Titaanimalmit ja titaanin kaupallinen louhinta
Titaani on yhdeksänneksi yleisin alkuaine maapallolla. Sitä esiintyy sekä oksidi- että silikaattimineraaleissa. Maankuori on 90-prosenttisesti silikaattia, jossa titaania esiintyy
pitoisuuksina 0-1 %. Näin pieninä pitoisuuksina sen louhinta ei ole taloudellisesti kannattavaa. Titaanin oksidien pitoisuudet vaihtelevat puolestaan 15 ja >95 prosentin välillä. Ne, joiden pitoisuus on yli 25 %, ovat parhaita lähteitä tuotantoon. Titaanin oksideista rutiililla (Ti02) ja ilmeniitillä (FeTiO3) on korkeimmat pitoisuudet, ja ne ovat maailman tärkeimmät kaupalliset titaanioksidit.
Titaania voidaan louhia intruusiokiteisistä kiteisistä kivilajeista, sään vaikutuksesta syntyneistä kivilajeista ja lujittumattomista sedimenteistä. Puolet kaikesta louhitusta titaanista on peräisin kiinteytymättömistä sedimenteistä, joita kutsutaan rantaan sijoittuviksi esiintymiksi. Rantakerrostumat ovat jokien muodostamia alluviaalisia kerrostumia, kun ne laskevat mereen. Suspendoituneilla sedimenteillä on erilaisia tiheyksiä, joita kutsutaan ominaispainoksi. Joki laskeuttaa erilaisia sedimenttejä nopeuden vaihdellessa, jolloin muodostuu erillisiä sedimenttikerroksia. Titaanin malmeja, ilmeniittiä ja rutiilia, tavataan kummatkin paikkalajeissa maailmanlaajuisesti.
Miten rutiili ja ilmeniitti muodostuvat?
Rutiili on perinteisesti ollut ensisijainen raaka-aine titaanimetallin valmistuksessa. Sen nimi tulee latinan rutilus-sanasta, joka tarkoittaa punaista. Sen syväpunainen väri johtuu rautapitoisista epäpuhtauksista sen hilassa. Rutiili muodostuu korkeissa paineissa ja lämpötiloissa lisämineraalina metamorfisissa kivissä, kuten eklogiitissa. Rutiilia ei ole taloudellisesti kannattavaa louhia primäärikivestä, joten sitä otetaan talteen mineraalihiekkojen muuttuneista esiintymistä.
Sierra Leone on maailman suurin rutiilin viejä, ja sillä on yksi maailman suurimmista rutiilin luonnonvaraisista esiintymistä. Tärkeitä esiintymiä ovat Gbangbama, Rotifunk, Sembehun ja Kambia. Titaanimalmit ovat Sierra Leonen toiseksi suurin vientituote timanttien jälkeen, ja niillä on tärkeä rooli maan elpymisessä sisällissodan jälkeen.
Titaanimalmia ilmeniittiä on paljon runsaammin kuin rutiilia. Se muodostuu magmakammioissa intruusiokivissä, kuten nortiitissa, anotiitissa ja gabroissa. Ilmeniitti jähmettyy paljon alhaisemmassa lämpötilassa kuin muut mineraalit. Tämän vuoksi se vajoaa kammion pohjalle jäähtyessään. Tämä ”magmaattiseksi segregaatioksi” kutsuttu prosessi kestää satoja vuosia ja saa aikaan erilaisten mineraalikerrosten muodostumisen. Toisin kuin rutiili, joka on liitännäismineraali, näitä ilmeniittikerroksia pidetään ensisijaisina esiintyminä.
Ilmeniittiä voidaan louhia sekä kerrostuneista intruusioesiintymistä että raskasmineraaliesiintymistä. Sitä esiintyy usein rutiilin rinnalla raskasmineraaliesiintymissä. Ilmeniitistä valmistetaan titaanidioksidia
pigmenttiä tai se voidaan jalostaa raaka-aineeksi, jota voidaan käyttää titaanin valmistuksessa. Tämä on yleistynyt, kun käyttökelpoiset rutiiliesiintymät ovat käyneet yhä harvinaisemmiksi. Etelä-Afrikka ja Australia kuuluvat maailman suurimpiin ilmeniitin tuottajiin, joista kumpikin louhii yli miljoona tonnia vuodessa.
Titaanin louhinta intruusiokivestä rajoittuu ilmeniittiin ja sen sään vaikutuksesta syntyneeseen johdannaiseen leukoksiittiin. Suurin ilmeniitin avolouhos on Tellnesin kaivos Norjan Sokndalin kunnassa.
Titaanin louhinta Placer-esiintymien louhinta
Placer-esiintymien louhinta tapahtuu joko märkäkaivuna tai kuivakaivuna. Pohjavedenpinnan korkeus, jossa esiintymä sijaitsee, määrää, kumpaa menetelmää tarvitaan.
Titaanin kaivaminen märkäkaivannoilla
Märkäkaivannoilla kaivettaessa luodaan keinotekoinen lampi kaivamalla pohjavedenpinnan alapuolelle. Joissakin toiminnoissa kaivosaltaat täytetään vesipumpuilla. Kelluvaan ruoppaajaan kiinnitettyä imukauhapyörää käytetään raskaiden mineraalien sedimentin poistamiseen maasta. Tämän jälkeen sedimentti konsentroidaan kuljettamalla se kallistettujen lieriömäisten trommeliseulojen läpi, joiden pyöriessä käsittelyyn liian pieni materiaali putoaa seulojen läpi.
Sen jälkeen näin pitkälle päässeet hiukkaset lajitellaan spiraalirikastimella, kourussa lajitellaan veteen suspendoituneet hiukkaset niiden koon ja tiheyden perusteella. Ne huuhtoutuvat kouruun vedellä. Suuritiheyksiset hiukkaset pysyvät lähimpänä kierteisen kourun poikkileikkauksen sisäpuolta ja pienitiheyksiset hiukkaset ulkoreunalla. Lajitellut sedimentit kerätään sitten erillisiin säiliöihin, ja tiheydeltään suuret malmit erotetaan paljon tiheydeltään pienemmistä silikaateista, jotka muodostavat 98 prosenttia kaivetusta sedimentistä.
Ilmeniitin ja rutiilin kuivakaivostoiminta
Kuivakaivostoiminta suoritetaan tavanomaisilla maansiirtolaitteilla, joihin kuuluu kaivinkoneita, kaapimia, kuormaajia ja puskutraktoreita. Kuten märkäruoppauksessa, myös kuivakaivostoiminnassa saadut sedimentit on rikastettava. Tämä on sama kuin edellä kuvattu prosessi, mutta se tehdään ilman vettä spiraalirikastimessa.
Kun mineraalit on rikastettu, ne viedään syötteen esikäsittelylaitoksen läpi, jossa ne puhdistetaan hankauspesureilla ja niille tehdään ylimääräinen painovoimainen rikastaminen ennen vaahdotusflotaatiota, jolla voidaan poistaa sulfidit tai muu paikallinen ei-toivottu sedimentti.
Viimeisenä vaiheena on kuivamylly, jossa käytetään magneettisen ja sähköstaattisen erottelun yhdistelmää malmin laadun parantamiseksi. Titaanin malmit ilmeniitti ja rutiili ovat rautapitoisuutensa vuoksi johtavia ja ne voidaan helposti erottaa zirkonista ja ei-toivotuista silikaateista. Kuivamyllyn jälkeen malmi on valmis vientiin.
