Ilménite

L'ilménite est une espèce minérale constituée d'un oxyde de fer et de titane, de formule chimique Fe^IITiO₃ avec des traces de Mg, Mn et V. Elle peut former des cristaux jusqu'à 25 cm de long[3].

Général
Ilménite Catégorie IV : oxydes et hydroxydes[1]
Ilménite
Numéro CAS	12168-52-4
Classe de Strunz	4.CB.05 4 OXIDES (Hydroxides, V[5,6] vanadates, arsenites, antimonites, bismuthites, sulfites, selenites, tellurites, iodates) 4.C Metal:Oxygen = 2:3, 3:5, and Similar 4.CB With medium-sized cations 4.CB.05 Tistarite Ti2O3 Space Group R 3c Point Group 3 2/m 4.CB.05 Auroantimonate AuSbO3 Space Group Ortho ? Point Group Ortho 4.CB.05 Brizziite-VII NaSb+++++O3 Space Group R 3 Point Group 3 4.CB.05 Corundum Al2O3 Space Group R 3c Point Group 3 2/m 4.CB.05 Eskolaite Cr2O3 Space Group R 3c Point Group 3 2/m 4.CB.05 Hematite Fe2O3 Space Group R 3c Point Group 3 2/m 4.CB.05 Karelianite V2O3 Space Group R 3c Point Group 3 2/m 4.CB.05 Geikielite MgTiO3 Space Group R 3 Point Group 3 4.CB.05 Ecandrewsite (Zn,Fe++,Mn++)TiO3 Space Group R 3 Point Group 3 4.CB.05 Ilmenite Fe++TiO3 Space Group R 3 Point Group 3 4.CB.05 Pyrophanite MnTiO3 Space Group R 3 Point Group 3 4.CB.05 Brizziite-III NaSb+++++O3 Space Group R 3 Point Group 3 4.CB.05 Melanostibite Mn(Sb+++++,Fe+++)O3 Space Group R 3 Point Group 3 4.CB.05 Romanite (Fe++,U,Pb)2(Ti,Fe+++)O4 Space Group Trig ? Point Group Trig
Classe de Dana	4.3.5.1 Oxydes 4. Oxydes simples 4.3.5/ Groupe de l'ilménite 4.3.5.1 Ilménite FeTiO₃
Formule chimique	Fe O₃Ti Fe^IITiO₃
Identification
Masse formulaire[2]	151,71 ± 0,004 uma Fe 36,81 %, O 31,64 %, Ti 31,55 %,
Couleur	noir de fer, brun foncé, brun noir
Classe cristalline et groupe d'espace	paratétartoédrie hexagonale ; R3
Système cristallin	trigonal
Réseau de Bravais	rhomboédrique R
Macle	possibles sur {1011} et {0001}
Clivage	aucun
Cassure	conchoïdale ; irrégulière
Habitus	massif, en rosette, grenu, micacé, compact, sable
Faciès	tabulaire selon {0001}
Échelle de Mohs	5 - 6
Trait	noir-brun
Éclat	submétallique
Propriétés optiques
Transparence	opaque
Propriétés chimiques
Densité	4,72
Propriétés physiques
Magnétisme	faible
Radioactivité	aucune

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Historique de la description et appellations

Découverte et étymologie

La manaccanite, une variété ferrifère, est découverte par le minéralogiste amateur William Gregor en 1791, et nommée par lui en référence au village de Manaccan (en) (péninsule de Lizard, sud-ouest de la Cornouailles, Angleterre), près duquel il l'a trouvée, dans le lit d'une rivière. Il comprend qu'en plus du fer il doit y avoir l'oxyde d'un nouvel élément chimique[4]. En 1795 le chimiste allemand Martin Klaproth identifie à son tour le nouvel élément dans un échantillon de rutile de Hongrie, et le nomme Titan. En 1797 il prend connaissance des travaux de Willam Gregor et en reconnaît l'antériorité.

L'ilménite est décrite et nommée par le minéralogiste allemand Adolph Kupffer en 1827, à partir d'échantillons des monts Ilmen, dans le sud-est de l'Oural (Russie).

Topotype

Les monts Ilmen, Miask, Oural, Russie.

Synonymes

Axotomous Eisenerz (Mohs, 1824)[5]
Cibdelophane
Haplotypite
Mänaken Karsten (1808)
Mohsite (Armand Lévy, 1827)[6]
Para-ilménite
Titanioferrite (Chapman, 1843)

Caractéristiques physico-chimiques

Critères de détermination

Ce minéral peut être facilement confondu avec les minéraux du groupe de la crichtonite, mais aussi avec l'hématite.
L'ilménite est opaque, de couleur noire et d'éclat submétallique. Son trait varie entre le noir et le marron. Sa fracture est conchoïdale.
La couleur du trait permet de la distinguer de l'hématite ; le magnétisme faible la différencie de la magnétite.

Variétés

Ferroilménite (ferro-ilménite) : variété ferrifère d'ilménite contenant 33 % de Fe₂O₃ de formule idéale (FeTi)₂O₃. Synonyme pour cette variété : hystatite (Breithaupt, 1830).
Guadarramite (Muñoz del Castillo, 1906) : variété contestée radioactive d'ilménite trouvée dans la Sierra de Guadarrama, Castille, Espagne[7].
Isérine (Klaproth, 1810) : variété cubique d'ilémnite, décrite initialement à Jizerská meadow (Iser meadow), Monts Jizerské (Monts Iser), Bohème, Tchéquie, qui a inspiré le nom[8]. Synonyme pour cette variété : isérite (Dana) ; à noter que le minéralogiste Janovsky a décrit une variété de rutile qu'il a nommée isérite.
Kibdelophane (von Kobell, 1832) : variété riche en titane d'ilménite[9].
Magnéto-ilménite (Ramdohr, 1926) : variété ferrifère d'ilménite[10].
Manaccanite[11] (ou ménachanite[12]) : variété ferrifère d'ilménite décrite à Tregonwell Mill, Manaccan (en), péninsule de Lizard,Cornouailles, Royaume-Uni, qui a inspiré le nom. Synonyme pour cette variété : grégorite (Paris)[13].
Manganilménite (Simpson, 1929) : variété manganésifère d'ilménite[14]
Picrocrichtonite (Lacroix, 1901) : variété manganésifère d'ilménite[15].
Picroilménite (Groth, 1898) : variété d'ilménite riche en magnésium[16].
Picrotitanite (Dana, 1868) : variété d'ilménite riche en magnésium[17].
Silicoilménite (Pilipenko, 1930) : mélange de silice et d'ilménite[18].
Washingtonite (Shepard, 1842) : variété ferrifère d'ilménite trouvée à Washington, Comté de Litchfield, Connecticut, États-Unis qui a inspiré le nom[19].

Cristallochimie

L’ilménite forme trois séries isomorphes avec la pyrophanite MnTiO₃, la geikielite MgTiO₃ et l'ecandrewsite. On trouve la même structure dans MgSiO₃ à haute pression.

La structure de l'ilménite est essentiellement la même que celle de l'hématite, ce qui permet une solution solide complète à haute température ; la distribution des cations fer et titane dans l'hématite est ordonnée. Les atomes d'oxygène forment un empilement de type AB, les cations occupent deux tiers des cavités octaédriques ainsi formées. Puisque dans l’hématite, chaque troisième site octaédrique est vide : la séquence est -Fe-Ti-L-Ti-Fe-L-Fe-Ti- où L représente une lacune (site octaédrique vide). Les cations proches du site vacant sont toujours soit deux fer, soit deux titane.

Cristallographie

Structure de l'ilménite

L'ilménite appartient au système cristallin trigonal. Son réseau est rhomboédrique et son groupe d'espace est R3. Ses paramètres de maille sont, exprimés dans la base hexagonale, $a$ = 5,088 Å et $c$ = 14,088 Å (V = 315,84 Å³, Z = 6) et sa densité calculée est 4,79 g/cm³ à température ambiante[20].

Propriétés physiques

À température ambiante, l’ilménite est paramagnétique, mais elle devient antiferromagnétique à environ 56 K[21].

Gîtes et gisements

Gîtologie et minéraux associés

Minéral accessoire, commun, des roches magmatiques. Accompagnée de magnétite, l'ilménite constitue des masses importantes dans les gabbros, les diorites, les anorthosites. Avec la magnétite, le zircon, le rutile, etc. elle est un important minéral de placers. C'est d'ailleurs des placers d'Australie et autres lieux de l'hémisphère sud, que provient la plus grande part des minerais d'ilménite. On la trouve également dans des veines et filons pegmatitiques, et, dans sa localité type, dans la « miascite » et ses pegmatites…
Présent dans les roches lunaires.
Présent dans les météorites.

Gisements producteurs de spécimens remarquables

Mine à ciel ouvert d'ilménite de Norvège

Algérie

Laouni, Hoggar, Province de Tamanrasset[22].

Belgique

La Helle, Ternell, Eupen, Province de Liège[23].

Canada

Madawaska Mine property, Faraday Township, Comté de Hastings, Ontario[24].

Mine Beattie, Duparquet, Abitibi-Ouest MRC, Abitibi-Témiscamingue, Québec[25].

Mine Tio, Havre-Saint-Pierre, Minganie MRC, Côte-Nord, Québec[26].

France

Mine d'Anglade, Salau, Seix, Cauflens, Ariège, Midi-Pyrénées[27].

Madagascar

Mine de Tolagnaro (Fort-Dauphin), site de Mandena.

Exploitation des gisements

L'ilménite est un important minerai de titane et, dans une moindre mesure, de fer.

Les gisements d'ilménite peuvent être exploités économiquement quand leur teneur en TiO₂ dépasse 45 %. Ce sont d'importantes sources pour la production de dioxyde de titane. Pour obtenir cet oxyde à l'état pur, il est d'abord séparé des roches par un traitement électrostatique et magnétique. Le minerai peut être soit directement traité par le procédé au sulfate (de), soit par le procédé au chlore (de) après une étape de traitement (le procédé au chlore étant mieux adapté au traitement des rutiles)[28].

En 2014, l'extraction des ilménites traitées au sulfate correspond à plus de 3 millions de tonnes de dioxyde de titane, sur les 7 millions de tonnes de dioxyde de titane extraites (sachant que 5,5 millions de tonnes ont été consommées). Avant 2010, l'extraction des ilménites représentait moins du tiers des sources de dioxyde de titane, mais la croissance de la production chinoise s'est faite en développant fortement le traitement au sulfate de ce minerai[28].

En sidérurgie, une utilisation occasionnelle de l'ilménite consiste à utiliser son haut pourvoir réfractaire pour constituer un revêtement protecteur sur les parois réfractaires du creuset d'un haut fourneau. Pour obtenir ce revêtement, l'ilménite est enfournée comme un minerai de fer et, en atteignant le bas du haut fourneau, le dioxyde de titane se dépose sur les parois, colmatant ainsi les fissures[29].

Notes et références

La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
(en) John W. Anthony, Richard A. Bideaux, Kenneth W. Bladh et Monte C. Nichols, The Handbook of Mineralogy : Halides, Hydroxides, Oxides, vol. III, Mineral Data Publishing, 1997.
(en) « Titanium » (consulté le 24 avril 2020).
(en) B. K. Welch, The occurrence and paragenesis of the ores of titanium, vol. I (thèse de doctorat), Durham University, 1958 (lire en ligne), p. 23.
(en) A. Levy, « On a new mineral species », Philosophical Magazine, 2^e série, vol. 1, n^o 3,‎ 1827, p. 221-223 (DOI 10.1080/14786442708674278).
(es) José Muñoz del Castillo, « La «guadarramita»: propuesta de una nueva individualidad mineralógica radiactiva », Boletín de la Sociedad Española de Historia Natural, vol. 6,‎ 1906, p. 479-484 (lire en ligne).
(de) Martin Heinrich Klaproth, « Chemische Untersuchung des Iserins », Beiträge zur chemischen Kenntniss der Mineralkörper, Berlin, Rottmann, vol. 5,‎ 1810, p. 206-209 (lire en ligne).
(de) Franz Ritter von Kobell, « Analyse des Titaneisens von Egersund », Schweigger's Journal für Chemie und Physik,‎ 1832, p. 59-63 (lire en ligne).
Ramdohr, Jb. Min. Beil., vol. 54, 1926, p. 345.
(en) « Manaccanite », sur Mindat.org (consulté le 24 avril 2020).
(en) « Menachanite », sur Mindat.org (consulté le 24 avril 2020).
(en) John Ayrton Paris, « Gregorite (Manaccanite) discovered at Lanarth », Transactions of the Royal Geological Society of Cornwall, vol. 1,‎ 1818, p. 226-227 (lire en ligne).
(en) Edward Sydney Simpson (en), « Contributions to the mineralogy of Western Australia », Journal of the Royal Society of Western Australia, iV, vol. 15,‎ 1929, p. 99-114.
Alfred Lacroix, Minéralogie de la France et de ses colonies : Description physique et chimique des minéraux - Étude des conditions géologiques de leurs gisements, vol. 3, Béranger, 1901, partie 1, p. 284.
Mémoires du Bureau de recherches géologiques et minières. vol. 83, 1989, partie 1, p. 47-48.
(en) Bulletin - United States Geological Survey, vol. 1113-1114, 1960, p. 192.
(no) P. P. Pilipenko, Mineralnoe Syre, vol. 5, 1930, p. 981.
(en) Shepard, « On Washingtonite, a new mineral », American Journal of Science, vol. 43,‎ 1842, p. 364.
ICSD No. 91 642 ; (en) Richard J. Harrison, Simon A.T. Redfern et Ron I. Smith, « In-situ study of the R3 to R3c phase transition in the ilmenite-hematite solid solution using time-of-flight neutron powder diffraction », American Mineralogist, vol. 85, n^o 1,‎ 2000, p. 194-205 (résumé).
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(en) « The Chemours Company : DeLisle Site Visit », Chemours, septembre 2015
(en) Satyendra, « Protection of Blast Furnace hearth lining by the addition of TiO2 », 9 juin 2013

Voir aussi

Pérovskite (CaTiO₃)
Wollastonite (CaSiO₃)

Liens externes

(en) « Ilmenite », sur Mindat.org (consulté le 24 avril 2020)

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