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rareté des minéraux du titane


franck69
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L'élément chimique titane est plutôt fréquent sur Terre (10ème plus fréquent).

Curieusement on le rencontre que sous de petites cristallisations, assez peu fréquentes.

Bref les questions que je me pose sont les suivantes :

- Pourquoi les anatases, rutiles, sphènes ne grossissent pas plus (dimensions mm, qq cm au mieux)

- et pourquoi elles ne sont pas plus fréquentes compte tenu de l'importance du titane dans la composition chimique de la Terre . (Le titane est-il faiblement remobilisable ?)

- L'utilisation du titane est vraiment importante (dioxyde de titane dans les peintures, alliages, prothèses....),

C'est comment une "mine de titane" ?

merci !

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Sujet intéressant, qui devrait permettre de "visiter" des sites miniers...

http://www.rtft.com/

Un site sur les minéraux du titane

http://wiki.ggl.ulav...iki/Fer-titane/

Un extrait...

7.1 Source des métaux

Pour que se forment les minéralisations fer-titane, il faut que la période de cristallisation des plagioclases soit d’une longue durée, favorisant la concentration du Fe et du Ti dans le magma résiduel, et aussi qu’il y ait une variation du degré d’oxydation des magmas. Pour cette dernière condition, la fugacité de l’oxygène joue un rôle important. Le magma à l’origine serait, entre autres, initialement riche en titane (> 4% TiO2) tel qu’il a été constaté dans différents complexes anorthositiques et laves tholéiitiques modernes (Jébrak et Marcoux, 2008). De plus, la densité plus faible du plagioclase (2,7) par rapport à l’ilménite (4,8) serait le résultat de l’enrichissement de ce dernier.

Les oxydes Fe-Ti des minerais riches en ilménite et en titanomagnétite peuvent se trouver dans des chambres magmatiques à refroidissement lent et subir des changements au cours du refroidissement de l’intrusion par des réactions chimiques ou des échanges ioniques.

6Fe2TiO4 + O2 = 6FeTiO3 + 2Fe3O4

Pendant un refroidissement lent, l’oxydation d’une solution de titano-magnétite peut mener à l’exsolution du titane sous forme d’ilménite. Ainsi, l’ilménite se présentera sous forme d’exsolution granulaire autour des grains de magnétite ou elle formera des lamelles dans la magnétite. Une température très basse (400-500°C) de même que la présence d’un fluide riche en CO2 va favoriser la réaction (O.R. Eckstrand et al., 1995).

Fe2TiO4 + Fe2O3 = FeTiO3 + Fe3O4

Une température élevée va favoriser l’échange de titane et de fer entre les grains de magnétite et d’ilménite. La réaction se déplacera vers la droite pour une température décroissante et produira des grains de composition semblable à Fe2TiO4 et Fe3O4 (O.R. Eckstrand et al., 1995).

Complexe metallurgique de Sorel-Tracy...Rive droite St-Laurent, embouchure rivière Richelieu.

post-3743-0-12760200-1321295322_thumb.jp

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Je vais un petit parallèle pour t'amener vers quelque chose de marrant et sympa :)

Le magnésium est un élément hyper répandu lui aussi, c'est le huitième. Pourtant, va chercher de la périclase (MgO), ça ne court pas les rues :) Donc ce n'est pas parce qu'il y a beaucoup de titane que l'on doit forcément trouver beaucoup d'oxydes de titane dans la nature. Le magnésium est surtout présent dans les péridotites, le titane va se retrouver fréquemment associé au fer et dans une flopée d'autre minéraux.

Pour la taille des cristaux, c'est une excellente question, je n'ai même pas le début d'une piste. (Temps de cristallisation cours ? Cristallisation "difficile" ?... vraiment aucune idées scientifiquement potables)

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pour la taille des cristaux c'est une question de concentration de TiO2, ensuite des autres paramètres très variables (présence de germes, espace libre pour se former, etc ...)

il est possible que d'autres minéraux comprennent le titane en impuretés ou dans leur composition chimique ce qui ne permet plus la croissance de cristaux de TiO2.

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Le problème de la concentration n'est qu'anecdotique si le temps de cristallisation est suffisamment "long", ce qui est le cas, quand au volume disponible, s'il y a assez de matière, on rempli la fente :D par ailleurs s'il y a cristallisation c'est que l'on a dépassé la limite de solubilité donc concentration faible, il faudrait mettre un chiffre derrière ce faible, je sais pas... Peut être une cinétique (vitesse) de cristallisation très lente ? Quelqu'un sait quel processus donne naissance à l'anatase, au rutile ou à la brookite ? C'est hydrothermal ?

Ton idée sur le titane qui se place un peu partout est séduisante. Le titane IV est très polarisant et "petit" en site octaédrique, il se glisse un peu partout dans pas mal de minéraux (spinelle, tourmaline, grenat, micas...) Il apprécie particulière les cations basiques Fe II, Calcium. Il se place volontiers sur des plans précis de Fe2O3, pour faire des épitaxies... C'est le genre de cation qu'on retrouve partout, comme le lithium ou le sodium.

Bref question pertinente, j'aime bien :D

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On peut dire qu'une mine de titane ce n'est pas tres excitant, a moin d'aimer les pates de sable. L'essentiel de la ressource se trouve sous forme d'ilmenite/rutile dans les sables littoraux, sur les plaines cotieres (Australie, Sierra Leone, Kenya, Mozambique, Madagascar...). Donc relativement facile a exploiter avec d'enormes dragues, comparativement aux gisements en roche (au Quebec notamment).

Un peu de doc:

http://www.dmp.wa.go...ndsPamphlet.pdf

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c'est vrai que si il y a trop de matière, on rempli la fente mais si il n'y en a pas assez on ne voit pas les cristaux.. les fissures de Diamantina au Bresil ou les fissures à quartz et anatase de Norvège contiennent logiquement plus de TiO2 que les fissures de nos alpes par exemple, rien que par l'abondance des cristaux et leur dimensions.

pour une saturation identique :

on aura des cristaux plus grands dans un espace plus grand et des cristaux plus petits dans un espace plus petit, non ?

imaginons que la fissure soit 2 fois plus petite on aura des cristaux 2 fois plus petits..pour une saturation identique mais un volume de contenu divisé par 2 ... vous me suivez ?

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Non justement, un cristal ne "voit" pas son lieu de croissance. A saturation identique et temps de cristallisation identique tu peux avoir tous les cas de figure suivant les conditions de germination : plein de tous petits cristaux s'il y a plein de germes ou peu de gros cristaux s'il y a peu de germes. Bref, la quantité de germe n'est pas corrélée à la dimension de la fente. Un exemple hyper concret (enfin presque) on connait des nodules de gypse (Maroc ou Tunisie ?) qui sont formés d'un unique cristal parce qu'il n'y a eu qu'un germe dans la géode et des pièces de tailles bien distinctes sont sur le marché. C'est la plus parfaite des démonstrations.

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une nuit passée et déjà 9 réponses ! Une équipe réactive à géoforum !

OK pour la comparaison avec MgO Lionel. la solubilité de ces oxydes est peut-être faible. Ou le processus de cristallisation complexe.

Super intéressant ton doc PDF Cédric !!!

Il répond à certaines de mes questions sur le mode d'extraction d'autres élements chimiques.

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Le problème de la concentration n'est qu'anecdotique si le temps de cristallisation est suffisamment "long", ce qui est le cas, quand au volume disponible, s'il y a assez de matière, on rempli la fente :D par ailleurs s'il y a cristallisation c'est que l'on a dépassé la limite de solubilité donc concentration faible, il faudrait mettre un chiffre derrière ce faible, je sais pas... Peut être une cinétique (vitesse) de cristallisation très lente ? Quelqu'un sait quel processus donne naissance à l'anatase, au rutile ou à la brookite ? C'est hydrothermal ?

Ton idée sur le titane qui se place un peu partout est séduisante. Le titane IV est très polarisant et "petit" en site octaédrique, il se glisse un peu partout dans pas mal de minéraux (spinelle, tourmaline, grenat, micas...) Il apprécie particulière les cations basiques Fe II, Calcium. Il se place volontiers sur des plans précis de Fe2O3, pour faire des épitaxies... C'est le genre de cation qu'on retrouve partout, comme le lithium ou le sodium.

Bref question pertinente, j'aime bien :D

C'est hydrothermal en ce qui concerne les sites français alpins. En ce qui concerne le quartz, on parle de croissance jusqu'à épuisement de la solution. On retrouve dans le quartz souvent les mêmes impuretés, dont le titane. Il ne me parait pas si aberrant de penser que ce dernier ne cristallisera pas tant qu'il y aura par exemple une phase de cristallisation de la silice, ou cela lui coutera moins d'énergie de "s'inviter" comme impureté, plutôt que de cristalliser de son côté.

Notons également que le titane jouerait en théorie un rôle primordial sur la différence entre le quartz lamellaire et le quartz macro-mosaïque.

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C'est justement ce que j'aimerai savoir. A noter que cela serait la présence du titane comme impureté isolée qui aurait un impact. Lionel a peut être des explications à nous donner sur la capacité du titane à se fixer sur la silice, de ce que cela pourrait entrainer en terme de polarisation, ou de ce que cela peut entrainer en terme de modification sur une chaine Si-Ti-Si par rapport à une chaine Si-Si-Si (simplification extrême et schématique : omission volontaire du O).

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Dans quelle catégorie de quartz on trouve le plus de titane ? C'est dans les macromosaïques ? Je n'ai pas d'idée, je dois réfléchir mais je ne garantis pas de sortir un truc même bidon :D

Le titane est tétravalent dans le quartz donc au niveau des charges, ça va. Par contre il n'apprécie pas énormément les sites tétraédriques, je ne sais pas dans quel site il va se mettre dans le quartz, s'il se met en site 4, il ne va pas trop perturber la structure bien qu'il soit plus gros que le silicium. Par contre s'il se met en site octaédrique, ça va mettre un petit peu de désordre. Une chose est sure ça va changer l'énergie de surface pendant la cristallisation, dans quelle mesure, je ne sais pas, qu'elles en seraient les répercutions ? je ne sais pas non plus, ça devient tendu de faire des raisonnement à la main sur des effets de surface induit par une impureté.

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Dans quelle catégorie de quartz on trouve le plus de titane ? C'est dans les macromosaïques ? Je n'ai pas d'idée, je dois réfléchir mais je ne garantis pas de sortir un truc même bidon :D

Le titane est tétravalent dans le quartz donc au niveau des charges, ça va. Par contre il n'apprécie pas énormément les sites tétraédriques, je ne sais pas dans quel site il va se mettre dans le quartz, s'il se met en site 4, il ne va pas trop perturber la structure bien qu'il soit plus gros que le silicium. Par contre s'il se met en site octaédrique, ça va mettre un petit peu de désordre. Une chose est sure ça va changer l'énergie de surface pendant la cristallisation, dans quelle mesure, je ne sais pas, qu'elles en seraient les répercutions ? je ne sais pas non plus, ça devient tendu de faire des raisonnement à la main sur des effets de surface induit par une impureté.

Les quartz macro-mosaïques sont au contraire assez purs. Ils sont formés de plusieurs individus, contrairement aux quartz lamellaires (les quartz de La Gardette sont 100 fois plus impurs que les quartz du Mont Blanc). Ce qui est intéressant dans l'analyse, c'est bien le type de site dans lequel se met le titane, qui aurait cette particularité de justement semer un certain désordre (le quartz macro-mosaïque est inutilisable dans l'industrie) en favorisant l'accolement de deux individus avec une éventuelle torsion, jusqu'à ce qu'ils ne fassent plus qu'un visuellement (d'où mon interrogation Si-Ti-Si dans un site octaédrique)

Le site est dépendant de la température, de la pression?

Je n'ai aucun exemple de croissance simultanée de titane et de quartz, alors que la combinaison quartz/rutile est classique, tout comme quartz/anatase, etc...

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Je n'ai aucun exemple de croissance simultanée de titane et de quartz, alors que la combinaison quartz/rutile est classique, tout comme quartz/anatase, etc...

Rutile et anatase sont des minéraux dont la formule chimique présente du titane, mais le titane pur n'est pas un minéral connu sous forme cristallisée... ? Ou alors j'ai des trucs à apprendre (j'en suis même sûr !)... il y a des quartz SiO2 contenant du titane Ti , c'àd du SiTiO2? :surpris: Eclairez ma lanterne svp.

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Le site occupé dépend de tellement de chose !!! Il faut prendre en compte les paramètres cinétiques qui ont tendance à mettre un joyeux désordre et les paramètres thermodynamiques. Dans ces dernier on met l'énergie réticulaire qui pousse à créer des défauts (insertion, substitution, lacune). II faut prendre en compte les liaisons chimiques qui expliquent les site occupés par le biais d'interactions avec les orbitales p ensuite et il faut inclure le mécanisme de la liaison antagoniste qui permet de modifier les types de sites occupés en fonction de l'acido-basicité des cations voisin. Et en dernier il faut considérer le champ cristallin qui est un paramètre de stabilisation fin mais non négligeable parfois. Donc comme tu peux le voir, c'est hyper complexe, je ne peux pas m'en sortir à la main, je ne suis même pas certain que beaucoup de forumeurs m'aient suivi dans mon délire parce que là ça commence à être de la méchante chimie du solide. Il faudrait faire des manips assez couteuses et pointue pour connaitre le site du titane (EXAFS ?) et simuler son effet sur la structure (DFT ?). Deux "techniques" que je ne maitrise pas du tout.

A la main... le titane est un cation acide, plus que le silicium, il aura donc des interactions plus fortes avec les bases, comme l'eau. Rajouter du titane dans SiO2 (à la surface pendant la cristallisation) va favoriser l'hydratation de la surface et donc la stabiliser. Sans élément stabilisant, la surface est moins fonctionnalisée, donc plus accessible et plus réactive, la croissance cristalline est plus rapide et quand la cristallisation est plus rapide, on a tendance à créer plus de surface, c'est à dire plus de germe.

Mais c'est à prendre avec des pincettes, il faudrait pendre en compte toutes les impuretés et vérifier qu'un quartz impur est souvent lamellaire alors qu'un quartz pur est souvent macromosaïque. je n'ai pas ces infos. Je viens de regarder la liste des impuretés dans le quartz, il y a 5 acides pour deux bases. Donc mon raisonnement doit tenir la route.

Le titane n'est pas trouvable à l'état natif, il est trop électropositif pour cela, peut être des alliages dans des trucs exotiques ? Et dans la structure du quartz on aura des ponts Si-O-Ti-O-Si pas de liaison séquence Si-Ti-Si.

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