粉煤灰是火力发电过程产生的大宗固体废弃物,蕴含丰富的铝、硅等有价组分及镓、钪、稀土等战略性金属元素。我国高度重视粉煤灰中多种资源综合提取与利用,其中氧化铝的提取引起了社会的广泛关注。目前,从粉煤灰中提取氧化铝的主要工艺为酸法、碱法以及酸碱联合法等,但均未能实现大规模的产业化应用。究其原因,氧化铝主要赋存于稳定的莫来石相或铝硅酸盐中,Al-Si-O键结合牢固,性质稳定,常规工况条件下酸、碱均难以将其有效分解,导致当前工艺流程复杂、成本高。另一方面,粉煤灰中硅含量高,铝硅比（A/S）低,工业提铝过程产生大量硅废渣,对环境形成二次污染。本论文针对粉煤灰中氧化铝提取的关键难题,提出采用真空还原-碱溶法从粉煤灰中提取氧化铝,并同时制备高附加值硅铁合金产品的技术路线,实现粉煤灰中有价元素的高效提取。基于此,本论文开展了粉煤灰真空还原过程的热力学分析、真空还原过程物相转变机制以及碱溶-磁选过程还原产物分离规律等关键科学问题研究,突破现有粉煤灰提取氧化铝技术的难题,为实现低成本、高效、绿色化的粉煤灰提铝新技术奠定理论基础。通过上述研究,本文取得的主要结果如下:（1）采用Fact Sage 8.0热力学计算软件,研究了粉煤灰真空还原过程各物相的热力学行为。结果表明,降低体系CO的分压可在热力学上降低铁、硅氧化物还原反应的吉布斯自由能,降低氧化物的还原温度。在Fe2O3的存在下,Fe和Si结合生成硅铁合金,可进一步降低硅氧化物还原反应的温度;在CaO的存在下,粉煤灰中Al2O3易与CaO生成铝酸钙,可进一步降低莫来石相的分解温度;在Fe2O3和CaO同时存在下,粉煤灰中的莫来石相可以在低温下与Fe2O3和CaO反应生成硅铁合金和铝酸钙,为氧化铝的提取以及硅铁合金的制备奠定了热力学基础。（2）通过控制变量法,探讨了氧化钙配比、还原温度及保温时长对还原产物中物相变化的影响规律。研究表明,在还原温度1473K、保温时长4h、氧化钙配比为30%时,铝酸钙主要以Ca Al2O4和Ca Al4O7的形式存在。当氧化钙配比增加时,2CaO·Al2O3·SiO2含量明显增多,导致铝酸钙含量降低。随着还原温度的升高和反应时间的延长,铝硅酸钙含量呈降低趋势,说明提高还原温度或延长保温时间可以促进铝硅酸钙中硅的还原,使还原产物中铝硅酸钙的含量降低。（3）利用XRD、SEM-EDS、光学显微镜等检测手段,探究了还原产物中硅铁合金颗粒的聚集长大行为。研究表明,当氧化钙配比从10%提高到30%时,体系中铝硅酸钙含量增加,限制了硅的还原,使硅铁合金颗粒的尺寸减小;当氧化钙配比从30%提高到50%时,由于体系在还原前期产生大量液相,促进了硅铁合金颗粒的聚集生长,使硅铁合金颗粒的尺寸增大。（4）通过碱溶-磁选实验,研究了氧化钙配比、液固比、苛性碱浓度、溶出温度、溶出时间对还原产物中含铝物料的分离行为。实验结果表明,还原产物中Ca Al2O4和Ca Al4O7在适宜条件下可与碱反应生成铝酸钠和碳酸钙沉淀,而硅铁合金基本不溶于碱液;碱溶后的滤渣再经过磁选可获得硅铁合金和碳酸钙两种产品。在氧化钙配比为30%,温度为1523K,保温时间为6h时,氧化铝的提取率为94.62%,铝酸钠溶液的硅量指数为87.43,磁性产物中硅铁合金品位为93.14%,非磁性产物中碳酸钙的含量为91.88%。