粉煤灰与铝灰均是工业固体废弃物,每年产生的数量十分巨大,两者的堆积处理不仅会占用大量土地,还会污染空气和水体,威胁到人类自身健康。粉煤灰的主要成分为Al₂O₃、SiO₂和Fe₂O₃,是良好的制备硅铁合金和提铝资源。铝灰含有金属铝和氧化铝,可作为铝热剂和提铝原料。本文采用铝灰作为铝热剂,开发出粉煤灰铝热还原法制备硅铁合金和富铝渣的工艺,并研究了粉煤灰与氯化钙焙烧提铝反应的动力学及机理。采用HSC热力学软件对反应体系中各个反应进行了热力学计算,计算各反应的可行性和反应起始温度。计算结果表明二氧化硅的碳热还原温度为1943K,但是在有铁存在的情况下,二氧化硅还原温度降到1752K,同时能有效破坏SiC的生成,减少还原过程中硅的损失。金属铝可以在实验温度下能顺利完成对氧化硅和氧化铁的还原,而AlN还原氧化硅需要在1914K的温度以上。采用FactSage热力学软件模拟在理论配料和不输入氧气体系下,金属铝完全还原粉煤灰和氧化铁的过程,模拟结果表明在1673K产物主要物相为硅铁合金、莫来石、刚玉和渣。研究了粉煤灰与铝灰混合烧结磁选得到磁性硅铁合金和非磁性富铝渣的工艺。在保温温度1673K,保温时间20min,配铝灰量为理论配比条件下,此时硅铁合金纯度为85.89%,氧化铝纯度为79.41%。熟料中的主要物相有Al₂O₃、FeSi、SiC、MgAl₂O₄、Fe₅Si₃。通过实验和热力学软件模拟,探索不同氧含量条件下碳热、铝热分别还原氧化硅和氧化铁的机理。在体系不输入氧气条件下,SiO₂和Fe₂O₃容易被还原出单质硅和单质铁,并形成硅铁合金。在体系输入少量氧气和体系输入足量氧气情况条件下,金属铝和碳优先与氧气反应,且金属铝的还原产物氧化铝会继续与氧化硅反应生成莫来石,影响产物的纯度。粉煤灰直接酸浸提铝的适宜实验条件为:浸出温度353K、浸出时间60min,液固比8:1,在此条件下铝的浸出率为8.44%。氯化钙与粉煤灰混合焙烧反应的实验优化条件为:焙烧温度1173K,焙烧时间30min,氯化钙与粉煤灰质量比1:1,在此条件下铝的浸出率为93.48%。证明粉煤灰中的铝集中在莫来石里且氯化钙是一种优质焙烧活化剂。氯化钙与粉煤灰混合焙烧反应受内扩散控制,焙烧温度到1173K及以上时,粉煤灰能被完全活化。CaCl₂在高温焙烧过程中很难分解,在有SiO₂存在下,CaCl₂可以被空气中组分所分解。