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從黑色礦石到現代科技：如何提煉鉭鐵礦中的鈦？
在現代科技中，鈦的使用範圍廣泛且不可或缺，從航空航天到醫療器械，甚至是食品包裝，鈦的價值日益增長。而在提煉鈦的過程中，鉭鐵礦（Ilmenite）的角色至關重要。這篇文章將探討鉭鐵礦的特性、處理過程及其在鈦來源中的重要性，並引發讀者對未來鈦資源開發的思考。
鉭鐵礦是一種鈦鐵氧化物礦物，化學式為 FeTiO3，是鈦的主要礦石來源。
鉭鐵礦的特性
鉭鐵礦呈黑色或鋼灰色，具有微弱的磁性，通常以塊狀形式存在。其結構屬於三方晶系，包含堅固的礦物質，摩氏硬度介於5.6到6之間。這種礦石不僅是一種重要的鈦氧化物來源，還因其含有少量的鉻、鎂和錳而使其具備多種工業用途。
鉭鐵礦的普遍應用包括顏料、塑料和化妝品等產品中，是製造二氧化鈦的主要來源。
鉭鐵礦的發現歷程
鉭鐵礦最早由威廉·格雷戈於1791年發現，當時他在康沃爾南部的溪流中找到了一種黑色沙礫，確認其成分中含有鈦。這種礦物後來在俄羅斯的伊爾門山脈被重新命名為鉭鐵礦，並且成為鈦資源的重要依據。
鉭鐵礦的礦物化學
鉭鐵礦的理想化學成分為 FeTiO3，然而其實際組成中常常會含有一定比例的鎂和錳，並可有6重量%的赤鐵礦（Fe2O3）替代。這使得鉭鐵礦的化學公式可以表達為 (Fe,Mg,Mn,Ti)O3。這種礦石在高溫下可以與赤鐵礦形成固溶體，但在較低溫度則會以共生形式存在。
鉭鐵礦的加工與消耗
鉭鐵礦通常經過精煉以生產二氧化鈦，這種產品廣泛應用於不同的工業領域，特別是作為顏料的用途。中國是全球最大的鈦二氧化鈦生產國，其人均消耗量相對於西方國家仍顯得較低，然而仍有不斷增長的需求。
通過各種工藝，鉭鐵礦可以轉化為合成的鈦礦，並用於生產高品質的鈦金屬。
鉭鐵礦的生產與世界分佈
鉭鐵礦的主要開採來源為重礦砂，這是透過風化過程集中而成的。值得注意的是，除了重礦砂來源外，鉭鐵礦也可從硬岩來源中獲得，如超基性和基性分層岩。全球主要的鉭鐵礦儲藏包括南非、印度、美國等，這些國家的生產能力逐年增長。
全球的鉭鐵礦礦山中，澳洲於2011年生產了約130萬噸的鉭鐵礦，是該領域的主要生產國。
專利活動與技術創新
隨著對高品質二氧化鈦及鈦金屬需求的增加，與鉭鐵礦相關的專利申請活動顯著增加。從2002至2022年，與鉭鐵礦生成二氧化鈦的專利家庭達459宗，顯示出各國在技術創新上的競爭。本領域的主要貢獻者包括中國、澳洲和美國的公司，顯示出這些國家在工業生產中的重要地位。
未來的展望
在未來幾年，隨著科技的持續進步以及對可持續資源開發的需求增加，鉭鐵礦的提煉工藝可能會出現新的突破。這將有效提升鈦的生產效率，並開啟更多利於環保的提煉方式。
鉭鐵礦的開採與利用仍是當前環境與科技研究的重要課題，未來的發展是否會改變我們在資源使用上的觀念？
