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2014年我国粉煤灰排放量5亿吨以上,随着电力行业的发展粉煤灰的排放量呈逐年递增的趋势。产量巨大的粉煤灰处理不当,对空气、水土及人体健康会造成消极的影响。粉煤灰中含有大量的氧化铝和氧化硅是一种具有开发利用价值的二次资源。碳还原粉煤灰提取铝硅合金,不仅可以拓展粉煤灰的利用途径,使得粉煤灰高附加值利用,还能延伸煤炭产业链及煤炭和电力行业可持续发展。本文对Al-Si-O-C体系进行热力学计算,并在常压和真空条件下进行了实验研究。常压下,以三种不同来源的粉煤灰为原料,对碳还原粉煤灰的物相变化规律进行了研究。以高铝粉煤灰为原料对碳还原粉煤灰制取铝硅合金的工艺条件进行了研究,并以粉煤灰中提取的粗铝硅合金作为还原剂进行了热法炼镁的实验研究。热力学计算表明在Al-Si-O-C体系中存在复杂的化学反应,铝的碳化物和碳化硅生成热力学条件优于其单质铝和硅生成热力学条件,在高温条件下有气态的铝和硅生成。铝的碳化物、碳化硅、氧化铝、氧化硅及气态物质之间高温下能发生复杂的化学反应,在较低温度下气态物质会生成碳化物。碳化物的生成和分解理论能很好解释碳还原氧化铝和氧化硅的还原过程,然而氧化硅的配入量对还原过程的影响较大,造成差异的原因为Al2O3和SiO2与C之间存在竞争反应。在真空下还原渣和冷凝物主要物相是由大量铝的碳化物和碳化硅组成。高铝粉煤灰在碳还原过程中主要经历莫来石分解为氧化铝和氧化硅及石英与碳反应生成碳化硅,在2273K温度下Al2O3与SiC反应生成铝和硅,粗合金主要由Si、Al、SiC、Al9FeSi3组成。高铁粉煤灰在低温阶段的还原过程与高铝粉煤灰类似,2173K时产物中有FeAl2.7Si2.3生成,表明铁的存在能有效降低铝的生成温度,最终合金由SiC、FeAl2.7Si2.3、Fe0.42Si2.67、Si组成。高钙粉煤灰与前两种粉煤灰的还原过程相差较大,在1873K时CaSO4与C反应生成CaS,1973K时生成CaO, CaO、SiO2,Al2O3之间反应生成Ca2Al2SiO7和CaAlO4,直到2273K还原产物中有CaAl2Si2、FeAl3Si2、Al、SiC生成。碳还原粉煤灰制取铝硅合金的工艺条件实验表明：木炭还原效果较好,合适的熔炼温度为2273～2373K,熔炼时间为30～40min,配碳量为0.9～0.95(理论配碳质量的90～95%)。木炭为还原剂,熔炼温度2323K、熔炼时间30min、配碳量为0.92,较佳的实验条件下进行三次重复试验,所获得的粗铝硅合金平均化学成分为(wt.%):Al (29.71%)、Si (48.62%)、Fe(7.27%)、Ti (1.42%)、Ca(2.17%)、C(2.06%)、其他(8.75%)、Al、Si、Fe的平均回收率分别为60.19%、72.66%、111.92%,碳化硅的平均生成率为5.36%。以粗铝硅合金作为热法炼镁的还原剂,真空度为5～15Pa,1473K时镁的回收率达到65.12%,还原所得粗镁中镁的含量超过97.00wt.%。由于粗铝硅合金与氧化镁生成了MgAl2O4 和Mg2SiO4不利于反应继续进行,使得镁的回收率较低。