粉煤灰是一种来自于火力发电厂燃煤锅炉中煤粉燃烧产生的一种工业固体残渣,粉煤灰的年排放量大于利用量因此累积储量十分庞大。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逐渐形成多元化,本文所提出的基于粉煤灰碳热还原-涡流搅拌制备硅铁合金的方法为粉煤灰的高附加值多元利用提供一种选择。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）通过对粉煤灰碳热还原体系进行热力学计算得出:在温度为500K～2500K范围内,氧化物还原顺序为Fe2O3＞K2O＞Na2O＞SiO2＞TiO2＞MgO＞CaO＞Al2O3,同时对应的金属氧化物生成碳化物反应的吉布斯自由能变要比生成相应金属的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。粉煤灰体系碳热还原热力学计算表明,Fe2O3相比于Fe,FeO,Fe3O4对于莫来石理论碳热还原温度的降低具有更大程度的促进作用。粉煤灰中莫来石相较稳定而不易于分解及碳热还原。标准状态下,粉煤灰中莫来石相的碳热理论还原温度为1835 K。但是在Fe2O3参与下,在标准状态下粉煤灰中莫来石的理论碳热还原温度为1425 K,降低了 410 K。（2）粉煤灰的化学分析表明,粉煤灰中主要含SiO2和Al2O3,两者的质量分数分别为58.95%和25.56%。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附近;（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,熔炼温度为1873 K,熔炼时间为2.0h,理论配碳量的0.6倍是适宜的熔炼工艺条件。此条件下总金属回收率为66%,获得了含钛的硅铁合金其中Al 1.52 wt%、Si 38.7 wt%、Fe 59.56 wt%、Ti 1.63 wt%、C 1.06 wt%。（4）硅铁合金与渣分离良好,SEM-EDS分析表明,合金在微观形态下界面清晰,存在不同成分的区域富集区,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。（5）通过对粉煤灰碳热还原的机理分析表明,当温度达到1623 K,粉煤灰中的Fe2O3就已经开始进行碳热还原反应;当温度在1673K～1723 K之间时,此时发生的反应是莫来石相的分解和Fe3Si的形成;当温度在1773 K时,莫来石相消失,同时SiC开始形成;当温度在1773 K～1823 K时,由莫来石相分解产生的Al2O3·SiO2继续分解,继续生成SiC和Fe3Si直至SiO2相完全消失。（6）通过对渣的XRD分析,可以发现在最佳单因素实验条件下,渣中的衍射峰对应SiC和TiC等。并没有发现Fe,FeSi和Fe3Si等的衍射峰。这表明渣金分离得十分彻底。这与机械搅拌的强化还原,定向沉降的作用的分不开的。