CN107532320A - 新型合成金红石产品及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明广泛地涉及通过电解还原法生产钛合金，并且在一个或多个方面涉及用于这种方法的原料制备。在其它方面，本发明涉及一种新型合成金红石(SR)产品以及由含钛材料制备钛合金的方法。

Description

新型合成金红石产品及其生产方法
发明领域
本发明广泛地涉及通过电解还原方法生产钛合金，并且在一个或多个方面涉及到用于该种方法的原料制备。在其它方面，本发明涉及一种新型合成金红石(SR)产品以及由含钛材料制备钛合金的方法。
发明背景
现在对电解还原方法(有时也称为电分解和电脱氧，参见例如US 8,992,758，其公开的内容通过引用并入本文)的潜力越来越感兴趣，该方法作为生产来自包含化合物尤其是氧化物的原料的一系列金属和这些金属的合金的方法。这种方法通常被称为FFC剑桥工艺，在国际专利WO99/64638公开(其公开内容通过引用并入本文)中公开，其广泛地描述了通过对M2Y的熔体电解，从固体金属或半金属化合物M1X中除去物质X的方法。物质X可以溶解在M1中，或者化合物M1X可以是M1体上的表面涂层。电解是在这种条件下进行：反应和接下来的X提取而不是M2在电极(通常电极由M1X材料制备)的表面发生沉积，并且X溶解在电解质M2Y中。该方法通常在高的温度下进行，例如在700-1000℃范围，高于M2Y的熔点，但低于其显着较高的沸点。所述的高温需要确保来自M1X的表面的物质X的充分离子化和扩散速率。
实际上，物质X是氧，该方法对生产钛金属产品特别有意义。已知当通过该方法减少氧化物的混合物时，将形成还原金属的合金，并且还知道原料中氧化物的构型将在金属合金终产物中大大保持。一系列钛合金的开发主要围绕金属相结构的操作，以通过与稳定α和β相的元素合金化产生所需的性能(例如强度、延展性、系数、疲劳和腐蚀)。α相稳定剂是Al、Ge、Ga、Sn和Zr。铝因成本而特别受欢迎。β相稳定剂主要是过渡元素，包括Mo、V、Ta、Nb、Mn、Fe、Cr、W、Co、Ni、Cu和Si。
因此，对于开发用于电解还原方法的含钛原料始终存在兴趣，其包含适于产生期望的最终合金产品的合金元素。用于生产钛合金的方法的已知主要原料包括天然金红石和合成金红石(参见如WO2013/050772A3，其公开内容通过引用并入本文)以及来自TiO2颜料工艺的纯产品，并且已经致力于将合金元素离散(有时也称为掺杂)地添加到电解槽的进料中。在电解上游添加合金元素同时实现晶粒的扩散和均匀性的替代方案需要昂贵的高温处理步骤。
另一种可能性是将钛金属粉末与下游的合金元素的金属粉末混合。然而，这将需要大量的后处理以确保开发的合金性能的均匀性，并且因此涉及将合金粉末添加到电解池上游的金红石或合成金红石的类似问题。
因此，本发明的目的在于提供一种通过电解还原法(也称为电分解和电脱氧方法)生产钛合金的在经济上有具有吸引力的方法。
对本说明书中的任何现有技术的提及不是承认或暗示这种现有技术构成了任何司法管辖区的公知常识的一部分，或者该现有技术可以合理地被理解为被认为是相关的和/或与本领域技术人员的其他现有技术。
发明概述
本申请人已经认识到，通过在其它常规方法中加入添加剂来制备电解还原方法的原料用于将含钛材料如钛铁矿转化为合成金红石可以满足上述目的。因此，本发明还提供了一种新型合成金红石产品和生产衍生自合成金红石的新系列钛合金的方法。
申请人知道在常规合成金红石方法中使用添加剂(通常称为“Becher”方法)或用于还原含钛材料的类似方法。例如，已知添加少量硫形成硫化锰以除去锰杂质。
美国专利5,411,719公开了一种改进的“Becher”方法，其中如果需要，根据规定的配方将镁或锰氧化物加入到含钛材料中，然后在还原剂存在下，在某个温度(通常低于1200℃)的条件下加热矿物质，并且持续足够的时间以允许铁被还原成其金属形式，其通过水性曝气或浸出除去，并且含有的二氧化钛转化为酸溶性形式。在许多情况下，认为添加剂是不必要的，因为原料中有足够的镁和/或锰。在提供添加剂的唯一具体实例中，原料为细粒度硅质白钛石，82％TiO2，添加剂剂量细碎的菱镁矿MgCO3或锰氧化物MnO2，均为7.5wt％。
在美国专利3,502,460中也提出了镁添加剂。在描述的方法中，在一定量的镁化合物的存在下，在氧化条件中和在950℃至1320℃的温度范围内预热含钛矿物例如钛铁矿或金红石，使矿物颗粒被镁质假铁矿区包覆。预热阶段的产物在优选在1200℃至1300℃的温度下用还原剂加热，以产生金属离子和黑钛石的混合物。在还原步骤期中向电荷中加入钠盐被认为是有益的。预热阶段加入的镁化合物通常是盐，优选碳酸镁，优选的量为0.6％-3.0％的MgO当量。
GB专利公报1026691涉及一种用镁处理金红石以生产可溶于酸的金红石的方法。广泛地说，该方法包括处理矿石以从矿石中除去铁，并且在将铁物质还原成铁金属之前，加入0.25-10wt％的MgO当量的镁化合物。
根据本发明的第一方面，提供了一种制备用于电解还原法的合成金红石原料的方法，包括：
在还原环境中，在高温度下和在还原剂存在下处理含钛材料，从而将含钛材料转化为还原的含钛材料，其中含钛材料中的铁氧化物已基本上还原成金属铁，且含钛材料中金红石已经完全或部分地被还原为还原的金红石、铁板钛矿或黑钛石，并分离出金属铁，以获得合成金红石产品，
其中含钛材料的处理在添加量的一种或多种钛合金元素的存在下进行，由此所述的合成金红石产品包含一部分所述一种或多种钛合金元素，以实现在电解还原过程中，通过还原合成金红石产品制备的钛合金中的一种或多种钛合金元素的相应比例，其中所述一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：金属或准金属；其中Mg和Mn仅与添加量的所述一种或多种钛合金元素的至少一种另外的钛合金元素组合进行添加。
术语“金属”被理解为指任何金属元素，例如碱金属，碱土金属，过渡金属，后过渡金属，稀土金属，包括镧系元素以及钪和铪(尽管这两种也被认为是过渡金属)和锕系元素。术语“准金属”被理解为包括硼、硅、锗、砷、锑、碲、硒和碳的元素。
优选地，所述的一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Ru、Si、Sn、Ta、V、W和Zr。更优选地，所述一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、Mo、Nb、Ni、Pd、Ru、Si、Sn、Ta、V、W和Zr。
优选地，所述的一种或多种钛合金元素中的至少一种以0.01wt％或更高的量添加，为氧化物当量；优选为0.05wt％或更高，为氧化物当量；更优选为0.1wt％或更高，为氧化物当量；最优选为0.2wt％或更高，为氧化物当量。
所述的一种或多种钛合金元素可以作为化合物或元素添加。在钛合金元素为化合物形式的情况下，例如该化合物可以是金属或混合金属氧化物、矿石、浓缩物、水合物、硫酸盐、碳酸盐、氯化物或硝酸盐；在这种情况下，氧化物、水合物、硫酸盐、碳酸盐、氯化物或硝酸盐作为氧化物或元素掺入合成金红石产品的结构中。因此，所述合成金红石产品可以以上述一种或多种化合物的形式并入钛合金元素。
在一个实施例中，处理含钛材料的步骤是在添加一定量的两种或更多种钛合金元素的条件下进行。这导致合成金红石产品含有两种或更多种钛合金元素中的每一种的一部分。当合成金红石产品含有一部分的两种或更多种钛合金元素中的每一种时，优选地，这些元素中的至少一种选自下组：Co、Cr、Cu、Ga、Ge、Mo、Nb、Ni、Sn、Ta，V和W。在另外的实施例中，处理含钛材料的步骤是在添加一定量的三种或更多种钛合金元素的条件下进行，导致合成金红石产品中含有一部分的三种或更多种钛合金元素。
在一个实施例中，该方法是从根据本发明第一方面形成的合成金红石产品制备钛合金的方法，该方法还包括通过在熔融盐电解液或这些盐的混合物中电解，将合成金红石产品还原成钛金属，其中电解是在合成金红石产品(优选熔融盐电解质的金属阳离子沉积物)的表面上，合成金红石产品中的氧被电离并溶解于熔融盐电解质中，。
在第二方面，本发明还提供了一种从合成金红石产品中制备钛合金的方法，包括通过在熔融盐电解质或这些盐的混合物中电解，将合成金红石产品还原成钛合金，其中电解是在以下条件下进行的：在合成金红石产品的表面上，合成金红石产品中的氧被离子化并溶解于融合盐电解质中，优选熔融盐电解质的金属阳离子沉积物；
其中所述的合成金红石产品包含一部分一种或多种钛合金元素，用于实现相应元素与钛金属的相应比例，从而制备含有所述相应比例的元素的钛合金；和
所述一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：金属和准金属，并且以大于0.5wt％的量添加，为氧化物当量，以及
Al，Fe，Mg，Mn和Si仅以2.5wt％或更高的氧化物当量添加，并且Fe，Mg和Mn仅与至少一种其它的选自所述一种或多种钛合金元素的钛合金元素组合使用。
在第三方面，本发明提供一种制备用于电解还原方法的合成金红石原料的方法，包括：
在高的温度和还原剂存在的还原环境中处理含钛材料，从而将含钛材料转化为还原的含钛材料，其中含钛材料中的氧化铁已经在含钛材料中基本上还原为金属铁，金红石在含钛材料中已经全部或部分地还原为还原金红石、铁板钛矿或者黑钛石，并分离出金属铁，得到合成金红石产品，
其中处理的含钛材料是两种更多的钛铁矿的混合物，其中合成金红石产品从钛铁矿中掺入一部分的一种或多种钛合金元素中的每一种，用于实现在通过电解还原法还原合成金红石产品制备的钛合金中相应元素的相应比例。
本发明在其第三方面还提供了一种由含钛材料制备钛合金的方法，包括：
在高的温度和还原剂存在的还原环境中处理含钛材料，从而将含钛材料转化为还原的含钛材料，其中含钛材料中的氧化铁已经在含钛材料中基本上还原为金属铁，且金红石在含钛材料中已经全部或部分地还原为还原性金红石，铁板钛矿或黑钛石，并分离出金属铁，得到合成金红石产品。
在熔融盐电解质或这些盐的混合物中电解将合成金红石产品还原成钛合金，其中电解是在以下条件下进行的：在合成金红石产品的表面上，合成金红石产品中的氧被离子化并溶解于融合盐电解质中的条件下进行，优选熔融盐电解质的金属阳离子沉积物；
其中处理的含钛材料是两种或更多的钛铁矿的混合物，其中合成金红石产物从钛铁矿中加入一部分的一种或多种钛合金元素中的每一种，用于实现钛金属含有的相应元素的相应比例，由此制备含有所述元素的钛合金。
在第一和第三方面的一个实施例中，含钛材料是钛铁矿。
在第一和第三方面的一个实施例中，含钛材料的处理的高温度在约1075℃至1300℃的范围内。
在一个实施例中，处理是在添加量的两种或更多种钛合金元素的存在下进行的，由此合成金红石产品包含相应比例的元素，以实现在电解还原法通过还原合成金红石产品制备的钛合金中各元素的相应比例。。
在第四方面，本发明提供一种合成金红石产品，其包含一部分的一种或多种钛合金元素，以实现在在电解还原法还原合成金红石产品制备的钛合金中相应元素的相应比例，其中所述一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：金属和准金属，并且以0.5wt％或更高的氧化物当量掺入，其中Al、Fe、Mg、Mn、和Si仅以2.5wt％或更多的氧化物当量的量引入，并且Fe，Mg和Mn仅与至少一种其它的所述一种或多种钛合金元素元素组合。优选地，所述的一种或多种钛合金元素选自下组：Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Ru、Si、Sn、Ta、V、W和Zr。
在一个实施例中，一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：Al、Co、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Sn、Ta、V，W和Zr，优选地，所述一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：Al，Mo，Sn或V。
在一个实施例中，Al、Fe、Mg、Mn和Si仅与至少一种其它合金元素组合加入。
在一个实施例中，所述的其他合金元素不是Fe、Mg或Mn。优选地，所述的其他合金元素不是Al、Fe、Mg、Mn和Si。更优选地，所述的其他合金元素选自下组：Co、Cr、Cu、Ga、Ge、Mo、Nb、Ni、Sn、Ta、V、W和Zr。
在一个实施例中，所述一种或多种钛合金元素中的至少一种包含的量为0.6wt％或更高，为氧化物当量；更优选，为0.7wt％或更高，为氧化物当量；更优选地，为0.8wt％或更高，为氧化物当量；最优选为1wt％或更高，为氧化物当量。
在本发明的第五方面中，提供了一种从上述合成金红石产品制备钛合金的方法，所述方法包括通过电解将合成金红石产品还原成钛金属合金。此外，本领域技术人员可以理解，根据该方法可形成一系列不同的钛合金。
具体实施方式
优选地，将钛合金元素并入到合成金红石产品中，使元素均匀地分布在合成金红石产品的整个晶粒结构中。换句话说，元素在合成金红石产品结构中不形成离散的内含物或在各个晶粒上形成离散的物理形式，例如，元件的涂层或其他离散区域。申请人认为，如果在合成金红石产品结构中实现这种均匀分布，则其通过电解还原步骤进入钛合金结构，由此是元素在钛金属中的均匀固态溶液。
加入的化合物的优选量应考虑到在含钛原料中元素的已知或确定的存在。发现添加的化合物的量与随后添加到合成金红石产品中的元素的加入比例之间可能存在基本线性的关系。
据认为，添加元素进入合成金红石产品结构的机制可能是通过形成M3O5相，但这可能取决于一系列因素，可能不是全面运行条件下的机制。这种相(可能是铁板钛矿相)通常由一系列元素稳定，并且在某些条件下可以是酸溶性的。还已知各种形式的还原金红石(TiO2-x，其中x可以在0至0.5之间变化)可以占据这些相同的元素。
特别感兴趣的钛合金元素是金属、半金属和过渡元素、包括(但不限于)Al、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Ru、Si、Sn、Ta、V、W和Zr。特别感兴趣的是Al、Co、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Sn、Ta、V、W和Zr。
钛合金元素可以在还原过程中以元素形式、作为矿物或作为含有钛铁矿的化合物形式添加。用于这些元素的合适化合物包括其单独的或混合的金属氧化物、矿石、浓缩物、水合物、硫酸盐、碳酸盐、卤化物(特别是氯化物)、硝酸盐或络合物(例如钼酸铝)，混合物例如铝、钼和或氧化钒的混合物也是合适的。
总钛合金元素的典型添加量相对于原料含钛材料高达20wt％(以氧化物当量计算)，典型为钛铁矿，更通常为3wt％至10wt％的范围内(以氧化物当量计算)。因此，合成金红石产品通常含有高达约30wt％的钛合金元素(以氧化物当量计算)，更通常地为4.3-14.3wt％的范围(以氧化物当量计算)。标准合成金红石含有典型TiO2含量至少为85wt％，因此加入高达20wt％的添加剂将导致合成金红石产品中TiO2含量至少65wt％的，TiO2含量更常见为70-90wt％。
添加剂的形式(即粉末、粗颗粒、矿物质、溶液、浆料等)不受限制，即可以有广泛的添加方法。然而，有一些证据表明，相对于较粗大的添加剂，使用较细尺寸的添加剂时，元素对吸收到结构中的效率更为有效，某些形式(例如盐)可能比纯氧化物(例如重烧氧化物如Al2O3，CaO和MgO)更具有移动性。当添加剂是溶液或浆料时，添加剂可以有利地喷涂到含钛材料(例如钛铁矿)的表面上。
优选地，钛合金元素的比例和元素化合物的添加量是预先确定的，以达到在通过电解还原过程中还原合成金红石产品而获得的钛合金产品中各元素所需的相应比例，以达到期望的钛合金结构和/或机械性能。
还原剂为合适的碳质还原剂，优选煤，并且该煤可以选择其气化反应性，从而造成还原条件，该条件下包含足够的还原的钛铁矿；可选地，添加元素的通式M3O5的钛相的比例与合成金红石产品的结构相结合。煤的气化反应性可能相对较高，在说明书的上下文中意味着明显高于所有煤的平均值。实际上，这意味着气化活性朝向在煤中发现的气化活性范围的较高端。
氢也可以用作还原剂。
钛铁矿或含钛材料的处理的高温度优选在1075℃-1300℃的范围，其中使用碳质还原剂，更优选1100℃至1200℃，最优选在1150℃至1170℃。在还原剂为氢的情况下，温度优选为600℃-900℃，更优选为750℃-900℃。
在高温度下处理含钛材料的持续时间通常可以在2至12小时，优选3至8小时，更优选4至6小时的范围。持续时间越长，钛合金元素的吸收越大，但通常具有一个时间更长时不能获得足够的总体效益的处理时长。
通常，在分离金属铁之前，还原的钛铁矿以一种方式冷却，以防止或最小化金属铁的再氧化。
优选地，含钛材料的处理在通常用于Becher工艺的倾斜回转窑中进行。或者，可以使用氢气作为还原剂在流化床反应器或循环流化床反应器或数个这样的串联反应器中进行处理。从窑排放回收的材料称为还原钛铁矿，这种情况下为金属铁和钛氧化物与添加元素和氧化铁及残留量的其他杂质的混合物。金属铁去除步骤可以是任何合适的分离方法，包括Becher还原方法中使用的那些。典型的这种方法是水溶性氧化步骤，在这步骤中金属铁在氯化铵催化剂稀水溶液中被氧化或生锈成Fe2O3或Fe3O4。金属铁除去步骤的替代方法可以是使用稀硫酸进行压力氧化。进一步的替代或额外污染物的去除步骤可能需要酸浸或洗涤，通常使用硫酸或盐酸。
在钛铁矿还原期间往钛铁矿掺杂某些金属氧化物能够制备特定的合成金红石原料，是电脱氧的理想选择。将α(Al、Zr和Sn)和β(Fe、Ni、Cr、Mo、Nb、Ta、W、V、Mn和Cr)稳定元素添加到合成金红石中导致钛合金的产生，后期进行电解还原，与没有添加的合成金红石的基线情景相比，表现出增强的性能(例如强度、延展性、系数、疲劳和腐蚀)。此外，钛的β相中的氧的扩散比单独的α高，因此包含Fe、Ni、Cr、Mo、Nb、Ta、W、V、Mn和Cr中的一种或多种可以减少电解还原时间，从而提高生产率。
电解还原步骤或方法可以是国际专利公开WO99/64638中公开的方法，或是随后修改和改进的方法。合适的电解质包括钡、钙、铯、锂、钠、锶和钇的氯化物盐。进行电解还原的温度可以是在的范围内。应当理解，含有添加元素的合成金红石产品用作阴极。在上述国际专利公开中描述了各种形状的阴极。然而，如所提供的合成金红石也是可接受的，例如铺设在穿孔的不锈钢阴极托盘上，所施加的电位通常可以在2.5伏至3.5伏的范围内。该电势被电位恒定的保持和控制，因此，在熔融盐中仅仅发生氧气电离，更倾向于阳离子的沉积。
本发明的第五方面部分来自于例如Mg的元素在还原处理中从高价MgO钛铁矿迁移到低价MgO钛铁矿的观察。
本发明的方法允许钛合金通过电解还原法以所需和预测的合金元素比例生产，而不需要采用在电解还原法的下游或上游添加元素这一有问题的手段。特别地，避免了该方法上游的昂贵的高温步骤。重要的是，在该方法中可以向生产合成金红石产品的原料步骤中添加元素，使得元素在合成金红石产品结构中均匀分布，并且通过电解还原将该均匀性转移到合金的固态溶液中。
实施例
进行了一些实验室规模测试，包括对钛铁矿样品进行小规模处理，以获得具有掺入添加剂的还原钛铁矿。所有的测试都是在含有温度控制箱式炉的旋转式碳化硅锅中进行。使用加热程序在6小时内将炉温升高至设定温度，然后将炉保持在该温度3-10小时。在9至16小时结束后，关闭炉子，将锅内容物在氮气下冷却至室温。在还原期间，从罐中定期取出样品，以便监测还原过程。将来自罐试验的大量还原钛铁矿以425微米孔径筛选除去烧焦物并磁力分离以排除非磁性细炭焦，煤灰氧化物和过量添加剂。在70℃条件下，将还原的钛铁矿在含有氯化铵水溶液(13g/L)的搅拌容器中下充气，注入空气达9小时以氧化并从还原的钛铁矿颗粒中除去金属铁。当氧化还原电位(ORP)变为正时，充气结束。湿式充气产品(合成金红石和氧化铁)使用53微米筛分离。将合成金红石干燥，称重并测定。
对于每个试验，将700g钛铁矿和所需量的煤和添加剂称重并混合，然后加入到碳化硅罐中。使用三种不同的钛铁矿：钛铁矿1是原生钛铁矿，钛铁矿2和3是次生钛铁矿。它们各自的主要组分组成列于表2中。在试验中使用了表3中列出的组合物的柯利(Collie)(西澳大利亚)煤作为碳质还原剂。
使用不同的添加剂和各种测试条件进行21次测试。结果如表1所示。试验1,3和14分别是钛铁矿1，2和3的参考试验，无添加剂，来确定在合成金红石中相关添加元素含量的碱值。在添加剂存在下使用钛铁矿1进行试验2，在添加剂存在下使用钛铁矿2进行试验4-13，在添加剂存在下使用钛铁矿3进行试验15-21。
表1结果表明，在类似的实验室测试条件下，三种钛铁矿的氧化铝添加量导致合成金红石产品中具有相似的铝含量(3.9至4.1％)。Mo、V和Sn氧化物添加到两个次生钛铁矿，导致类似的最终合成金红石添加剂的吸收。不同氧化物或多种金属氧化物的组合(如Al2O3或Al(OH)3+V2O5，CaMoO4)可以提高添加剂进入最终的合成金红石产品的吸收，而其他组合(如Al2O3或Al(OH)3+MoO3)可以实现一种或两种添加剂的较低吸收。不同的金属氧化物添加剂影响添加剂进入最终的合成金红石产品的吸收(例如Al2O3相较于Al(OH)3，而两者都是次生钛铁矿)。
表1
表2
组分 钛铁矿1(wt％) 钛铁矿2(wt％) 钛铁矿3(wt％)
TiO2 55.2 61.9 56.8
Fe2O3 37.4 32.1 39.0
MnO 1.0 1.1 1.25
MgO 1.9 0.20 0.21
Al2O3 1.2 0.66 0.54
SiO2 0.93 0.66 0.79
表3
如本文所使用的，除上下文另有要求外，术语“包括”和术语的变体例如“包括”、“包括”和“包含”，并不旨在排除另外的添加剂、组分、整体或步骤。
应当理解，在本说明书中公开和定义的发明延伸到从文本或附图中提到或明显的两个或更多个个体特征的所有替代组合。所有这些不同的组合构成了本发明的各种替代方式。

Claims (29)

1.一种制备用于电解还原法的合成金红石原料的方法，包括：
在还原环境中，在高温度下和在还原剂存在下处理含钛材料，从而将含钛材料转化为还原的含钛材料，其中含钛材料中的铁氧化物已基本上还原成金属铁，且含钛材料中金红石已经完全或部分地被还原为还原的金红石、铁板钛矿或黑钛石，，并分离出金属铁，以获得合成的金红石产品，
其中含钛材料的处理在添加量的一种或多种钛合金元素的存在下进行，由此所述的合成金红石产品包含一部分所述一种或多种钛合金元素，以实现在电解还原过程中，通过还原合成金红石产品制备的钛合金中的一种或多种钛合金元素的相应比例，
其中所述一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：金属或准金属；和
其中Mg和Mn仅与所述一种或多种钛合金元素的至少一种另外的钛合金元素的添加量组合进行添加。
2.一种用如权利要求1的方法制备的合成金红石产品制备钛合金的方法，所述方法包括：
在熔融盐电解质或这些盐的混合物中电解，将合成金红石产品还原成钛合金，其中电解是在以下条件下进行的：在合成金红石产品的表面上，合成金红石产品中的氧被离子化并溶解于融合盐电解质中，优选熔融盐电解质的金属阳离子沉积物。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述合成金红石产品包含至少65wt％的TiO2。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述的一种或多种钛合金元素中至少一种的添加量为至少0.2wt％，为氧化物当量。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述的一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Ru、Si、Sn、Ta、V、W和Zr。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述的一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、Mo、Nb、Ni、Pd、Ru、Si、Sn、Ta、V、W和Zr。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述的一种或多种钛合金元素作为金属或混合金属氧化物、矿石、浓缩物、水合物、硫酸盐、碳酸盐、氯化物或硝酸盐加入。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述的一种或多种钛合金元素加入到所述合成金红石产品的量高达约30wt％，为氧化物当量。
9.一种从合成金红石产品制备钛合金的方法，包括通过在熔融盐电解质或这些盐的混合物中电解，将合成金红石产品还原成钛合金，其中电解是在以下条件下进行的：在合成金红石产品的表面上，合成金红石产品中的氧被离子化并溶解于融合盐电解质中，优选熔融盐电解质的金属阳离子沉积物；
其中所述的合成金红石产品包含一部分的一种或多种钛合金元素，用于实现相应元素与钛金属的相应比例，从而制备含有所述相应比例的元素的钛合金；和
所述一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：金属和准金属，并且以大于0.5wt％的量添加，为氧化物当量，以及
Al，Fe，Mg，Mn和Si仅以2.5wt％或更高的氧化物当量添加，并且Fe，Mg和Mn仅与至少一种其它的选自所述一种或多种钛合金元素的钛合金元素组合使用。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述的一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Ru、Si、Sn、Ta、V、W和Zr。
11.如权利要求9或10中任一项所述的方法，其中所述一种或多种钛合金元素选自下组：Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Ru、Si、Sn、Ta、V、W和Zr。
12.如权利要求9至11任一项所述的方法，其中所述合成金红石包含至少65wt％的TiO2。
13.如如权利要求9至12中任一项所述的方法，其中所述的合成金红石产品包含一定比例的两种或更多种钛合金元素。
14.如权利要求9至13中任一项所述的方法，其中所述的一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：Al、Mo、Sn和V。
15.如权利要求9至14中任一项所述的方法，其中所述的一种或多种钛合金元素作为金属或混合金属氧化物加入。
16.如权利要求9至15中任一项所述的方法，其中所述的一种或多种钛合金元素加入到所述合成金红石产品的量高达30wt％，为氧化物当量。
17.一种制备用于电解还原法的合成金红石原料的方法，包括：
在高的温度和还原剂存在的还原环境中处理含钛材料，从而将含钛材料转化为还原的含钛材料，其中含钛材料中的氧化铁已经在含钛材料中基本上还原为金属铁，且金红石在含钛材料中已经全部或部分地还原为还原性金红石、铁板钛矿或黑钛石，并分离出金属铁，得到合成金红石产品；
其中处理的含钛材料是两种或更多的钛铁矿的混合物，其中合成金红石产品从钛铁矿中引入一部分一种或多种钛合金元素中的每一种，用于实现通过电解还原法中还原合成金红石产品制备的钛合金中相应元素的相应比例。
18.如权利要求1至8或17中任一项所述的方法，其中所述的处理是在添加量的两种或更多种钛合金元素的存在下进行的，由此合成金红石产品包含相应比例的元素，以实现在电解还原法通过还原合成金红石产品制备的钛合金中各元素的相应比例。
19.如权利要求1至8、17或18中任一项所述的方法，其中所述的含钛材料为钛铁矿。
20.如权利要求1至8或17至19中任一项所述的方法，其中所述的钛铁矿材料的处理的高温度在约1075℃至约1300℃的范围。
21.一种合成金红石产品，其包含一部分一种或多种钛合金元素，以实现在电解还原法还原合成金红石产品制备的钛合金中相应元素的相应比例；其中，
所述一种或多种钛合金元素中的至少一种选自下组：金属和准金属，并且以大于0.5wt％的量加入，为氧化物当量，以及
其中Al，Fe，Mg，Mn和Si仅以2.5wt％或更高的氧化物当量加入，并且Fe，Mg和Mn仅与至少一种其它的选自所述一种或多种钛合金元素的钛合金元素组合加入。
22.如利要求21所述的合成金红石产品，其包含至少65wt％的TiO2。
23.如权利要求21或22所述的合成金红石产品，其中所述的合成金红石产品中包含一部分两种或更多种的钛合金元素。
24.如权利要求21至23中任一项所述的合成金红石产品，其中所述的一种或多种钛合金元素选自下组：Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Ge、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、Pd、Ru、Si、Sn、Ta、V、W和Zr。
25.如权利要求21至24中任一项所述的合成金红石产品，其中所述的至少一种的一种或多种钛合金元素中选自下组：Al、Mo、Sn和V。
26.如权利要求21至25中任一项所述的合成金红石产品，其中所述的一种或多种钛合金元素作为金属或混合金属氧化物包含在内。
27.如权利要求21至26中任一项所述的合成金红石产品，其中所述的一种或多种钛合金元素加入到所述合成金红石产品的量高达约30wt％，为氧化物当量。
28.如权利要求21至27中任一项所述的合成金红石产品，其中所述的钛合金元素加入到所述合成金红石产品中，使得所述元素均匀地分布在所述合成金红石产品的整个晶粒结构中。
29.一种如权利要求21至28中任一项所述的合成金红石产品生产钛合金的方法，所述方法包括：
通过电解将合成金红石产品还原成钛金属合金。
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