在众多矿石种类中，钛铁矿以其独特的化学组成与广泛的用途，占据着极为重要的地位。它不仅是提取钛元素的关键来源，在现代工业的众多领域，如冶金、化工、航空航天等，都发挥着不可或缺的作用。对钛铁矿深入探究，有助于更好地理解其在工业生产中的核心价值，以及其在推动现代科技进步方面的重要意义。

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钛铁矿的基本信息

化学组成

钛铁矿的化学式为 FeTiO₃，理论上其含 TiO₂量为52.66%，含铁量（以 FeO 计）为47.34%。但在实际情况中，其组成较为复杂，受形成环境等因素影响，含钛量一般在50-60%之间波动，含铁量则在40-50%，同时还含有约5％的其他杂质成分。例如，在一些风化程度较高的钛铁矿中，TiO₂品位会有所升高，并且风化越严重，三价铁与二价铁含量之比越大，多数情况下Fe₂O₃/FeO的值在 2.89-5.83范围。

物理性质

颜色上，钛铁矿通常呈现铁黑色或钢灰色；其条痕为钢灰色或黑色，若含有赤铁矿包体，则条痕会呈现褐色或带褐的红色 。从光泽来看，具有金属-半金属光泽，且不透明，无解理。硬度方面，莫氏硬度为5-6.5。比重在4-5之间，并且具有弱磁性。在偏光镜下观察，钛铁矿呈现深红色，不透明或微透明。

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钛铁矿的形成与分布

形成环境

钛铁矿的形成与多种地质作用密切相关。在火成岩中，它一般作为副矿物存在，常见于基性、超基性岩中，并且常常分散于磁铁矿中，以条片状形态与顽辉石、斜长石等共生。在伟晶型环境下，钛铁矿产于花岗伟晶岩中，与微斜长石、白云母、石英、磁铁矿等共生。此外，由于钛铁矿化学性质相对稳定，在经历风化、搬运等外力作用后，可形成冲积砂矿，此时会与磁铁矿、金红石、锆石、独居石等共生。

全球分布情况

在全球范围内，钛铁矿分布较为广泛。俄罗斯的伊尔门山是著名的产地之一，这里产出的钛铁矿具有一定规模。挪威的克拉格勒同样拥有丰富的钛铁矿资源。美国怀俄明州的铁山、加拿大魁北克的埃拉德湖等，也都是重要的钛铁矿产地。

中国的分布特点

我国钛铁矿资源丰富，主要供应基地分布在四川、河北、云南、海南、广东、广西、山西、山东、陕西、河南等地，其中四川的储量最为可观。例如，四川攀枝花铁矿是大型的钛铁矿产地，这里的钛铁矿呈显微粒状或片状，分布于磁铁矿颗粒之间或裂理中。

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钛铁矿的工业应用

金属钛的生产：在金属钛的生产流程中，钛铁矿是极为重要的起始原料。首先，通过冶炼手段将钛铁矿转化为纯的二氧化钛。目前主要有硫酸法和氯化法两种工艺。硫酸法能够处理较低品位的钛铁矿石，并且在生产过程中还能副产硫酸亚铁，成本相对较低。但该方法存在明显弊端，如对环境的污染较大，副产物处理难度高，且硫酸消耗量大 。氯化法虽然要求使用较高品位的矿石，成本也相对较高，不过其污染小，副产物少，并且氯能够循环使用。

得到纯二氧化钛后，使其与纯氯和焦炭在高温环境下反应，生成四氯化钛和一氧化碳。最后，利用金属钙、镁或者钠等活泼金属，将四氯化钛还原，从而得到海绵状的金属钛 。金属钛及钛合金凭借密度小、强度高、抗腐蚀、耐高温和可塑性好等一系列优良性能，在军事和空间技术工业中广泛应用，如喷气发动机、飞机机体和导弹火箭等关键部件的制造。

钛白粉的制备：钛白粉（二氧化钛）作为一种至关重要的化工原料，与现代生活紧密相连。钛铁矿是制备钛白粉的主要原料之一。钛白粉具有高遮盖力、白度好、耐候性强等优点，因此被大量用于制造高级白色油漆、涂料，能够使涂层具有良好的装饰性和耐久性。在人造丝生产中，钛白粉可作为减光剂，调整人造丝的光泽度。同时，它还被用作白色橡胶和高级纸张的填料，能够提升橡胶和纸张的品质。

其他应用领域：在化学工业领域，钛由于其优良的抗腐蚀性能，被大量用于合成纤维工业、石油化学工业、肥料工业和制碱工业等。用于制造反应塔、热交换器、阀门等多种设备和部件，能够有效延长设备使用寿命，保障生产过程的稳定性。

在医学领域，钛因其良好的生物相容性，成为首选的金属医用材料。例如，可用于制造人造关节、牙科植入物等，能够减少人体对植入物的排斥反应，提高患者的生活质量。在首饰业，除了贵金属铂、金以外，钛也因其独特的金属质感和相对稳定的化学性质，成为适合应用的金属材料，制作出的首饰具有时尚、耐用等特点。

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钛铁矿的开采与加工

  开采方式：

针对不同赋存状态的钛铁矿，采用的开采方式也有所不同。对于砂矿型钛铁矿，常采用重选、磁选联合的开采工艺。首先利用重选法，依据矿物密度差异，初步富集钛铁矿。例如通过跳汰机、摇床等设备，将密度较大的钛铁矿与密度较小的脉石矿物分离。之后再利用磁选法，借助钛铁矿的弱磁性，进一步提纯，提高钛铁矿精矿的品位。

对于原生矿型钛铁矿，如与磁铁矿等共生的钛铁矿，开采过程相对复杂。一般先采用破碎、磨矿等手段，将矿石粒度减小，使钛铁矿与其他矿物实现单体解离。然后综合运用磁选、浮选等多种选矿方法。磁选用于回收磁性较强的磁铁矿，同时富集部分钛铁矿；浮选则通过添加特定的浮选药剂，利用矿物表面物理化学性质的差异，进一步分离和提纯钛铁矿。

  加工流程：

开采出的钛铁矿原矿，需要经过一系列加工流程才能成为满足不同工业需求的产品。首先是选矿环节，通过重选、磁选、浮选等工艺，去除杂质，提高钛铁矿的品位，得到钛精矿。

接着是冶炼环节，如前文所述，根据不同的冶炼工艺（硫酸法或氯化法），将钛精矿转化为二氧化钛或者进一步制备成金属钛。在冶炼过程中，需要严格控制反应条件，如温度、压力、反应物比例等，以确保产品质量和生产效率。

对于制备钛白粉的工艺，在得到二氧化钛后，还需要进行后续处理，如表面处理等，以改善钛白粉的性能，满足不同应用领域对其白度、遮盖力、分散性等指标的要求。

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应用案例

原矿破碎、筛分至-40mm，经CTDG5000Gs干式预选，粗精矿破碎、磨矿至-40目，经CTB2600Gs+2000Gs一粗一精选铁，粗选尾矿和精选尾矿混合后经CTB3000Gs扫选铁；CTB3000Gs磁选铁尾矿经立环0.6T+0.8T一粗一扫选钛，粗选精矿和扫选精矿混合后经立环0.5T+0.4T+摇床精选钛。试验流程图见图1、试验结果见表1。

图1选矿试验流程

表1 全流程试验结果

由化验结果可知，原矿经破碎、干法磁选、磨矿、湿法磁选、重选等试验流程，分别得到产率10.98%、TFe 65.64%、TFe回收率56.22%的铁精矿产品和产率3.90%、TiO2 45.77%、TiO2回收率49.00%的钛精矿产品。