本文基于USTB钛电解工艺,围绕阳极原料TiC_xO_1-x固溶体,对其Ti点位和C/O点位的掺杂机理及掺杂过程对固溶体结构及热力学性质的影响进行了详细的研究,特别对有望进一步降低USTB工艺成本的新型阳极原料——TiC_xN_yO_z固溶体进行了深入的评价。同时在钛铁复合矿冶金新流程的基础上,对选择性碳热还原制备TiC_xO_1-x固溶体过程中TiO₂与SiO₂的选择性还原过程进行了详细的研究,为钛铁复合矿冶金新流程的进一步优化及钛铁复合矿资源的高效、综合利用提供理论指导。具体研究内容及结果如下:采用化合反应制备了一系列不同组成的TiC_xN_yO_z固溶体,实现了 N原子对TiC_xO_1-x固溶体C/O点位的掺杂。XRD图谱显示TiC_xN_yO_z固溶体是一种连续固溶体,对图谱进行Rietveld精修并拟合后,得到了 TiOxOyN2固溶体在全浓度范围内的晶格常数及其拟合公式。采用第一性原理计算对TiC_xN_yO_z固溶体的结构进行研究,结果显示在引入偏聚型空位后,TiC_xN_yO_z固溶体结构更趋于稳定,同时计算得到的晶格常数与测试结果非常一致,这表明TiC_xN_yO_z固溶体是一种具有偏聚空位结构的固溶体,其中Ti空位偏聚于O原子周围。基于该结构进一步计算得到了TiCxO_yN_z固溶体在全浓度范围内的混合焓及其拟合公式,并利用该热力学数据成功解释了氮气气氛下碳热还原TiO₂过程中TiCxOyNz固溶体而并非Ti₂O₃出现在Ti₃O₅之后的现象。与TiC_xO_1-x固溶体相比,TiC_xO_yN_z固溶体有着更低的合成温度,作为USTB钛电解工艺阳极原料使用可以进一步降低工艺成本。以TiC和TiO₂在900℃下固相烧结的方式合成了具有Ti空位的Ti_1-zC_xO_1-x固溶体,实现了空位对TiC_xO_1-x固溶体Ti点位的掺杂。结合失重评价和产物成分分析,揭示了 TiC和TiO₂在900℃下的反应过程,该过程由两部分组成:1)生成低价钛氧化物(Ti_nO_2n-1)的氧化还原反应;2)生成Ti_1-zC_xO_1-x固溶体的固溶反应,固溶体的Ti空位浓度为15%,并且不随原料配比变化。对其XRD图谱进行Rietveld精修,结果显示不同配比下合成的Ti_1-zC_xO_1-x固溶体晶格常数非常接近,为0.4328nm。采用第一性原理计算对Ti_1-zC_xO_1-x固溶体的结构进行研究,结果显示偏聚于O原子附近的Ti空位对晶体结构影响很小,Ti空位更容易在富氧的区域形成。在此基础上针对合成的Ti_1-zC_xO_1-x固溶体组成建立模型进行第一性原理计算,其晶格常数与精修数据非常吻合。基于钛铁复合矿冶金新流程,采用热力学计算与实验相结合的方式针对选择性还原过程中部分SiO₂在TiO₂被还原成TiC_xO_1-x固溶体的同时被还原的现象进行研究。钛精矿选择性还原结果显示,本应保持氧化物状态的SiO₂部分被还原成Si,并溶解到金属Fe中形成了 Fe-Si合金。TiO₂与SiO₂的选择性还原实验结果表明,金属Fe的存在降低了还原产物Si的活度,促进了 SiO₂还原反应的发生;同时其它氧化物（CaO、MgO和A1₂O₃）的存在降低了 SiO₂的活度,又抑制了 SiO₂还原反应的发生,这两个因素的共同作用导致了实际矿选择性还原制备TiC_xO_1-x固溶体的过程中部分SiO₂同时会被还原;热力学平衡实验结果表明,钛铁复合矿选择性还原产物中存在着溶解在金属Fe中的Si与溶解在渣相中的SiO₂的化学平衡。通过热力学计算对平衡Si浓度进行预测,结果与平衡实验结果及实际矿选择性还原结果均非常一致,不仅定性、定量地解释了钛铁复合矿选择性还原制备TiC_xO_1-x固溶体的过程中部分SiO₂同时被还原的现象,同时为钛铁复合矿冶金新流程的进一步优化提供了坚实的理论依据。