمعهای نامنظم روتیل و منیتیت تبدیل می شود.
فرایندهای مذكور در دماهای بسیار بالا اتفاق می افتند و بر حسب دمای تشكیل، محصولات ظاهراً درشت تر از كانیهای اولیه هستند. در برخی شكافها علاوه بر روتیل و به جای آن، آناتاز تشكیل شده است.
3-    در برخی سنگهای آذرین ایلمنیت به طور حاشیه ای و گاهی كاملاً به لوكوكسن تبدیل شده است.
4-    در بعضی سنگهای غنی از یون كلسیم ممكن است اسفن از دگرسانی ایلمنیت به وجود آید.
5-    محصول دگرسانی ایلمنیت در ماسه های ساحلی مناطق حاره معمولاً لوكوكسن است.
اغلب در این شرایط روتیل و یا سایر كانیهای تیتانیم تشكیل نخواهند شد.
ایلمنیت یكی از حاملین اصلی تیتانیم در طبیعت است. تقریباً تمام سنگهای آذرین درونی و بیرونی و همین طور پگماتیتها و سایر رگه های آذرین، دارای مقادیر زیادی ایلمنیت هستند. تنها برخی از روانه های تفریقی از این قاعده مستثنی هستند. حتی محصولات هوازدگی سنگهای آذرین خروجی و تا اندازه ای سنگهای دگرگونی ناحیه‌ای و مجاورتی نیز دارای ایلمنیت هستند. ایلمنیت به ندرت در كانسارهای گرمابی بالا رو تشكیل می شود. همچنین برخی شكافها دارای ایلمنیت فراوانی هستند كه در كنار آنها كریكتونیت تقریباً خالص نیز وجود دارد.
در شهاب سنگها چند مورد ایلمنیت نیز مشاهده شده است. ایلمنیت تقریباً منحصراً در دماهای بالا، به ویژه بالاتر از 500 درجه سانتیگراد، تشكیل می شود و از این جهت ایلمنیت را می توان یك دماسنج زمین شناسی دانست.
وجود ایلمنیت در سنگهای دگرگونی و رسوبی فقط به علت مقاومت بالای آن در مقابل هوازدگی است. ایلمنیت تحت شرایط فرایندهایی كه در بالا ذكر شد، پایدار نیست و تقریباً همیشه توسط قشری از محصول دگرسانی پوشیده شده است. با این وجود، در اعماق بسیار زیاد، به نظر می رسد كه عمل عكس این فرایندها برای تشكیل دوباره ایلمنیت به وقوع می پیوندد.
ایلمنیت به صورت مصنوعی از تركیب دی اكسید تیتانیم و اكسید آهن دو ظرفیتی در دمای 1200 درجه سانتیگراد به دست می آید.
در مطالعات كانی شناسی توسط پراش اشعه ایكس ایلمنیت گاهی اوقات با منیتیت اشتباه می شود. كارت مشخصات پراش اشعه ایكس كانی ایلمنیت كه توسط اداره استاندارد امریكا تهیه شده است در شكل 1-2 دیده می شود.

شكل 1-2 كارت مشخصات پراش اشعه ایكس كانی ایلمنیت در استاندارد امریكا
كاربرد مهم ایلمنیت در به دست آوردن ماده اولیه برای فرایندهای تهیه فلز تیتانیم و دی اكسید تیتانیم است. در ساخت الكترودهای جوشكاری ایلمنیت به مقدار بسیار كم مورد استفاده قرار می گیرد. از ایلمنیت در رنگدانه های سیاه نیز استفاده می شود.
مهمترین كانسارهای ایلمنیت در استرالیای شرقی و غربی، در امریكا، كانادا و افریقای جنوبی یافت می شود.
1-2-    لوكوكسن، ایلمنیت دگرسان شده
در كا نسارهای ثانویه حاوی ایلمنیت، به سبب اكسیداسیون و كاهش درصد آهن، تركیب شیمیایی ایلمنیت درجه های متفاوتی از دگرسانی را از خود نشان می دهند كه محصول به نام لوكوكسن معروف است و در نهایت فرایند، منجر به تولید دی اكسید تیتانیم خواهد شد. فرایند این عمل توسط تمپل در سال 1966 به شرح زیر توضیح داده شده است:
«دگرسانی در طول مرزهای دانه ها و ناپیوستگیهای داخل شبكه تبلور ایلمنیت، آغاز می شود. بعد از عبور از مرحله بی شكلی، اكسیداسیون و جدایش آهن از شبكه ایلمنیت موجب تشكیل تیتانات آهن حد واسطی با ساختمان بلوری مشخص به نام شبه روتیل می شود. محصول دگرسانی این مرحله در مقابل 52 درصد دی اكسید تیتانیم موجود در فرمول تئوری ایلمنیت حدود 70-65 درصد دی اكسید تیتانیم دارد. حذف كامل آهن از شبكه شبه روتیل، تشكیل بلورهای روتیل را سبب می گردد».
از لحاظ اقتصادی سه فاز معدنی ایلمنیت، روتیل و شبه روتیل در بررسیهای اقتصادی دارای اهمیت بیشتری هستند. مطالعات در مورد كانسارهای ثانویه ایلمنیت نشان می دهد كه حذف كامل آهن از شبه روتیل، فقط در بالای سطح ایستابی آب زیرزمینی اتفاق می افتد. دگرسانی ایلمنیت یك فرایند كاملاً كند است كه با بالا آمدن سطح تراز آب زیرزمینی سرعت آن افزایش می یابد. این پدیده به وضوح در كانسارهای ثانویه قدیمی در مناطق گرم و حاره جهان دیده می شود. این مناطق حاوی ایلمنیت غنی از دی اكسید تیتانیم هستند. در حالیكه در كانسارهای عرضهای جغرافیایی بیشتر، معمولاً ایلمنیت دگرسان شده با حدود 50 درصد دی اكسید تیتانیم یافت می شود.
لوكوكسن از لحاظ كاربرد برای استفاده در روكشهای الكترود جوشكاری ترجیح داده می شود. تركیب شیمیایی كنسانتره لوكوكسن در جدول 1-2 نمایش داده شده است. كانسار مهم لوكوكسن در دنیا، كانسار كیلون هندوستان است.
جدول 1-2 : تركیب شیمیایی كنستانتره لوكوكسن كانسار كیلون
1-3-    روتیل
دی اكسید تیتانیم، در طبیعت در سه شكل بلورین روتیل، آناتاز، بروكیت یافت می شود كه مهمترین این چند شكلیها روتیل است.
نام روتیل از لغت لاتین روتیلیوس به معنای قرمز زرد رنگ گرفته شده است. تنها شكل پایدار TiO2 ، در دماهای بالا و پائین روتیل است. در تركیب شیمیایی روتیل 60 درصد تیتانیم و 40 درصد اكسیژن وجود دارد.. معهذا معمولاً مقادیر جزئی از عناصر تانتالیم، وانادیم، قلع، آهن دو ظرفیتی و سه ظرفیتی وجود دارد. روتیل غنی از آهن نیگرین نامیده می شود. هنگامی كه آهن دو ظرفیتی جایگزین تیتانیم چهار ظرفیتی شود، برای جبران بار الكتریكی، عناصر نیوبیم و تانتالیم پنج ظرفیتی داخل شبكه می شوند. در این صورت تركیب شیمیایی با Fex(Nb,Ta)2xTi(1-3x)O2  نمایش داده می شود. همچنین عنصر نیوبیم به دلیل نزدیكی شعاع یونی آن با تیتانیم، می تواند به صورت ایزومورف وارد شبكه بلورین روتیل گردد. كنسانتره روتیل مورد قبول در تجارت و صنعت دارای حداقل 95 درصد TiO2  است. همچنین ممكن است در این نمونه ها عناصر سیلیسیم، آلومینیم، كرم و وانادیم دیده شوند. نمونه هایی از تركیب شیمیایی كنسانتره های روتیل در نقاط مختلف دنیا درجدول1-3 دیده می شود.
جدول 1-3 : تركیب شیمیایی كنستانتره روتیل
سیستم تبلور روتیل تتراگونال است و در رده دی تتراگونال بی پیرامیدال متبلور می شود. بلوری از روتیل در شكل 1-3 دیده می شود. روتیل معمولاً ماكل مشخص دوقلوئی و یا سه قلوئی دارد  و فقط در برخی بلورهای روتیل كه از دگرسانی ایلمنیت به وجود آمده اند ماكلها خوب شكل نگرفته و دیده نمی شوند. معمولاً در روتیل یك رخ خوب و مشخص و اثر یك رخ ضعیف در سطوح بلوری روتیل دیده می شود.
شكل 1-3: نمایی از تك بلور روتیل

در نمونه های دستی، رنگ روتیل غالباً زرد تیره تا قهوه ای یا قرمز و مشكی است. رنگ غبار آن زرد تا قهوه ای روشن است و جلایی الماسی تا فلزی در نمونه های سیاهرنگ دارد. سختی آن 6 تا 5/6 است و وزن مخصوص آن بسته به وجود عناصر نیوبیم و تانتالیم از 23/4 تا 5/5 متغیر است.
شكل بلوری روتیل بسیار مشخص است و با اشكال منشوری، ستونی تا سوزنی و گاهی اوقات بی شكل یافت می شود. در سنگهای رسوبی آواری دانه های گرد شده روتیل نیز به چشم می خورند.
روتیل یك نیمه هادی است كه ضریب هدایت الكتریكی آن با افزایش دما بیشتر می شود و خاصیت مغناطیسی روتیل بسیار ناچیز است.
ناآمیختگی در روتیل نادر است. با این وجود صفحات جهت یافته ایلمنیت و هماتیت به صورت ناآمیخته در روتیل یافت شده است.
روتیل را در میكروسكوپهای نور عبوری و در میكروسكوپ نور انعكاسی می توان مطالعه نمود. در مطالعه با میكروسكوپ نور انعكاسی، خاصیت صیقل پذیری روتیل نسبتاً خوب است. در مقاطع صیقلی، روتیل قدرت انعكاسی ضعیفی با رنگ سبز روشن دارد. پلئوكروئیسم روتیل فقط در حاشیه دانه ها قابل مشاهده است. در نور پلاریزه، روتیل آنیزوتروپ بوده و ماكل آن كاملاً مشخص است. انعكاسات داخلی آشكار با رنگهای قهوه ای، زرد روشن، قهوه ای قرمز، بنفش، سبز دارد و در صورت وجود عناصر آهن، نیوبیم،‌ تانتالیم و كرم رنگها درخشانتر می‌گردند.
در مطالعه با میكروسكوپ نور عبوری رنگ روتیل قهوه ای قرمز، قهوه ای پریده و گاهی اوقات تقریباً تیره است پلئوكروئیسم آن معمولاً قوی است و ضریب انكساری بالاتر از چسبهای مورد استفاده دارد. روتیل ساخت منطقه ای نیز از خود نشان می دهد. رنگهای تداخلی آن سریهای فوقانی جدول نیوتنی میشل لوی قرار دارد و معمولاً توسط رنگ كانیهای دیگر پوشیده می شود. روتیل از نظر نوری تك محوری مثبت است و از این خاصیت آن برای تشخیص آن از هماتیت و آناتاز استفاده می شود.
كارت مشخصات كانی روتیل در مطالعات پراش اشعه ایكس تهیه شده توسط اداره استاندارد امریكا در شكل1-4 نشان داده شده است .
از دگرسانی ایلمنیت در بعضی فرایندهای گرمابی، دانه های بسیار ریز و هم رشد روتیل و هماتیت در كنار هم تشكیل می شود. در بخشی از لوكوكسن موجود در دیابازها كه از دگرسانی ایلمنیت به وجود آمده،‌ روتیل به تنهایی یا همراه اسفن و آناتاز مشاهده می شود. همچنین روتیل در جریان فرایندهای مشابهی بر اثر هوازدگی كانیهای تیتانیم دار شكل می گیرد. برای مثال می توان فرایند پیریتی شدن سنگهای حاوی كانه های آهن تیتانیم دار را نام برد. در نتیجه عمل محلولهای كانه ساز، آهن موجود تبدیل به پیریت می شود و تیتانیم باقیمانده روتیل را تشكیل می دهد. همچنین از دگرسانی میكاهای تیتانیم دار در سنگهای رسوبی، روتیل حاصل می شود. در سنگهای آذرین روتیل عمدتاً در فازهای پنوماتولیتی و گاهی اوقات در مراحل اولیه ماگمایی تشكیل می شود. روتیل در رگه های گرمابی نادر و كمیاب است ولی از دگرسانی ایلمنیت در سنگهای دیواره به فراوانی مشاهده شده است. در سنگهای دگرگونی در فازهای اپی زون  مزوزون بر اثر تبدیل كانیهای دیگر تیتانیم روتیل تشكیل می شود.

شكل 1-4 : كارت مشخصات پراش اشعه ایكس كانی روتیل تهیه شده توسط اداره استاندارد امریكا
مهمترین موارد استفاده روتیل در واحدهای تهیه فلز تیتانیم و رنگدانه دی اكسید تیتانیم است. همچنین روتیل مصنوعی به عنوان مات كننده در لعابهای سرامیك و شیشه سبز رنگ به كار می رود. در روكشهای الكترودهای جوشكاری به منظور تثبیت قوس و آزاد سازی فلز از سرباره، روتیل را مورد استفاده قرار می دهند.
كانسارهای مهم روتیل در جهان، در استرالیای غربی و ایالت كارولینای شمالی ایالات متحده امریكا قرار دارند.
1-4-    آناتاز
آناتاز یكی دیگر از چند شكلیهای TiO2 ، دارای سیستم تبلور مشابه روتیل – تتراگونال – با ابعاد متفاوت با شبكه روتیل است. مقادیر كمی از عنصر آهن می تواند جایگزین تیتانیم شود. جایگزینی نیوبیم و تانتالیم به جای تیتانیم نیز گزارش شده است.
آناتاز در نمونه های دستی، رنگ قرمز مایل به زرد یا قهوه ای قرمز دارد. گاهی اوقات به رنگهای سبز، آبی، خاكستری و حتی بی رنگ دیده شده است. رنگ غبار آن بی رنگ یا زرد كمرنگ است و جلای نیمه فلزی دارد. سختی آن در مقیاس موس 5/5 تا 6، وزن مخصوص آن 9/3 است. شكل بلوری آن به صورت بلورهای دو هرمی است. دانه های بی شكل آن نیز به فراوانی یافت شده است. در شكل 1-5، تك بلور آناتاز دیده می شود. معمولاً دو كلیواژ كامل دارد و نمونه ماكل دار آن یافت نشده است.
در مطالعات میكروسكوپی با نور عبوری، آناتاز ضریب انكسار نسبتاً بالایی دارد و به صورت دانه های برجسته قهوه ای رنگ، قرمز قهوه ای، سبز یا آبی دیده می شود. رنگهای تداخلی آن از سری های فوقانی جدول میشل لوی است كه توسط رنگهای دیگر پوشیده می شود. آناتاز از نظر نوری كانی تك محوری منفی است.

شكل 1-5 : شكل بلورین آناتاز
در مطالعه با میكروسكوپ نور انعكاسی، آناتاز قابلیت صیقل پذیری خوبی را داراست، در نور پلاریزه آنیزوتروپ یا ایزوتروپ ظاهر می شود و انعكاسهای داخلی با رنگهای سفید تا آبی خاكستری دارد.
برای مطالعه با پراش اشعه ایكس،‌ استاندارد امریكا كارت استاندارد مشخصات كانی آناتاز را مطابق شكل 1-6 تهیه نموده است.

شكل 1-6 : كارت استاندارد مشخصات آتاناز برای مطالعه پراش اشعه ایكس
معمولاً در سنگهای دیواره دگرسان شده، آناتاز به صورت ذرات ریز كه ممكن است با روتیل و اسفالریت اشتباه شود یافت می شود. همچنین ممكن است به صورت ذرات بسیار ریز هرمی شكل دیده شود. آناتاز اغلب جانشین ایلمنیت می شود و در این جانشینی شكلهای بی قاعده و متعددی به خود می گیرد. در موارد نادری بلورهای صفحه ای و نسبتاً درشتی از آناتاز به داخل ایلمنیت اولیه نفوذ می كند. آناتاز در سنگهای هوازده، دگرگونی فاز اپی زون، در برخی رگه های اپی ترمال و در دیواره های دگرسان شده توسط فرایندهای گرمابی تحت شرایط ویژه ای، به جای روتیل از ایلمنیت حاصل می شود. همچنین در برخی فرایندهای دیگری كه هنوز مورد تأیید قرار نگرفته است،‌ گزارش شده است.
در مجموع آناتاز در دمای كمتر از روتیل تشكیل می شود.
تحقیقات جدید بر روی آناتاز به عنوان ماده اولیه فرایندهای تهیه دی اكسید تیتانیم و فلز تیتانیم دورنمای خود را از این ماده معدنی نشان می دهد. مهمترین مورد مصرف آن در سرامیكها و تهیه رنگدانه سفید است.
مهمترین كانسار آناتاز در سنگهای فسفاته میناجره برزیل است.
1-5-    بروكیت
چند شكلی دیگر TiO2 ، بروكیت است. بروكیت در سیستم اورتو رومبیك متبلور می شود. معمولاً محصول دگرسانی دیگر كانیهای تیتانیم است ولی منابع مهمی از آن كه ارزش تجاری داشته باشند. شناخته نشده اند. وزن مخصوص آن 4 است و سختی 5/5 تا 6 دارد. بروكیت در دمای معمولی اطاق به صورت نیمه پایدار بوده و فقط به صورت درصدی از تركیب آناتاز می تواند وجود داشته باشد.
اشكال سه گانه چند شكلی دی اكسید تیتانیم، روتیل و آناتاز و بروكیت، به طور مصنوعی نیز تهیه شده است ولی فقط روتیل در بلورهای نسبتاً درشتی پایدار مانده است. دی اكسید تیتانیم حاصل از فرایندهای شیمیایی كه از تركیب تیتاناتهای قلیایی با هیدروكسیدهای قلیایی در دمای 600-200 درجه سانتیگراد به دست می آید، ابتدا بی شكل است  از حرارت دادن این دی اكسید تیتانیم بی شكل كانیهای مذكور به قرار زیر تشكیل می شود:
روتیل         C0 1040     بروكیت                    C0 800      آناتاز
كانیهای ایلمنیت و روتیل و آناتاز و بروكیت را می توان در فازهای یك سیستم سه گانه Fe2O3 ، TiO2 ، FeO  نشان داد. در شكل 1-7 مهمترین سریهای محلول جامد در این سیستم مشخص است.
شكل 1-7: فازها دی سیستم سه گانه FeO-Fe2O3-TiO2
مهمترین سریهای محلول جامد، منیتیت – الوواسپینل ، ایلمنیت – هماتیت، FeTi2O5 – شبه بروكیت در این شكل نمایش داده شده.
1-6-    اسفن
اسفن یا تیتانیت با فرمول شیمیایی CaTiO (SiO4)  از سیلیكاتهای حاوی تیتانیم است. در تركیب آن 6/28 درصد اكسید كلسیم، 8/40 درصد دی اكسید تیتانیم، 6/30 درصد سیلیس و گاهی اوقات ناخالصیهای آهن، آلومینیم، منگنز، منیزیم، زیركونیم وجود دارد. از لحاظ شیمیایی تمركز دهنده عناصر كمیاب تانتالیم، نیوبیم، مولیبدنیم است.
اسفن در سیستم منوكلینیك متبلور می شود. بلورهای اسفن در شكل 1-8 دیده می شوند. دارای یك رخ كامل و یك رخ آشكار است. دارای رنگهای قهوه ای، سبز، زرد و سیاه است و جلای ابریشمی دارد.
شكل 1-8 : بلورهای اسفن
اسفن در بلورهای كوچك به عنوان كانی فرعی در گرانیتها، گرانودیوریت، دیوریتها، سینیتها، نفلین سینیتها یافت می شود و بلورهای نسبتاً‌ بزرگ اسفن در گنیسها، كلریت شیستها، آهكها پیدا می شود.
مهمترین كانسار اسفن در شبه جزیره كولا سولا شوروی در سنگهای نفلین سینیت یافت شده است.
اسفن در این كانسار، منبعی برای تیتانیم است ولی از بلورهای شفاف اسفن به عنوان جواهر نیز استفاده می شود.
1-7-    پرووسكیت
پرووسكیت با فرمول شیمیایی CaTiO3  معمولاً دارای ناخالصیهایی از عناصر سدیم، كلسیم، نیوبیم و سلنیم است. در این صورت كانی به ترتیب كنوپیت، یوهلیگیت، لوپاریت، دیسانالیت نامیده می شود.
پرووسكیت در سیستم منوكلینیك یا اورتورمبیك متبلور می شود. بلوری از پرووسكیت در شكل 1-9 دیده می‌شود.
شكل 1-9 : بلور پرووسكیت
سختی پرووسكیت 5/5 و وزن مخصوص آن 98/3 تا 26/4 است. رنگ آن قهوه ای، زرد یا ندرتاً بی رنگ است. رنگ غبار آن سفید یا خاكستری است. دارای جلای فلزی است. این كانی اكثراً به شكل بلورهای منفرد دیده می شود.
در مقاطع نازك پرووسكیت، با رنگهای تداخلی سریهای تحتانی، با برجستگی بسیار شدید ظاهر می شود. در نور پلاریزه معمولاً ایزوتروپ است.
در مقاطع صیقلی، قابلیت صیقل پذیری خوبی دارد. قدرت انعكاس آن 17 درصد است و رنگی خاكستری دارد. در نور پلاریزه ایزوتروپ دیده می شود.
كانی پرووسكیت در تعداد كمی از كانسارها كشف شده است. برای تشكیل پرووسكیت وجود آهك فراوان و سیلیكات كم الزامی است. پرووسكیت معمولاً در سنگهای آذرین فوق بازیك تا بازیك مانند سینیت، پیروكسنیت و پریدوتیت یافت می شود. همچنین در كربناتیتها و سنگهای آهكی دگرگون شده، دیده شده است.
مهمترین كانسارهای پرووسكیت در شوروی، برزیل و سوئد قرار دارند.
در جدول 1-4، نام و تركیب دیگر كانیهای حاوی تیتانیم دیده می شود.
جدول 1-4 : تركیب كانیهای حاوی عنصر تیتانیم
2-1- كلیات
تیتانیم از لحاظ فراوانی نهمین عنصر در پوسته كره زمین است. معهذا تعداد كانسارهای تیتانیم با عیار اقتصادی اندك است. میانگین درصد وزنی تیتانیم در سنگهای تشكیل دهنده لیتوسفرو در كل لیتوسفر قاره ای در جدول 2-1 آمده است.
جدول 2-1: میانگین درصد وزنی تیتانیم در سنگهای تشكیل دهنده لیتوسفر
با توجه به جدول بالا بیشترین احتمال وجود تیتانیم، در سنگهای بازی تا سنگهای حد واسط است.

فهرست منابع
1-    آبراموف و دیگران (1984) : ً پلاسرهای تیتانیم در رسوبات دوونین و كربنیفر تحتانی با سن زغال البرز ً، شركت ملی فولاد ایران.
2-    آرزم،‌ فرزاد و دیگران (1365) : ً اكتشافات ژئوشیمیایی زیركونیم و تیتانیم در ناحیه ساغند – زریگان ً، سازمان زمین شناسی كشور .
3-    آرزم، فرزاد (1366) : ً اكتشافات تیتانیم ناحیه ساغند – زریگان ً ، هفتمین گردهمایی علوم زمین در سازمان زمین شناسی كشور.
4-    برادی، جرج و هنری كلوزر (1366) : ً فرهنگ مواد ً ، ترجمه فرهنگ پرویز، انتشارات جامعه ریخته گران ایران.
5-    تعویذی ، فرزاد (1366) : ً تیتانیم در اقتصاد و صنایع جهان ً، دفتر آموزش معاونت طرح و برنامه
6-    حسنی پاك، علی اصغر (1362) : ً‌اصول اكتشافات ژئوشیمیایی ً، چاپ اول، مركز نشر دانشگاهی
7-    دی اكسید تیتان، مركز تهیه و توزیع مواد شیمیایی وزارت بازرگانی، خرداد 1368.
8-     عرفانی، حسین (1365) : ً زمین شناسی اقتصادی‌ ً ، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ دوم .
9-    علی نیا ،‌ فیروز (1365) : ً كانی شناسی و بلور شناسی ً ، جزوه درسی دانشكده معدن دانشگاه امیركبیر.
10-    كوثری، سلیمان و منصور زكی خانی ، (1363) : ً شناسایی منابع تیتانیم در دشت ساحلی گیلان ً ، سازمان زمین شناسی كشور .
11-    كوثری ، سلیمان (1366) : ً كاربرد كانیها و مواد معدنی در صنایع – تیتانیم ً ، رشد آموزش زمین شناسی، سال سوم.
12-    طرح اکتشاف ایلمنیت کهنوج، سازمان زمین شناسی.
13-    دانشمند ، تیتان فلز گرانبها.