钛的特性

钛元素是一种非常坚固且密度低的金属。钛是一种非磁性银色金属，化学符号为Ti。它耐腐蚀，并且具有非常高的强度重量比。钛主要与金红石和钛铁矿矿物有关（表1 ）。钛主要用作白色颜料的二氧化钛。

矿物名称	化学式	比重	钛 %
金红石	二氧化钛2	4 . 25克/立方厘米	59 。 94
钛铁矿	铁+ 2二氧化钛3	4 . 79克/立方厘米	31 。 56
锐钛矿	二氧化钛2	3 . 88克/立方厘米	59 。 94
板辉石	二氧化钛2	4 . 12克/立方厘米	59 。 94
钙钛矿	钛酸钙2	4 . 03克/立方厘米	35 。 22
钛铁矿	钙钛硅5	3 . 55克/立方厘米	18 。 16

表1 ：含钛元素的矿物

钛的用途

尽管钛是在1791发现的，但直到20世纪它才在实验室外得到使用，当时科学家能够将其从宿主矿物中分离出来，这是一个困难且昂贵的过程。钛被认为是国内冶金应用中的“关键矿物”，用于航空航天、国防和能源技术（Fortier 等人， 2018 ）。二氧化钛的主要用途是用作颜料和钢铁工业中合金所用的钛金属。到了1950年代，钛开始应用于需要轻质高强度的军用航空设计的生产。由于钛金属耐高温且密度低，目前大部分（ 80 %）钛金属用于航空航天技术。其他应用包括化学加工、发电、颜料和船用五金。钛无毒且不与活组织发生反应，因此可安全用于需要植入物、针和人工关节的医疗程序。

钛地质学

钛元素在自然界中并不以基本形式存在，而是通常与氧或铁发生化学结合。钛氧化物与氧结合，可能存在于各种高温高压火成岩中的金红石和钛铁矿等矿物中。富含钛的矿物钛铁矿和金红石是许多变质岩、火成岩和沉积岩以及石英矿脉中的常见成分。金红石等含钛矿物具有抗风化能力，因此很可能从主岩中风化出来，积聚在溶蚀岩、土壤中，或在沉积环境中被搬运并积聚成重矿物砂。正长石（一种主要由钙质斜长石长石和微量铁镁铝硅酸盐矿物组成的辉长石）和尼尔森岩（一种主要由钛铁矿和磷灰石组成，金红石含量可变的磷灰石）是 Virginia 采购钛的两种主要岩石类型（Pegau，1956）。

矿物系统	存款类型	地质省
砂矿	钛铁矿/金红石/白钛矿	沿海平原
氧化铁磷灰石（IOA）/化学风化	残余浓度和岩浆 Ti-Fe-P（斜长岩、铁长岩）	皮埃蒙特、蓝岭
氧化铁磷灰石（IOA	岩浆 Ti-Fe-P（钠长岩脉）	山谷、山脊和山麓

表2 ：弗吉尼亚州的潜在钛矿物系统、矿床类型（Hofstra 和 Kreiner， 2020 ）和地质省

钛在工业中的应用

钛在地球上的含量相对丰富，但分布浓度通常较低。美国国防储备中没有钛的供应，91 ，依赖从日本、哈萨克斯坦、乌克兰、中国和俄罗斯进口，这些国家有大量的钛铁矿藏。在美国，内华达州和犹他州开采的钛量较少。Virginia是美国目前仅有的三个生产钛矿物的州之一。

在弗吉尼亚州，钛矿开采已在多个地方进行，原料为钛铁矿（FeTiO ₃ ）和金红石（TiO ₂ ）。从大约1900开始，采矿业不断增长，从1939到大约1944 ，弗吉尼亚州成为美国钛铁矿和金红石精矿的主要产地。到1950 ，弗吉尼亚州的金红石生产已经结束，但钛铁矿产量总计估计达到30千吨（Pegau， 1956 ）。

纳尔逊县和阿默斯特县

钛最早是在弗吉尼亚州1901开采的。该地点被称为 Roseland Piney River 地区，由斜长岩组成，从纳尔逊县南部向西南延伸至阿默斯特县，距离约为13英里（见下图）。在 Roseland Piney River 地区，钛铁矿以堤坝状侵入体的形式出现在 Roseland 斜长岩内部和边缘，其中含有浸染状金红石和钛铁矿。Ross ( 1941 ) 报告了钛铁矿在钛铁矿岩脉中交代的证据，而其他人则认为钛铁矿是通过岩浆分馏而同生的 (Watson 和 Tabor, 1913 ; Kolker, 1982 ) ，或是通过堆积成因和进入岩脉状体的动员而形成的 (Dymek 和0 wens, 2001 )。这些富含钛的岩石风化后形成了富含钛的腐泥土。历史上，金红石和钛铁矿的大部分产出都来自于罗斯兰-派尼河地区风化基岩源上形成的腐泥土。提取出的钛最初被用作陶瓷的着色剂。大约从1920开始，该地区的钛铁矿也被开采和加工，以提取钛，用作油漆颜料和钛钢合金。罗斯兰派尼河地区的钛矿开采于1971结束。

汉诺威县和古奇兰县

1910 ，在汉诺威县和古奇兰县的东部皮埃蒙特发现了金红石矿床（见上图中的 # 2 ）。在这里，厚厚的腐泥土覆盖着花岗黑云母片麻岩，而花岗黑云母片麻岩又被含金红石和钛铁矿的伟晶岩脉、闪长岩、辉绿岩和辉石岩切割（Watson， 1913 ）。金红石和钛铁矿已经从母岩中风化出来，可以在上覆的腐泥土中找到细砂和块状物（Watson， 1913 ）。

如今，汉诺威县的蒙彼利埃变长岩可开采出工业级长石。这种粗晶变质斜长岩体侵入了东皮埃蒙特古奇兰地体的元古代岩石。蒙彼利埃变长岩最初由 Metal and Thermit Corporation 从1957开始开采，以寻找含钛的金红石和钛铁矿。该资产于1993被美国硅石公司收购，自那时起，该公司就在里士满西北部的蒙彼利埃附近进行采矿和加工，生产长石和硅石产品。

罗阿诺克县

罗阿诺克县也小规模开采钛矿。早在1890 ，人们就首次在该地区发现了含有钛铁矿和磷灰石的岩石钛铁矿。尽管在里士满开采并加工了一些富含钛铁矿的矿石样品，并且有随后在该地区进行矿产勘探的记录，但该地点已被废弃，没有进行进一步的开采（Watson 和 Taber， 1913 ）。

丁威迪县和格林斯维尔县

在丁威迪县和格林斯维尔县东部，含钛的经济重矿砂以古砂矿的形式出现在现已暴露的古海岸线上。重矿物由于风和波浪的作用自然集中在上新世的海岸线海滩和沙丘沙中。这些矿床中的主要重矿物包括钛铁矿、金红石、锆石和白钛矿（蚀变含钛矿物的混合物）。1996年，Old Hickory 矿床开始开采和加工重矿砂。2008年，获准在格林斯维尔县以南约19英里处开采第二座矿山 (Brink)。在这两个地点，重矿砂都是用挖掘机开采的，然后根据重量和磁性进行加工，分离出每种重矿物（钛铁矿、白钛矿、金红石和锆石）。2017年，Iluka Resources Ltd. 暂停了运营，但继续持有这些地区的采矿租约。

截至2024 ，Atlantic Strategic Minerals 已重启位于弗吉尼亚州 Stony Creek 附近的 Millrun 矿场的采矿作业 (https://www.atlanticstrategicminerals.com/)。作为地球核磁共振成像计划的一部分，有关含有钛资源的重矿砂的额外调查已经完成。

上新世重矿砂矿床被认为是陆上类似物，可能代表弗吉尼亚州外大陆架形成的沙洲中蕴藏的未被发现的经济资源。在一项包括对来自海上振动钻井和抓斗样品的390沉积物样本进行分析的调查中，Berquist ( 1990 ) 报告称，一种或多种经济矿物的浓度等于或高于陆上矿床的经济边界品位。弗吉尼亚州地质和矿产资源部门正在进行调查，以评估近海资源潜力。

哈利法克斯郡

截至2024 ，IperionX 公司正在哈利法克斯县建造一座新的钛回收设施。更多详细信息请参阅 IperionX 网站。