Titanerze und der kommerzielle Abbau von Titan
Titan ist das neunthäufigste Element auf der Erde. Es kommt sowohl in Oxid- als auch in Silikatmineralien vor. Die Erdkruste besteht zu 90 % aus Silikat, wobei Titan in Konzentrationen zwischen 0 und 1 % vorkommt. In solch geringen Konzentrationen ist es nicht wirtschaftlich zu gewinnen. Die Titanoxide haben inzwischen Konzentrationen zwischen 15 und >95%. Diejenigen mit über 25% sind die besten Quellen für die Produktion. Von den Titanoxiden weisen Rutil (Ti02) und Ilmenit (FeTiO3) die höchsten Konzentrationen auf und sind die wichtigsten kommerziellen Titanoxide der Welt.
Titan kann aus intrusivem kristallinem Gestein, verwittertem Gestein und unverfestigten Sedimenten gewonnen werden. Die Hälfte des geförderten Titans stammt aus unverfestigten Sedimenten, die als Seifenablagerungen an der Küste bekannt sind. Seifen sind alluviale Ablagerungen, die von Flüssen gebildet werden, wenn sie das Meer erreichen. Schwebstoffe haben unterschiedliche Dichten, die als spezifisches Gewicht bezeichnet werden. Ein Fluss lagert unterschiedliche Sedimente ab, wenn seine Geschwindigkeit schwankt, und bildet so verschiedene Sedimentschichten. Die Titanerze Ilmenit und Rutil werden beide weltweit in Seifen gefunden.
Wie entstehen Rutil und Ilmenit?
Rutil ist traditionell der wichtigste Rohstoff für die Herstellung von Titanmetall. Sein Name leitet sich vom lateinischen Wort rutilus für rot ab. Seine tiefrote Farbe wird durch Eisenverunreinigungen in seinem Gitter verursacht. Rutil bildet sich unter hohem Druck und hohen Temperaturen als akzessorisches Mineral in metamorphen Gesteinen wie Eklogit. Es ist nicht wirtschaftlich, Rutil aus Primärgestein abzubauen, daher wird es aus verwitterten Lagerstätten in Mineralsanden gewonnen.
Sierra Leone ist der weltweit größte Exporteur von Rutil und verfügt über eines der größten natürlichen Rutilvorkommen der Welt. Wichtige Standorte sind Gbangbama, Rotifunk, Sembehun und Kambia. Titanerze sind nach Diamanten das zweitgrößte Exportgut Sierra Leones und spielen eine wichtige Rolle bei der Erholung des Landes nach dem Bürgerkrieg.
Das Erz Ilmenit ist viel häufiger als Rutil. Es bildet sich in Magmakammern in Intrusivgesteinen wie Nortit, Anothosit und Gabbro. Ilmenit erstarrt bei einer viel niedrigeren Temperatur als andere Minerale. Dies führt dazu, dass es beim Abkühlen auf den Boden der Kammer sinkt. Dieser als „magmatische Entmischung“ bezeichnete Prozess dauert Hunderte von Jahren und bewirkt, dass sich unterschiedliche Mineralschichten bilden. Im Gegensatz zu Rutil, das ein akzessorisches Mineral ist, werden diese Schichten von Ilmenit als primäre Lagerstätten betrachtet.
Ilmenit kann sowohl in geschichteten intrusiven Lagerstätten als auch in Schwermineralvorkommen abgebaut werden. In Schwermineralvorkommen ist er häufig zusammen mit Rutil zu finden. Ilmenit wird zur Herstellung von Titandioxid
Pigment verwendet oder kann zu Rohmaterial verarbeitet werden, das für die Herstellung von Titan verwendet werden kann. Dies ist immer häufiger der Fall, da lebensfähige Rutilvorkommen immer knapper werden. Südafrika und Australien gehören zu den größten Ilmenitproduzenten der Welt und fördern jeweils über eine Million Tonnen pro Jahr.
Der Abbau von Titan aus Intrusivgestein beschränkt sich auf Ilmenit und sein verwittertes Derivat Leucoxen. Die größte Ilmenit-Tagebaumine ist Tellnes in der norwegischen Gemeinde Sokndal.
Bergbau von Titan-Placer-Lagerstätten
Der Abbau von Placer-Lagerstätten erfolgt entweder im Nassbaggerverfahren oder im Trockenabbau. Die Höhe des Grundwasserspiegels am Fundort der Lagerstätte bestimmt, welche Methode erforderlich ist.
Nassbaggerabbau von Titan
Beim Nassbaggerabbau wird ein künstlicher Teich angelegt, indem unter dem Grundwasserspiegel gegraben wird. In einigen Betrieben werden die Baggerseen mit Wasserpumpen gefüllt. Ein an einem Schwimmbagger befestigtes Schaufelsaugrad wird verwendet, um schwere mineralische Sedimente aus dem Boden zu entfernen. Das Sediment wird dann konzentriert, indem es durch eine Reihe geneigter zylindrischer Trommelsiebe geleitet wird, durch deren Rotation das Material, das zu klein für die Verarbeitung ist, durch die Siebe fällt.
Die Partikel, die es bis hierher geschafft haben, werden dann in einem Spiralkonzentrator sortiert. Sie werden mit Wasser die Rutsche hinuntergespült. Die Partikel mit hoher Dichte bleiben am dichtesten an der Innenseite des Querschnitts der Spiralrutsche, während sich die Partikel mit geringerer Dichte am äußeren Rand befinden. Die sortierten Sedimente werden dann in separaten Behältern gesammelt, wobei die Erze mit hoher Dichte von den Silikaten mit viel geringerer Dichte getrennt werden, die 98 % des ausgehobenen Sediments ausmachen.
Trockenabbau von Ilmenit und Rutil
Der Trockenabbau wird inzwischen mit herkömmlichen Erdbewegungsmaschinen wie Baggern, Schürfwagen, Ladern und Bulldozern durchgeführt. Wie bei der Nassbaggerung müssen auch die Sedimente aus dem Trockenabbau konzentriert werden, was dem oben beschriebenen Verfahren entspricht, aber ohne Wasser in einem Spiralkonzentrator erfolgt.
Nach der Aufkonzentrierung werden die Mineralien durch die Aufbereitungsanlage geleitet, wo sie mit Scheuerwäschern gereinigt und einer zusätzlichen Schwerkraftkonzentration unterzogen werden, bevor sie einer Schaumflotation unterzogen werden, mit der Sulfide oder andere lokale unerwünschte Ablagerungen entfernt werden können.
Der letzte Schritt ist die Trockenmühle, in der eine Kombination aus magnetischer und elektrostatischer Trennung eingesetzt wird, um die Qualität des Erzes zu verbessern. Die Titanerze Ilmenit und Rutil sind aufgrund ihres Eisengehalts leitfähig und können leicht von Zirkon und unerwünschten Silikaten getrennt werden. Nach der Trockenmühle ist das Erz bereit für den Export.
