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随着社会的发展,人类对不可再生的矿产资源需求量急剧增加,因此,在金属冶炼中会产生大量的冶金固废以及有毒有害气体。例如:攀钢主要采用的高炉冶炼工艺冶炼钒钛磁铁矿的过程中会产生大量的含钛高炉渣,伴随排放出大量有毒有害的废水、废气。虽然科研工作者对其进行了大量的研究,然而一直未能找到经济环保的方式解决冶炼过程中产生的“三废”难题。本文借鉴了“以废治废”的思想,在前期直接提取模拟含钛高炉渣中的钙钛矿的研究基础上,基于光催化性能驱动,利用典型固废,如废旧电路板中Cu或锰渣/锰尾矿中的Mn等两种过渡金属元素（为后续实现利用含此类过渡元素的固废对含钛高炉渣的原位掺杂提供理论依据）对含钛高炉渣中的钙钛矿进行原位掺杂,然后利用氧化性钠盐重构硅酸盐相,使其能被盐酸完全溶解,从而制得低成本高效烟气光-热耦合选择性催化还原脱硝（Photo-SCR）催化剂,处理废水、废气,试图探索出一条资源循环-污染控制一体化的难处理高硅冶金渣高附加值利用新途径。主要研究内容及成果如下:（1）在1500℃保温1 h,分别以CuO、MnO2对攀钢含钛高炉渣进行原位资源禀赋优化,研究了添加CuO、MnO2对含钛高炉渣中矿物相的影响,特别是对钙钛矿相掺杂的效果。原位掺杂不改变含钛高炉渣的基本矿物相,改性渣中主要矿物相成分仍是钙钛矿（CaTiO3）和透辉石,且原位掺杂后钙钛矿CaTiO3在33.1°附近的衍射峰向低角度方向偏移。但是CuO在渣中发生聚集,形成新的物相,而Mn元素则掺杂分散在透辉石和钙钛矿相中。（2）添加Na2CO3升温至1500℃保温1 h,对原位资源禀赋优化的含钛高炉渣进行硅酸盐相重构,考察了Na2CO3对Ti元素在钙钛矿相中的富集、硅酸盐相重构以及掺杂剂赋存状态的影响。研究结果表明:该过程促使硅酸盐相中的Ti富集到钙钛矿相,重构硅酸盐相转变成可被酸完全溶解的硅酸盐矿物（铝硅酸钠）,同时能够促进Mn掺杂到钙钛矿相,Mn元素含量可达到9%（wt%）。（3）通过稀盐酸溶液对经硅酸盐相重构的原位掺杂渣进行硅酸盐剥离,直接提取Cu/Mn掺杂的钙钛矿CaTiO3材料,研究了不同CuO、MnO2掺杂量重构渣中钙钛矿的提取以及硅酸盐解离规律,以及不同掺杂量的原位掺杂渣中钙钛矿相的掺杂情况。氧化性钠盐重构生成的硅酸盐相（铝硅酸钠）可被盐酸完全溶解。CuO原位掺杂酸浸渣中SiO2含量达到7%（wt%）左右,且CuO含量不超过1%（wt%）,而MnO2原位掺杂的酸浸渣中SiO2含量较低（4%左右,wt%）,且MnO含量最高可达到21.24%（wt%）。Mn比Cu更容易掺杂到钙钛矿相中。适宜的酸浸条件为:浸出温度30℃,搅拌时间1 h,盐酸浓度8%,渣酸比1 g:15 mL。（4）为探索由本论文所建立方法提取的Cu/Mn掺杂钙钛矿材料在光催化领域的高附加值应用,我们研究了酸浸渣的相关光电性能,原位掺杂酸浸渣对可见光有较好的吸收;CuO和MnO2原位掺杂CaTiO3材料的最大瞬态光电流分别达到130 nA和150 nA,光电流密度分别约为520 nA/cm2、600 nA/cm2。光催化降解亚甲基蓝的实验结果表明,光照时间为180 min时,MnO2原位掺杂CaTiO3材料的亚甲基蓝浓度低于CuO原位掺杂CaTiO3材料的亚甲基蓝浓度,MnO2原位掺杂效果比CuO的效果好,这与瞬态光电流以及紫外-可见吸收光谱结果基本一致。（5）相比于酸浸渣在降解有机染料的低活性,当将其应用于模拟废气光-热耦合催化脱硝中时,展现出优异的性能。随着MnO2原位掺杂CaTiO3材料中Mn元素含量的增大,光催化脱硝性能明显提升。同时MnO2原位掺杂CaTiO3材料中含有少量的Si等杂质元素,与催化剂产生协同作用,提高催化剂的活性。5%MnO2原位掺杂CaTiO3复合材料,在反应温度300℃时,对NO的去除率达到93%。综上所述,本论文通过对难处理含钛高炉渣进行原位掺杂、硅酸盐相重构及化学分离,得到具有重大应用属性的Cu/Mn掺杂的钙钛矿CaTiO3材料,并初步评价了其在烟气光耦合选择性催化还原脱硝等环境治理领域的应用。研究成果不仅可以为含钛高炉渣原位资源禀赋优化提供理论基础,开辟该类渣直接材料化的新途径,并且对固废协同资源化高附加值利用具有重要借鉴意义。