钛冶金的主要产品是金属钛和钛白粉,两者都由TiCl₄生产而来。制取TiCl₄的主流工艺是流态化氯化法,该方法对原料中钙镁杂质含量要求严格,一般为ω（CaO+MgO）<1.50%。因此,制备适用于流态化氯化工艺的合格富钛料是钛冶金的重要环节。攀西地区的钛渣在国内富钛料市场具有重要地位,然而其较高含量钙镁杂质导致其不能被流态化氯化工艺利用。因此,开发低成本及高效率去除钛渣中钙镁杂质的新技术,具有重要的工业价值和现实意义。本论文提出了熔融钛渣改性及钙镁杂质去除的新思路,可利用熔融钛渣显热进行改性处理,为低成本及高效率去除钛渣钙镁杂质提供了新途径。基于攀西电炉钛渣和黑钛石固溶体的性质,确定了熔融钛渣改性的有利条件。在此基础上,首先采用热力学计算软件FactSage6.3,明确了熔融钛渣改性及钙镁杂质去除的热力学原理。其次,通过熔融钛渣改性及钙镁杂质去除的实验研究,获得了主要工艺参数对钛渣钙镁杂质去除的影响规律,确定了适宜的工艺参数。随后,采用EPMA等表征手段,阐述了熔融钛渣改性及钙镁杂质去除的机理。最后,采用分子动力学的计算方法,研究了含硼熔融钛渣结构参数和传输性质,明确了B₂O₃促进熔融钛渣中低价钛转化为金红石的原理。主要研究结果概括如下:（1）研究了攀西电炉钛渣和黑钛石固溶体的性质,确定了熔融钛渣改性的有利条件。原料钛渣中绝大部分的Ca和Si元素赋存于硅酸盐中,绝大部分的Mg和Ti元素赋存于黑钛石固溶体中,Al、Fe和Mn元素赋存于两者中。黑钛石是一种化学稳定性很高的固溶体,直接酸浸去除该固溶体中的杂质是不可行的。控制熔融钛渣的结晶条件（添加剂、冷却气氛等）,抑制黑钛石固溶体的生成,使钙镁杂质转变为酸溶性的物相,是实现钛渣钙镁杂质去除的可行方案。（2）采用热力学计算软件FactSage6.3,明确了熔融钛渣改性及钙镁杂质去除的热力学原理。在熔融钛渣冷却结晶过程中,氧化性气氛可以促进黑钛石固溶体向金红石的转变。熔融钛渣冷却结晶的过程中,CaO优先与B₂O₃发生化学反应生成Ca₂B₂O₅,MgO优先与B₂O₃发生化学反应生成Mg₃B₂O₆,Ti₂O₃优先与O₂发生化学反应生成金红石。硼酸盐容易与酸发生化学反应,金红石不溶解于酸。采用盐酸浸出,可以实现去除改性钛渣钙镁杂质同时富集TiO₂的目的。（3）研究了工艺参数对钛渣钙镁杂质去除的影响规律,确定了适宜的工艺参数。B₂O₃加入量从0%增加到2%时,钛渣中钙镁杂质含量显著降低。随着B₂O₃加入量继续增大,钛渣中钙镁杂质含量没有明显减低。盐酸浓度（5%）、浸出温度（80℃）和浸出时间（30min）对钛渣中钙镁杂质含量的影响呈现出与B₂O₃加入量相近的规律。考虑到钛渣中钙镁杂质的去除效果及原料（能量）的利用效率,确定了熔融钛渣改性及钙镁杂质去除的适宜的工艺参数。该工艺参数为:B₂O₃加入量2%,盐酸浓度5%,浸出温度80℃,浸出时间30min。最终煅产物中TiO₂,（CaO+MgO）和SiO₂的含量分别为86.77%,1.23%和0.91%,符合流态化氯化工艺对原料中钙镁杂质的要求。（4）采用EPMA等表征手段,研究了B₂O₃对熔融钛渣改性及钙镁杂质去除过程中钛渣的物相组成、表面形貌、元素迁移和钛原子价态的影响规律,阐述了熔融钛渣改性及钙镁杂质去除的机理。在熔融钛渣改性过程中,B₂O₃一方面起到结合钙镁杂质生成硼酸盐（Ca₂B₂O₅和Mg₃B₂O₆）的作用,另一方面起到促进金红石生成的作用。在熔融钛渣改性过程中,Ti元素和Ca、Mg及B元素向不同区域迁移和富集,分别生成金红石和硼酸盐;来不及迁移的元素停留在两富集区域的边界上,形成“残余”的黑钛石固溶体。随着B₂O₃加入量的增大,元素迁移也更完全和彻底一些。在改性钛渣酸浸过程中,硼酸盐被溶出而进入溶液,黑钛石固溶体和金红石没有被溶出而保留在渣相中,改性钛渣钙镁杂质被有效去除,钛元素得到进一步富集。（5）采用分子动力学的计算方法,研究了熔融钛渣微观结构及传输性质,为掌握熔融电炉钛渣的结构和性质奠定基础。在TiO₂-CaO-MgO-SiO₂体系,离子的自扩散系数大小次序为:Mg²⁺>Ca²⁺>Ti⁴⁺>O^2->Si⁴⁺。随着钙镁杂质含量由3.50%增加到31.5%,各离子的自扩散系数均有所增大但大小次序不变,该系熔体的粘度由0.098Pa s降低到0.064Pa s。随着钙镁杂质含量的增大,Mg-O键部分代替Ti-O键,导致体系结构强度降低,离子自扩散系数的增大,熔体粘度的减低。采用分子动力学的计算方法,研究了含硼熔融钛渣微观结构及传输性质,进一步从理论上阐释了熔融钛渣改性及钙镁杂质去除的机理。在B₂O₃-TiO₂-CaO-MgO-SiO₂体系中,离子的自扩散系数大小次序为:Mg²⁺>Ca²⁺>B³⁺>Ti⁴⁺>O^2->Si⁴⁺。随着B₂O₃含量由0%增加到24%,各离子的自扩散系数均有所增大但大小次序不变,该体系熔体的粘度由0.079Pa·s降低到0.032Pa·s。在该体系中,BO₃平面三角形结构是BO_p多面体中的主体。BO₃平面三角形属于层状的二维结构,层与层之间属于较弱的分子力。B₂O₃的加入使得含硼熔融钛渣结构的整体强度降低,各离子的自扩散系数增大,熔体粘度降低。这样的变化增加了熔融钛渣中Ti³⁺与O₂接触,有利于熔融钛渣中低价钛的氧化。