O beneficiamento e a concentração do minério de ilmenita (FeTiO₃), principal fonte de titânio, envolve processos físicos para separar e purificar o mineral aumentando sua concentração para uso industrial, como na produção de dióxido de titânio (TiO₂) ou titânio metálico.
 
Após a lavra, o minério bruto passa por etapas de cominuição (britagem e moagem) para reduzir o tamanho das partículas e liberar os grãos de ilmenita dos minerais associados, como magnetita, quartzo e silicatos.
 
A concentração da ilmenita utiliza técnicas que exploram diferenças nas propriedades físicas dos minerais, como densidade, magnetismo e condutividade elétrica. 
 
Separação Gravimétrica: Usa a diferença de densidade entre a ilmenita (densidade ~4,7 g/cm³) e os minerais de ganga (geralmente menos densos, como quartzo). Métodos como jigues, espirais ou mesas vibratórias são empregados para concentrar o mineral pesado.
 
Separação Magnética: A ilmenita apresenta propriedades magnéticas moderadas, enquanto a magnetita, frequentemente associada, é altamente magnética. Separadores magnéticos de baixa e alta intensidade são usados para remover magnetita e outros minerais magnéticos, isolando a ilmenita.
 
Separação Eletrostática: Aproveita a diferença de condutividade elétrica entre a ilmenita (condutora) e minerais não condutores, como zircão ou quartzo. Equipamentos de alta tensão separam os minerais com base em sua resposta a campos elétricos.

O concentrado de ilmenita resultante tem teor de TiO₂ geralmente entre 40-60%, dependendo da qualidade do depósito e do processo. Esse concentrado pode ser:
- Usado diretamente na produção de pigmentos (TiO₂) via processos sulfato ou cloreto.
- Processado para obter escória de titânio (com até 85% de TiO₂) ou titânio metálico.
- Vendido como matéria-prima para indústrias de revestimentos, plásticos ou ligas metálicas.