Titaanertsen en de commerciële mijnbouw van titaan
Titaan is het negende meest voorkomende element op de planeet. Het wordt gevonden in zowel oxide- als silicaatmineralen. De aardkorst bestaat voor 90% uit silicaat, waarbij titaan aanwezig is in
concentraties tussen 0 en 1%. In zulke lage concentraties is het niet economisch om te winnen. Titaanoxiden daarentegen hebben concentraties tussen 15 en >95%. De oxiden met een concentratie van meer dan 25% zijn de beste bronnen voor productie. Van de titaniumoxiden hebben rutiel (Ti02) en ilmeniet (FeTiO3) de hoogste concentraties en zijn de belangrijkste commerciële titaniumoxiden ter wereld.
Titanium kan worden gewonnen uit intrusief kristallijn gesteente, verweerd gesteente en ongeconsolideerd sediment. De helft van al het gewonnen titanium is afkomstig uit ongeconsolideerde sedimenten, bekend als “shoreline placer deposits”. Placers zijn alluviale afzettingen die door rivieren worden gevormd wanneer zij de zee bereiken. Gesuspendeerde sedimenten hebben verschillende dichtheden die bekend staan als soortelijk gewicht. Een rivier zet verschillende sedimenten af naarmate zijn snelheid varieert, waardoor afzonderlijke sedimentlagen worden gevormd. De ertsen van titaan, ilmeniet en rutiel, worden beide wereldwijd gevonden in placers.
Hoe worden rutiel en ilmeniet gevormd?
Rutiel is van oudsher de belangrijkste grondstof voor de fabricage van titaniummetaal. De naam komt van het Latijnse rutilus dat rood betekent. Zijn dieprode kleur wordt veroorzaakt door ijzeronzuiverheden in zijn rooster. Rutiel wordt onder hoge druk en temperatuur gevormd als hulpmineraal in metamorfe gesteenten zoals eclogiet. Het is niet economisch om rutiel uit primair gesteente te delven, dus wordt het gewonnen uit verweerde afzettingen in mineraalzand.
Sierra Leone is ’s werelds grootste exporteur van rutiel met een van ’s werelds grootste natuurlijke afzettingen van rutiel. Belangrijke vindplaatsen zijn Gbangbama, Rotifunk, Sembehun en Kambia. Titaanertsen zijn na diamanten de grootste exportproduktie van Sierra Leone en spelen een belangrijke rol bij het herstel van het land na de burgeroorlog.
Het erts ilmeniet is veel overvloediger aanwezig dan rutiel. Het wordt gevormd in magmakamers in intrusieve gesteenten zoals nortiet, anothosiet en gabbro. Ilmeniet stolt bij een veel lagere temperatuur dan andere mineralen. Hierdoor zinkt het bij afkoeling naar de bodem van de kamer. Dit proces, dat bekend staat als “magmatische segregatie”, duurt honderden jaren en veroorzaakt de vorming van verschillende lagen mineralen. In tegenstelling tot rutiel, dat een bijkomend mineraal is, worden deze lagen ilmeniet beschouwd als primaire afzettingen.
Ilmeniet kan zowel uit gelaagde intrusieve afzettingen als uit afzettingen van zware mineralen worden gedolven. Het wordt vaak aangetroffen naast rutiel in afzettingen van zware mineralen. Ilmeniet wordt gebruikt om titaandioxide
pigment te maken of het kan worden verwerkt tot grondstof die kan worden gebruikt bij de fabricage van titanium. Dit is steeds gebruikelijker geworden naarmate levensvatbare rutielafzettingen steeds schaarser worden. Zuid-Afrika en Australië behoren tot ’s werelds grootste producenten van ilmeniet, die elk meer dan een miljoen ton per jaar winnen.
De winning van titaan uit intrusief gesteente is beperkt tot ilmeniet en zijn verweerde derivaat leucoxeen. De grootste bovengrondse ilmenietmijn is Tellnes in de Noorse gemeente Sokndal.
Mijnbouw van titaanhoudende rotsafzettingen
Mijnbouw van rotsafzettingen gebeurt ofwel in de vorm van natte baggerwerken of in de vorm van droge mijnbouw. De hoogte van de grondwaterspiegel waar de afzetting wordt gevonden, bepaalt welke methode vereist is.
Wet baggerwinning van titanium
In natte baggerwinning wordt een kunstmatig bassin gecreëerd door onder de grondwaterspiegel te graven. Sommige bedrijven vullen de mijnvijvers met waterpompen. Een aan een drijvende dredge bevestigd wiel wordt gebruikt om zware minerale sedimenten uit de grond te halen. Het sediment wordt dan geconcentreerd door het door een reeks schuine cilindrische trommelzeven te laten gaan, die draaien en het materiaal dat te klein is voor verwerking valt door de zeef
De deeltjes die het zover schoppen worden dan gesorteerd door een spiraalconcentrator, een trechter die de in water zwevende deeltjes sorteert op basis van hun grootte en dichtheid. Ze worden met water door de trechter gespoeld. De deeltjes met een hoge dichtheid blijven het dichtst bij de binnenkant van de dwarsdoorsnede van de spiraalvormige glijgoot, terwijl de deeltjes met een lagere dichtheid aan de buitenrand blijven. De gesorteerde sedimenten worden vervolgens verzameld in afzonderlijke containers, waarbij de ertsen met hoge dichtheid worden gescheiden van de silicaten met veel lagere dichtheid, die 98% van de uitgegraven sedimenten uitmaken.
Dry Mining of Ilmenite and Rutile
Dry mining wordt ondertussen uitgevoerd met conventionele grondverzetmachines, waaronder graafmachines, schrapers, laders en bulldozers. Net als bij het natte baggeren moeten de sedimenten van de droge mijnbouw ook worden geconcentreerd. Dit is hetzelfde als bij het bovengenoemde proces, maar gebeurt zonder water in de spiraalconcentrator.
Nadat de mineralen zijn geconcentreerd, worden ze door de voorbehandelingsinstallatie gevoerd waar ze worden gereinigd met wervelwassers en worden onderworpen aan extra zwaartekrachtconcentratie voordat ze een froth flotatie ondergaan die sulfiden of andere plaatselijke ongewenste sedimenten kan verwijderen.
De laatste stap is de droogwalserij, waar een combinatie van magnetische en elektrostatische scheiding wordt gebruikt om de kwaliteit van het erts te verbeteren. De titaanertsen ilmeniet en rutiel zijn geleidend vanwege hun ijzergehalte en kunnen gemakkelijk worden gescheiden van zirkoon en ongewenste silicaten. Na de droge molen is het erts klaar voor export.
