高铝粉煤灰年排放量超过2500万吨,综合利用率低,大量堆存造成严重的环境污染。高铝粉煤灰中氧化铝含量可达50%左右,同时富含大量的非晶态氧化硅组分。当前,研发经济可行的氧化铝提取技术是高铝粉煤灰综合利用的战略需求,而通过碱法脱除非晶态氧化硅、提高高铝粉煤灰铝硅比是其中的关键环节。本文主要针对高铝粉煤灰脱硅过程中产生的高碱性脱硅液高值化利用问题,开展了高碱体系中硅基材料可控制备与介质循环的基础研究,提出了硅酸钙晶须及保温材料制备、高比表面二氧化硅联产超细碳酸钙两种工艺路线,将为高铝粉煤灰中伴生非晶态氧化硅高值化利用提供技术支撑。主要研究内容和结论如下：(1)针对高碱体系中硅酸钙晶须的水热制备过程,考察了钙硅比(CA/SI)、碱浓度、反应温度等条件对硅酸钙晶型和形貌的影响,建立了反应条件与不同形貌及晶型的硅酸钙晶须对应关系,并可合成长径比大于100且分散性良好的变针硅钙石型晶须；研究发现硅灰石族硅酸钙均具有晶须形貌,通过晶面表面能计算得到变针硅钙石晶须的轴向和径向晶面晶面能分别为0.057 eV/A3和0.027 eV/A3,确定晶体轴向的优先生长是晶须形貌的成因。(2)提出低温苛化制备低碱含量无定型水合硅酸钙(C-S-H),并进一步水热制备硬硅钙石的新工艺路线；分析表明C-S-H为硅氧四面体链状结构,C-S-H中残留的Na+包括吸附钠和层间结合钠；基于此,开发了离子交换三级逆流洗涤工艺,5倍洗水下C-S-H中Na+可降低至0.35%,以此C-S-H为原料可水热制备得到硬硅钙石型保温材料；进一步研究发现过量铝会促使晶型转变为托贝莫来石,但配入硅或加入螯合剂EDTA可以抑制晶型转变。(3)开展了高碱低模数脱硅液碳化法制备低密度高比表面二氧化硅研究,提出了两段碳化法制备白炭黑路线,开展了工艺优化,白炭黑比表面积最高420.82 m2/g；针对碳化法制备气凝胶过程,开展了工艺条件影响考察,优化条件下制备气凝胶密度最低为0.34g/mL,比表面积最高为700.72 m2/g；系统考察了反应过程中体系pH值、表面基团的变化规律,发现溶剂分层导致气凝胶无法有效表面改性；基于此,采用溶剂预置换二氧化硅气凝胶表面形成疏水结构,密度可降至0.25 g/mL。(4)针对碳化残液循环利用问题,开发了苛化过程碱回收和碳酸钙形貌的协同控制技术；考察了工艺条件对转化率和碳酸钙形貌的影响,优化条件下碳酸根转化率为95.70%,并得到形貌均一、粒径约100nm超细碳酸钙产品；深入研究了反应过程中碳酸钙形貌变化规律,结果表明反应初始阶段碳酸钙是晶体和无定型的复合结构,反应时间延长,碳酸钙形貌主要为规整的正方体颗粒,然后出现其他形状的碳酸钙颗粒,碱性条件下,大部分立方体形颗粒开始溶解形成团状物质。(5)针对超细碳酸钙晶体颗粒分散性差、易团聚的特点,利用混合悬浮混合产品排料技术(MSMPR)开展了高碱体系中碳酸钙结晶动力学研究；结果表明该体系中,碳酸钙晶体生长是表面反应控制,而成核速率则是受粒径控制,体系中过量的OH-会与Ca2+结合导致生长速率常数和成核速率常数均较低；团聚因子与平均停留时间呈正比例关系,氢氧化钙浓度升高后,悬浮密度的增加则会导致颗粒间碰撞概率增加从而破坏碳酸钙颗粒的团聚。