Ilmeniitti eli rautatitaanioksidi (FeTiO3) on tärkein ja louhituin titaanimineraali, josta yli 90 prosenttia käytetään titaanidioksidipigmenttiteollisuudessa.Güther et al. 2005 Se on väriltään tummaa. Sen tärkein käyttö on valkoisen, inertin titaanidioksidipigmentin valmistaminen sulfaattimenetelmällä.Murphy & Frick 2006
Ilmeniitti nimettiin vuonna 1827 Etelä-Uralilla Venäjällä sijaitsevien Ilmenvuorten mukaan. Se on yleinen aksessorinen mineraali monissa metamorfisissa kivissä ja magmakivissä.Murphy & Frick 2006, s. 987
Ilmeniittiesiintymiä on gabrojen ja anortosiittien yhteydessä niin kutsuttujen vanadiini-titaani-rautamalmien muodossa. Lisäksi ilmeniittiä louhitaan upamalmien muodossa esimerkiksi merenrannoilta ja dyyneiltä. Tärkeimmät ilmeniittiesiintymät ovat Australiassa, Etelä-Afrikassa, Kanadassa ja Norjassa. Suomessa ilmeniittiä on louhittu Otanmäeltä Vuolijoelta, mutta kaivos suljettiin 1980-luvulla.Papunen, ym. 1986 Ilmeniittiä esiintyy myös Kuussa, ja onkin esitetty, että mahdollisten kuusiirtokuntien hapen tarve voitaisiin tyydyttää esimerkiksi ilmeniittiä pelkistämällä.
Maankuoresta noin prosentti on titaania, joten se ei ole erityisen harvinainen metalli, mutta vain titaanioksidimineraaleilla on kaupallista arvoa. Rikkaiden ja titaanipitoisuudeltaan korkeiden esiintymien harvinaistuessa on siirrytty yhä enemmän kemiallisiin ja metallurgisiin rikastustapoihin, joilla ilmeniitin titaanidioksidipitoisuutta voidaan nostaa. Titaanidioksidipitoisuudeltaan korkeat jalosteet muodostavat nykyisin suuren osan titaaniraaka-aineiden markkinoista.
Ilmeniitin ominaisuudet Fysikaalis-kemialliset ominaisuudet Ilmeniitin eli rautatitaanioksidin kemiallinen kaava on FeTiO3, joka merkitään usein myös FeO*TiO2. Yhdisteen painosta 36,8 prosenttia on rautaa, 31,6 prosenttia titaania ja 31,6 prosenttia happea, mutta käytännössä luonnon ilmeniitissä on aina muitakin alkuaineita. Rauta voi esiintyä ilmeniitissä kolmiarvoisessa muodossa (Fe2O3-muodossa) ja rautaa voivat korvata esimerkiksi kaksiarvoinen mangaani, magnesium tai kromi. Yleisesti puhutaan ilmeniitistä, jos se sisältää 35–65 prosenttia titaanidioksidia.Murphy & Frick 2006, s. 988 Ilmeniitti kuuluu ilmeniittiryhmän mineraaleihin, ja se muodostaa isomorfisen seossarjan () hematiitin kanssa yli 1 050 °C:ssa. Se muodostaa seossarjan myös geikieliitin (MgTiO3) kanssa.
Ilmeniitti voidaan esittää TiO2-Fe2O3-FeO-faasidiagrammissa, joskin epäpuhtauksien vuoksi sen tarkka alue on määrittelykysymys. Amerikkalaisen geologin Arthur Francis Buddingtonin vuonna 1996 kehittämän ja sittemmin vakiintuneen nimeämisohjeen mukaisesti ilmeniitin ja sen variaatioiden määrittely tehdään faasidiagrammissa seuraavastiMurphy & Frick 2006, s. 988: varsinaisessa ilmeniitissä on alle 6 % rautaoksidia kolmiarvoisessa muodossa (Fe2O3) 6–13 % rautaoksidia kolmiarvoisessa muodossa sisältävää ilmeniittiä kutsutaan ferri-ilmeniitiksi () ilmeno-alkuliite lisätään titaanioksidia yli 5 % mutta alle 50 % sisältävään magnetiittiin tai hematiittiin, esimerkiksi ilmenohematiitti () muuttuneeksi ilmeniitiksi () kutsutaan ilmeniittiä sisältäviä yhdisteitä, joiden kemiallinen koostumus on ilmeniitin ja pseudorutiilin (Fe2Ti3O9 tai Fe2O3*3TiO2) väliltä. Jos mineraalin titaanidioksidipitoisuus on yli 70 %, sitä kutsutaan leukokseeniksi.
Ilmeniitin kovuus Mohsin asteikolla on 5,5–6,0, ja puhtaan yhdisteen sulamispiste on 1 392 °C. Mineraali on epämagneettinen oksidi, vaikka se saattaa joskus vaikuttaa magneettiselta sen sisältämien levymäisten magnetiittisuotaumien takia. Néelin lämpötilan alapuolella ilmeniitin paramagneettisuus muuttuu antiferromagneettisuudeksi.Rumble 1976 Puhtaan ilmeniitin Néelin lämpötila on -218 °C.Nesse 2009
Ilmeniitin ominaistiheys on 4,60–4,72, ja väriltään se on raudanmusta. Ilmeniitin viiru on musta tai ruskehtava, ja sen kiilto on metallisesta himmeään. Mineraali on hauras ja rakoilee asemataso- ja pyramidisuunnassa.Hytönen 1999
Optiset ominaisuudet ja kiderakenne thumb|Ilmeniitin kiderakenne. Punaiset pallot ovat happiatomeita, siniset titaaniatomeita ja keltaiset rauta-atomeita. Ilmeniitti on kiderakenteeltaan trigoninen eli romboedrinen, opaakki mineraali, jossa esiintyy lamellikaksostusta. Mineraalin kiteet ovat paksuja levyjä, mutta se esiintyy myös massiivisena, lamellisena, tiiviinä ja hiekkamaisina rakeina. Ilmeniitissä ei ole lohkosuuntia, ja sen murros on simpukkamainen tai rosoinen.
Ilmeniitin alkeiskopin hilavakiot ovat pituudeltaan a=5,089 Å ja korkeudeltaan c=14,09 Å. Alkeiskopin koordinaatioluku on Z=6 eli kullakin atomilla on kuusi naapuria. Millerin indeksien mukaiset vastaavat luvut ovat a=10,18 Å, c=14,09 Å ja Z=24.
Hiotussa näytteessä ilmeniitti näyttää ruskehtavalta, hieman pinkiltä tai violetilta. Mineraalissa on selkeää kaksostusta ja se on pleokroinen. Kahdella nikolilla ilmeniitti on voimakkaasti anisotrooppinen, ja sen interferenssivärit vaihtelevat harmaasta ruskeanharmaaseen.
Esiintyminen Maankuoren painosta 0,86 prosenttia on titaania (tai TiO2-muodossa 1,4 %), joten se on melko yleinen alkuaine.Force, s. 3 Titaani onkin esimerkiksi noin 5–10 kertaa yleisempää maankuoressa kuin kloori tai rikki ja 60 kertaa yleisempää kuin kupari tai nikkeli. Titaanin ionisäde on samaa luokkaa yleisimpien metallien, kuten raudan ja alumiinin kanssa, joten monissa yleisissäkin kivissä on yli prosentin verran titaania. Kaupallisesti voidaan käyttää hyväksi kuitenkin vain kiviä, joissa titaani on oksidimineraalin muodossa. Kaikilla oksidimineraaleilla, joista yli neljännes on titaanidioksidia, voi olla kaupallista arvoa. Stoikiometrisesti ilmeniitissä on 52 prosenttisesti titaanidioksidia.Force 1991
Suurin osa titaanimineraalirikasteista louhitaan nuorista rannikoiden sedimenttiesiintymistä ja magmaattisista ilmeniittiesiintymistä. Kaupallisesti hyödynnettävät titaanimineraalivarat ovatkin pääasiassa syntyneet näiden kahden esiintymätyypin syntymätavoilla, jotka ovat luonteeltaan mekaanisia. Lisäksi syntyolosuhteiden pitää olla sellaiset, että lopputuotteena titaani pääosin esiintyisi oksidimineraalina eikä silikaattimineraalina. Magmakivissä vaaditaan tietyt fysikaalis-kemialliset olosuhteet, jotka suosivat oksidimuotoa, sedimenttikivissä tietynlaiset rapautuvat kivet ja rapautumisolosuhteet. Malmin titaanidioksidipitoisuus on yleensä suurempi sedimenttimalmeissa.Griebler, ym. 2006
Upamalmien ja V-Ti-Fe-malmien lisäksi titaania louhitaan myös jokiympäristöjen esiintymistä muun muassa Sierra Leonen Gbangbamassa ja voimakkaasti rapautuneista alkalisista pyrokseniiteistä esimerkiksi Brasilian Tapirassa. Tulevaisuudessa yhä tärkeämmiksi titaanin lähteiksi tulevat erilaiset rutiili- ja perovskiittiesiintymät ja detritaaliset malmiesiintymät.
Ilmeniittiä ei esiinny suurissa määrin metamorfogeenisissä malmeissa. Tällä hetkellä ilmeniittiä ei louhita metamorfisista kivistä, mutta eklogiittityypin rutiiliesiintymissä saattaa olla taloudellista potentiaalia. Niissä on noin 6 prosenttia rutiilia. Sedimenttiesiintymien titaanipitoinen aines on kuitenkin suurissa määrin rapautunut metamorfisista kivistä, eli metamorfiset kivet ovat toimineet rapautuneen aineksen isäntäkivinä. Titaani ei rikastu metamorfisissa prosesseissa, mutta titaanimineraalit saattavat esimerkiksi muuttaa muotoaan helpommin muista mineraaleista erotettaviksi. Näin on esimerkiksi Otanmäen malmissa, jossa ilmeniitti ja magnetiitti voidaan helposti erottaa toisistaan.
Todetut ilmeniitin ja rutiilin malmivarat titaanidioksidiksi muutettuna ovat arviolta 423–600 miljoonan tonnin suuruiset. Suurimmat ilmeniittiesiintymät ovat Etelä-Afrikassa, Intiassa, Yhdysvalloissa, Kanadassa, Norjassa, Australiassa, Ukrainassa, Venäjällä ja Kazakstanissa. Todennäköisesti löytymättömiä esiintymiä on runsaasti, esimerkiksi Bangladeshissa, Chilessä, Meksikossa ja Uudessa-Seelannissa.
Esiintymät sedimenttikivissä Sedimenttikivien esiintymät ovat syntyneet, kun merenranta huuhtomalla rikastaa köyhän esiintymän rikkaammaksi. Aines rikastuu jo kulkeutuessaan rannalle. Rannalla veden lisäksi myös eoliset olosuhteet voivat vaikuttaa osaltaan esiintymän rikastumiseen, kun tuuli kuljettaa kevyempiä klasteja pois. Rantakerrostumissa ilmeniitti ja rutiili esiintyvät usein yhdessä. Näistä esiintymistä louhitaan myös esimerkiksi zirkonia ja monatsiittia.
Ilmeniittiesiintymiä sedimenttikivissä ja hiekoissa kutsutaan upamalmeiksi eli raskasmineraalien jäännössedimenttien muodostamiksi malmeiksi. Ne syntyvät, kun ilmeniittiä sisältävät magmakivet ja metamorfiset kivet rapautuvat ja syntyy ilmeniittiä sisältävää hienoainesta. Detritaalinen materiaali kulkeutuu esimerkiksi veden mukana rannikoille ja suistoihin, joissa titaanipitoinen aines laskeutuu veden pohjalle. Virrat kuljettavat kevyempiä mineraaleja, kuten kvartsia pois, ja jäljelle jäävät raskaammat mineraalit rikastuvat. Raskaat ja pienet ilmeniittikiteet kertyvät jokien ja meren kohtaamispaikoille. Aallot ja tuulet rikastavat näitä esiintymiä edelleen rantaympäristössä. Tällaiset esiintymät ovat yleensä vain ohuita raitoja rannoilla, mutta mikäli ranta vetäytyy hitaasti, voi syntyä suuri yhtenäinen esiintymä.
Ilmeniitti on vaikeasti hajoava, raskas ja niukkaliukoinen mineraali, joten sen rikastuminen sedimentaation yhteydessä on pääosin mekaaninen painovoiman ja kuljetuksen aiheuttama lajitteleva prosessi. Merivesi aiheuttaa ilmeniitissä kuitenkin korroosiota, joka lisää titaanin suhdetta rautaan mineraalin kidehilassa. Jos korroosio kasvattaa titaanidioksidin pitoisuuden mineraalissa yli 65 prosenttiin, se muuttuu osittain rutiiliksi, anataasiksi tai näistä muodostuneeksi raemaiseksi leukokseeniksi.Griebler, ym. 2006
Lajittuminen tapahtuu raekoon ja tiheyden mukaan, ja esimerkiksi rantaolosuhteissa helpoiten kuljetukseen päätyy kevyt ja pieni rae. Jäljelle jäävät raskaat ja isot rakeet eli käytännössä suuret kevyehköjen mineraalien rakeet ja niitä pienemmät raskaiden mineraalien rakeet. Ilmeniittirae, joka on raekooltaan 0,21 mm, on hydrodynaamisessa tasapainossa 0,5 millimetrin kvartsirakeen kanssa.
Suurin osa merenrantojen esiintymistä on syntynyt kvartäärin aikana eli ne ovat 0–2 Ma vanhoja. Eoliset muodostumien dyynit ovat usein suuria, joskin ne ovat verrattain köyhiä.
Titaanidioksidin määrä rantahiekkojen ilmeniitissä vaihtelee rapautumisasteen mukaan. Intiassa ja Sri Lankassa esiintymien malmit sisältävät 50–70 % tai jopa 80 %, Australian niin sanotut mustat hiekat noin 54 %, Etelä-Afrikan hiekat 10–48 % ja Floridan Mineral Cityn rantahiekat 55 % titaanidioksidia.Papunen, ym. 1986, Güther, ym. 2005
Jokiympäristöjen mineraalihiekat eivät ole niin hyvin lajittuneita kuin rantaympäristöjen, joten niistä löytyy enemmän erilaisia raekokoja ja mineraaleja. Gbangbaman esiintymässä Sierra Leonessa louhitaan lähinnä rutiilia, mutta pienissä määrin myös ilmeniittiä. Myös Malesiassa on vastaava kaivos, mutta siellä päämineraalina on tina.
Hiekkaesiintymien ilmeniitti on homogeenisissa rakeissa, joiden koko vaihtelee tyypillisesti 75–250 µm välillä. Rakeet ovat melko pyöristyneiden ja hyvin pyöristyneiden väliltä sekä hieman venyneen mallisia.
Ilmeniittikaivokset sedimenttiesiintymissä thumb|Tummia raskasmineraaliraitoja kvartsihiekassa Chennaissa, Tamil Nadussa Intiassa. Kvartäärisiä sedimenttiesiintymiä hyväksikäyttäviä kaivoksia sijaitsee esimerkiksi Australian itä- ja länsirannikolla, eteläisen Afrikan itärannikolla Richards Bayn ympäristössä ja Mosambikin rantatasangoilla, Intian ja Sri Lankan itä- ja länsirannikoilla sekä Floridassa ja Georgiassa Yhdysvalloissa.