チタン鉄鉱：詳細・その他
概要
チタン鉄鉱（Ilmenite）は、化学式 FeTiO3 で表される酸化鉱物であり、鉄とチタンの複合酸化物です。その名称は、発見された地名であるインドのトラヴァンコール地方のイルメニ山（Ilmen Mountains）に由来しています。チタン鉄鉱は、地球上で最も豊富に存在するチタン鉱物の一つであり、工業的に非常に重要な資源となっています。その結晶構造は、ルチル型構造とは異なり、複雑な層状構造を持っています。純粋なチタン鉄鉱は稀であり、しばしばマグネシウム（Mg）やマンガン（Mn）などの置換元素を含み、それらは固溶体を形成することがあります。例えば、パイロフェン（Pyrophanite, MnTiO3）やジョゼファイト（Geikielite, MgTiO3）などが挙げられます。
物理的・化学的性質
色と光沢
チタン鉄鉱の結晶は、通常、黒色から黒褐色の色を呈します。金属光沢または半金属光沢を持つことが多く、光の当たり具合によって鈍い輝きを放ちます。
条痕
条痕（結晶を素焼きの板にこすりつけたときにつく粉末の色）は、通常、黒色または褐色の粉末となります。
硬度
モース硬度は5.0～6.0程度であり、比較的硬い鉱物ですが、水晶（モース硬度7.0）よりは柔らかいです。ナイフなどで傷つけることは難しいですが、破断面は貝殻状を示すこともあります。
比重
比重は4.7～4.8程度で、鉄やチタンを多く含むことから、同程度の大きさの鉱物と比較して重い部類に入ります。
劈開と断口
劈開（結晶が特定の方向に割れやすい性質）は不明瞭であり、顕著な劈開面は観察されにくいです。断口は、貝殻状を示すことがあります。
磁性
チタン鉄鉱は、純粋な状態では弱い磁性を示しますが、鉄の量や温度によって磁性が変化します。一般的には、加熱によって磁性が強くなる傾向があります。
化学的性質
チタン鉄鉱は、酸に対しては比較的安定していますが、強酸、特に熱濃硫酸によって分解され、チタンと鉄の塩を生成します。この性質が、チタンや酸化チタンの抽出に利用されます。
産状と鉱床
チタン鉄鉱は、さまざまな地質環境で産出します。主な産状としては、以下のものが挙げられます。
火成岩
カンラン石玄武岩、玄武岩、閃長岩、ペリドタイトなどの塩基性および超塩基性火成岩中に、斑晶として、あるいは岩石の主成分として産出します。特に、マグマの固結過程で、鉄やチタンが濃集する際に形成されやすいです。これらの岩石は、しばしば大規模な鉱床を形成します。
ペグマタイト
ペグマタイト鉱脈中にも産出することがあり、比較的大きな結晶として見られることがあります。
変成岩
角閃岩相やグラニュライト相といった高温高圧下での変成作用を受けた岩石中にも産出することがあります。この場合、既存の岩石中の成分が再編成されてチタン鉄鉱が生成されます。
堆積鉱床（砂鉱床）
火成岩や変成岩が風化・侵食され、河川や海洋によって運搬・堆積した砂鉱床（浜砂鉱床）にも、重鉱物として集積します。これらの砂鉱床は、砂浜や河口付近などで見られ、比較的容易に採掘できるため、重要なチタン資源となります。イルメナイトは、ジルコン、ルチル、モナザイトなどの他の重鉱物と共に産出することが多いです。
世界的に見ると、チタン鉄鉱の主要な産地としては、オーストラリア、ノルウェー、カナダ、中国、インド、南アフリカなどが挙げられます。これらの地域では、大規模な砂鉱床や火成岩型鉱床が開発されています。
利用
チタン鉄鉱は、その含有するチタンと鉄の価値から、多岐にわたる用途で利用されています。
酸化チタン（TiO2）の原料
チタン鉄鉱の最も重要な用途は、白色顔料として広く利用される酸化チタン（TiO2）の製造原料となることです。酸化チタンは、その高い白色度、隠蔽力、耐候性、紫外線遮断性から、塗料、プラスチック、紙、化粧品、食品添加物など、あらゆる分野で不可欠な素材となっています。チタン鉄鉱から酸化チタンを製造するには、硫酸法や塩素法といった化学的なプロセスが用いられます。
金属チタンの原料
チタン鉄鉱は、金属チタンの主要な原料としても利用されます。金属チタンは、軽量でありながら高い強度、耐食性、耐熱性を有することから、航空宇宙産業（航空機部品、ロケット）、医療分野（人工骨、インプラント）、化学プラント、スポーツ用品、宝飾品など、高度な性能が要求される分野で不可欠な金属となっています。金属チタンの製造には、クルル法（塩化物法）が一般的であり、チタン鉄鉱からまず四塩化チタン（TiCl4）を製造し、それを金属ナトリウムやマグネシウムで還元することで得られます。
鉄の原料
チタン鉄鉱は、鉄も含有しているため、一部の製鉄プロセスで鉄源としても利用されることがあります。ただし、チタンやその他の不純物を含むため、純粋な鉄鉱石とは異なり、特殊な製鉄プロセスや合金の製造に用いられることが多いです。
その他
チタン鉄鉱は、その磁性を利用して、磁気探査や磁選による選鉱の標的となることもあります。また、研究用途や宝石としても、一部稀に利用されることがあります。
関連鉱物・変種
チタン鉄鉱は、単独で産出することも多いですが、しばしば他の鉱物と共生したり、置換元素によって組成が変化したりします。代表的なものとして以下が挙げられます。
- ルチル（Rutile, TiO2）：チタンのもう一つの主要な鉱物であり、チタン鉄鉱とは異なる結晶構造（ルチル型）を持っています。
- ヘマタイト（Hematite, Fe2O3）：鉄の酸化鉱物であり、チタン鉄鉱と共生することがあります。
- マグネタイト（Magnetite, Fe3O4）：鉄の酸化鉱物で、磁性が強いのが特徴です。
- パイロフェン（Pyrophanite, MnTiO3）：チタン鉄鉱のマンガンアナログで、MnがFeを置換したものです。
- ジョゼファイト（Geikielite, MgTiO3）：チタン鉄鉱のマグネシウムアナログで、MgがFeを置換したものです。
これらの関連鉱物は、チタン鉄鉱鉱床の形成過程や特徴を理解する上で重要です。
まとめ
チタン鉄鉱は、その黒い外観と金属光沢を持つ、鉄とチタンの複合酸化物です。地球上に豊富に存在し、火成岩、変成岩、そして特に砂鉱床として見られます。その最も重要な役割は、白色顔料である酸化チタンや、軽量で高強度な金属チタンの原料となることです。これらの物質は、現代社会の様々な産業において不可欠な素材となっており、チタン鉄鉱はまさに現代文明を支える鉱物の一つと言えます。その物理的・化学的性質、産状、そして広範な用途は、この鉱物の重要性を物語っています。
