Titanmalm och kommersiell utvinning av titan
Titan är det nionde vanligaste grundämnet på jorden. Det finns i både oxid- och silikatmineraler. Jordskorpan består till 90 % av silikat och titan förekommer i
koncentrationer på mellan 0 och 1 %. I så låga koncentrationer är det inte ekonomiskt lönsamt att utvinna det. Titans oxider har under tiden koncentrationer på mellan 15 och >95%. De med över 25 % är de bästa källorna för produktion. Av titanoxiderna har rutil (Ti02) och ilmenit (FeTiO3) de högsta koncentrationerna och är världens främsta kommersiella titanoxider.
Titan kan utvinnas ur intrusiva kristallina bergarter, vittrade bergarter och okonsoliderade sediment. Hälften av allt titan som utvinns kommer från okonsoliderade sediment, så kallade placeravlagringar vid kusten. Placer är alluviala avlagringar som bildas av floder när de når havet. Suspenderade sediment har olika densitet som kallas specifik vikt. En flod avsätter olika sediment när dess hastighet varierar och bildar separata lager av sediment. Titans malmer, ilmenit och rutil, finns båda i lager i hela världen.
Hur bildas rutil och ilmenit?
Rutil har traditionellt sett varit den primära råvaran vid tillverkningen av titanmetall. Dess namn kommer från latinets rutilus som betyder röd. Dess djupröda färg orsakas av järnföroreningar i dess gitter. Rutil bildas under högt tryck och höga temperaturer som ett tillbehörsmineral i metamorfa bergarter som eklogit. Det är inte ekonomiskt lönsamt att bryta rutil från urberget, så det utvinns från vittrade fyndigheter i mineralsand.
Sierra Leone är världens största exportör av rutil och har bland världens största naturliga rutilfyndigheter. Viktiga platser är bland annat Gbangbama, Rotifunk, Sembehun och Kambia. Titanmalm är Sierra Leones näst största exportvara efter diamanter och spelar en viktig roll i landets återhämtning efter inbördeskriget.
Malmeniten ilmenit är mycket rikligare än rutil. Den bildas i magmakammare i intrusiva bergarter som nortit, anothosit och gabbro. Ilmenit stelnar vid en mycket lägre temperatur än andra mineraler. Detta gör att den sjunker till botten av kammaren när den svalnar. Denna process som kallas ”magmatisk segregering” tar hundratals år och leder till att tydliga lager av mineraler bildas. Till skillnad från rutil som är ett tillbehörsmineral betraktas dessa lager av ilmenit som primära fyndigheter.
Ilmenit kan brytas från både skiktade intrusiva fyndigheter och fyndigheter av tunga mineraler. Den hittas ofta tillsammans med rutil i tunga mineralavlagringar. Ilmenit används för att göra titandioxid
pigment eller så kan den bearbetas till råmaterial som kan användas vid tillverkning av titan. Detta har blivit allt vanligare i takt med att lönsamma rutilfyndigheter blir alltmer sällsynta. Sydafrika och Australien är bland världens största producenter av ilmenit och utvinner vardera över en miljon ton per år.
Den gruvbrytning av titan från intrusiva bergarter är begränsad till ilmenit och dess vittrade derivat leucoxen. Den största dagbrytningen av ilmenit är Tellnes i den norska kommunen Sokndal.
Brytning av titanplaceringsfyndigheter
Brytning av placeringsfyndigheter sker antingen som våtmuddring eller torrbrytning. Höjden på grundvattennivån där fyndigheten finns dikterar vilken metod som krävs.
Vått muddringsbrytning av titan
I våt muddringsbrytning skapas en konstgjord damm genom att gräva under grundvattennivån. Vissa verksamheter fyller gruvdammar med vattenpumpar. Ett sugskopahjul som är fäst vid en flytande mudder används för att avlägsna tunga mineralsediment från marken. Sedimentet koncentreras sedan genom att passera genom en uppsättning lutande cylindriska trumpsilar, när dessa roterar faller det material som är för litet för bearbetning genom silarna.
De partiklar som klarar sig så här långt sorteras sedan av en spiralkoncentrator, en ränna sorterar partiklar som är suspenderade i vatten baserat på deras storlek och densitet. De spolas ner i rännan med vatten. Partiklarna med hög densitet stannar närmast insidan av spiralrännans tvärsnitt med de partiklar med lägre densitet i ytterkanten. De sorterade sedimenten samlas sedan upp i separata behållare de högtäta malmerna separeras från de silikater med mycket lägre densitet som utgör 98 av de uppgrävda sedimenten.
Torrbrytning av ilmenit och rutil
Torrbrytning utförs under tiden med konventionella jordförflyttningsmaskiner, inklusive grävmaskiner, skrapor, lastare och bulldozers. Liksom våtmuddring måste sedimenten från torrbrytning också koncentreras. Detta är samma process som ovan men sker utan vatten i spiralkoncentratorn.
När mineralerna har koncentrerats förs de genom en anläggning för beredning av matningen där de rengörs med attritionskrubber och utsätts för ytterligare gravitationskoncentrering innan de genomgår skumflotation som kan avlägsna sulfider eller andra lokala oönskade sediment.
Det sista steget är torrkvarnen, där en kombination av magnetisk och elektrostatisk separering används för att förbättra kvaliteten på malmen. Titanmalmerna ilmenit och rutil är ledande på grund av sitt järninnehåll och kan lätt separeras från zirkon och oönskade silikater. Efter torrkvarnen är malmen redo för export.
