粉煤灰是燃煤发电的副产物,产量巨大,但利用途径有限,致使其长期大量堆存,从而引起一系列环境问题,对其进行资源化综合利用已势在必行。粉煤灰的主要化学成分为铝、硅的氧化物,可作为制备新型铝、硅功能材料的原料。然而其铝、硅元素主要以莫来石相(Al6Si2O13)存在,化学性质稳定,它的活化转化是粉煤灰高附加值利用的前提和关键。为此,研究人员开发了多种活化方法,其中碱烧结法和铵盐法因可实现铝、硅资源的综合利用而受到广泛关注。但是碱烧结法和铵盐法处理过程能耗高,试剂消耗量大,严重影响了其经济效益及应用。针对这两种方法现有工艺的不足,本论文采用微波加热的方式,强化活化反应和提高活化效率,实现粉煤灰中铝、硅资源的高效转化与分离,以酸浸得到铝溶液和氧化硅为铝、硅源,制备具有高附加值的新型铝、硅功能材料。该研究不仅有利于粉煤灰高效活化过程的节能降耗,促进粉煤灰高附加值、资源化综合利用,降低其对环境的污染,也给硅、铝功能材料的制备提供了廉价的硅、铝源,有利于新型硅、铝功能材料的进一步发展。论文以内蒙古粉煤灰为原料,以活化后物料的铝浸出率作为粉煤灰活化的评价依据,在热力学分析的基础上,对比研究了常规加热及微波加热条件下,粉煤灰-碳酸钠及粉煤灰-硫酸铵烧结活化情况,对活化反应条件及工艺进行了优化,并结合活化反应动力学及表征结果,探讨了微波强化粉煤灰活化的反应机理。在此基础上,利用活化物料酸浸后的含铝滤液和二氧化硅滤渣,制备了高附加值的铝、硅功能材料。开展了微波强化粉煤灰-碳酸钠体系烧结活化实验,并与常规烧结活化实验进行了对比。考察了烧结温度、烧结时间及碳酸钠/粉煤灰试剂配比对粉煤灰活化效果的影响,并进行了动力学研究。对于常规焙烧活化,在烧结温度900℃、烧结时间60 min、碳酸钠/粉煤灰质量比1：1的条件下,铝的转化率达到94.99%,反应的表观活化能Ea=117.06 kJ/mol；对于微波加热活化,在烧结温度700℃、烧结时间20 min、碳酸钠/粉煤灰质量比1：1的条件下,铝的转化率可达95.52%,反应的表观活化能Ea=66.50 kJ/mol。MRD、SEM表征结果表明,相对于常规烧结,微波加热可有效促进反应物料的熔融聚合,有利于粉煤灰中惰性组分莫来石的分解。由此可见,对于粉煤灰-碳酸钠活化体系,微波加热方式更有利于粉煤灰和碳酸钠之间的原子扩散和传质,使活化反应更易、更快进行,从而实现了粉煤灰在更低温度(温降低200℃)、更短时间(时间缩短40 min)下成功转化为易溶于酸的硅酸钠、铝硅酸钠和氧化铝。酸浸渣物相为不定型SiO2,氧化硅含量为98.64%。开展了微波强化粉煤灰-硫酸铵体系焙烧活化实验。考察了焙烧温度、焙烧时间及硫酸铵/粉煤灰试剂配比的影响及反应动力学。对于常规焙烧活化,在焙烧温度380℃、烧结时间60 min、硫酸铵/粉煤灰质量比6：1的条件下,铝的转化率达到92.35%,反应的表观活化能Ea=31.05 kJ/mol；对于微波加热活化,在焙烧温度340℃、烧结时间25 min、硫酸铵/粉煤灰质量比6：1的条件下,铝的转化率可达96.12%,反应的表观活化能Ea=18.84 kJ/mol。表征结果显示,微波加热可促进物料在较低温度下形成局部熔融点,通过改善微区的反应条件,促进了硫酸铵焙烧法对粉煤灰的深度活化,使其转变为易溶于酸的硫酸铝铵(NH4Al(SO4)2)。酸浸渣物相为石英和不定型SiO2,氧化硅含量为92.18%。采用响应曲面法对常规加热及微波加热条件下粉煤灰-碳酸钠和粉煤灰-硫酸铵活化工艺进行了优化。①对于粉煤灰-碳酸钠活化体系,取铝转化率95%为目标转化率,得到常规烧结活化优化条件为：烧结温度896.71℃、烧结时间64.94 min、碳酸钠粉煤灰试剂比1：1.17：而微波烧结活化优化条件为：烧结温度701℃、烧结时间21.57 min、碳酸钠粉煤灰试剂比0.79。与常规加热工艺相比,微波加热工艺的烧结温度降低了189℃,烧结时间减少了42.8 min(65.9%),碳酸钠粉煤灰试剂质量比减少了0.4(32.5%)。②对于粉煤灰-硫酸铵活化体系,得到常规焙烧活化优化条件为：焙烧温度399.33℃、焙烧时间43.76 min、硫酸铵粉煤灰试剂比1：4.92,此时粉煤灰的转化率为92.73%；得到微波焙烧活化优化条件为：焙烧温度347.35℃、焙烧时间29.89 min、硫酸铵粉煤灰试剂比1：6.06,此时粉煤灰的转化率为97.72%。与常规加热工艺相比,微波加热工艺的烧结温度降低了约52℃,烧结时间减少了约14 min,铝的转化率提高了约5%。对粉煤灰活化酸浸后的二氧化硅滤渣和含铝滤液进行了进一步高附加值资源化利用,制备介孔硅材料和铝材料。以上述二氧化硅滤渣为硅源,采用固相无溶剂一步法成功合成了HZSM-5介孔材料。以粉煤灰活化酸浸得到的氯化铝、硫酸铝滤液为铝源,以Pluronic P123为模板剂,采用溶胶凝胶法成功合成了介孔氧化铝材料,比表面积分别为186.44 m2/g和114.5 m2/g。