粉煤灰是煤炭燃烧过程中产生的粉状废弃物,主要来自于火力发电厂的工业废料,据有关部门统计到2020年,粉煤灰排放量可以达到9.2亿吨。目前粉煤灰处理的方法往往是低端化应用,粉煤灰中有价金属资源未能充分利用,所以资源化高值化是粉煤灰处理必然选择。基于目前粉煤灰碳热还原方法存在的问题,本课题提出基于粉煤灰碳热还原机械搅拌制备硅铁合金方法,本文对粉煤灰碳热还原体系的热力学进行了分析,采用化学分析、XRD,SEM等手段对粉煤灰成分和矿相进行了研究,采用单因素实验研究了粉煤灰碳热还原过程,并对硅铁合金产物进行了表征,得出主要结论如下:（1）粉煤灰体系碳热还原热力学计算表明:在温度在1173-2473K范围内,氧化物还原顺序为Fe2O3>K2O>Na2O>SiO2>TiO2>MgO>CaO>A12O3,生成碳化物反应吉布斯自由能变更负。高温下Al2O与C和SiC与Al2O3的反应是生成金属铝两个主要反应。SiC和SiO2在高温下生成金属硅,二氧化硅含量增多,有利于碳化物的分解和单质硅生成,铁的存在使碳化硅分解生成硅铁和碳。通过Fe-Ti-C-O、Si-Ti-C-O体系优势区图的分析表明,在铁和硅存在的条件下,TiO2的还原更易,体系中SiTi、Si2Ti和FeTi相稳定存在。（2）原料的矿物学分析表明,粉煤灰的主要物相为莫来石和游离的二氧化硅,粒度大约集中在100 μm;而多金属矿石的主要物相为方解石和钙长石等。粉煤灰和多金属矿石的成分大致相同,只是含量有所差别。（3）碳热还原粉煤灰的实验研究表明,选取1%聚乙烯醇溶液为粘接剂造球,不添加CaO,熔炼温度在2073 K,熔炼时间为1.5 h,配碳比为0.6,是适宜的熔炼工艺条件。此条件下总金属回收率为66.7%,获得了含钛的硅铁合金其中Si 43.26 wt.%、Fe 43.09 wt.%、Ti 1 1.3 wt.%、Al 0.504 wt.%、C 0.66 wt.%。（4）硅铁合金与渣分离良好,SEM-EDS分析表明,合金中的成分并不均匀,相界面清晰,主要存在深灰色相为Si+FeSi2、浅灰色相为FeSi+FeSi2相和黑色的碳化硅相。渣的XRD分析表明,渣的主要物相为AlO3·MgO和CaAl2Si2O8。当配碳比高、熔炼温度低、以及熔炼时间过短和过长,渣中存在碳化物相。（5）碳热还原多金属矿实验研究表明,选取1%聚乙烯醇溶液为粘接剂造球,不添加CaO熔炼温度在2073 K,熔炼时间为1.5h,配碳比为0.8,是适宜的熔炼工艺条件。此条件下总金属回收率为52.37%。获得了含钛的硅铁合金其中Al 0.338wt.%、Si 39.74 wt.%、Fe 45.54 wt.%、Ti 6.84 wt.%和C 0.058 wt.%。由此可以看出通过碳热还原新疆某地多金属矿也可以得到含钛硅铁合金,且杂质碳化硅的含量较低。（6）SEM-EDS分析表明,合金中的成分并不均匀,相界面比较明显,合金中的灰色FeSi+FeSi2相和灰黑色相为Si+FeSi2相,浅灰黑色相为含钛硅铁相。渣的XRD分析表明,XRD图谱中的衍射峰数量不多,是因为合金与渣在高温热态下倾倒后冷却速度过快,导致结晶效果不好,衍射峰的数量减少,衍射峰大多数对应,Al2O3-MgO和CaO-Al203出现,少量的衍射峰对应硅铁和碳化硅。（7）通过粉煤灰和多金属矿石的碳热还原实验研究发现,根据配碳比为1进行配料后熔炼,粉煤灰不能熔化形成熔池,故实验的配碳量均小于理论值,且在实验过程中还发现在加料结束后,会造成炉底上涨,进行机械搅拌之后,熔池上涨受抑制明显。可见机械搅拌很好的解决了在碳热还原过程中,炉底上涨的问题。