煤炭是我国最丰富的一次能源,占据我国能源生产和消费总量的70%以上。国内大规模的产业建设带动了火电行业飞速发展,随之而来的煤灰渣的排放量也与日俱增。煤灰的大量堆积不仅占用土地,还带来许多环境问题。然而,煤灰中最主要的元素为硅和铝,若采取有效的工艺方法提取出来,不仅解决了环境问题,而且带来了经济价值。结合浙江大学热能工程研究所提出的煤炭分级转化梯级利用技术,充分发掘煤炭的能源特点与资源属性,实现资源的高附加值利用。本文提出了煤灰渣酸浸提铝残渣制备纳米白炭黑产品的工艺,并展开了相关试验研究：首先用硫酸在合适条件下酸浸溶出灰渣中的铝元素制取A1203,留下富含硅元素的残渣。碳酸钠与酸浸渣在高温下焙烧,对酸浸渣-Na2CO3体系烧结过程进行热力学分析和计算,通过设计正交试验,初步确定了焙烧条件。再经过单因素试验,分别讨论焙烧温度、Na2CO3配比、保温时间和升温方式对二氧化硅溶出率的影响。实验结果表明：在焙烧温度1153 K、焙烧时间1.5 h、ml(酸浸渣)：m2(碳酸钠)为2：2.90条件下,反应条件最佳,酸浸渣中二氧化硅的溶出率可达到85.88%。随后对酸浸渣-Na2CO3体系的热分解过程进行动力学研究,结果表明该过程符合Crank-Ginstling-Braunshtein方程,经试验数据计算,反应的表观活化能为156.46 kJ/mol。焙烧后产物经100℃水浸可溶出85%以上的硅,并得到一定浓度的硅酸钠溶液。水浸残渣中含有无定型态的硅和铝元素,亦可考虑二次提铝和提硅,最终实现对煤灰中硅铝资源的综合和精细化利用。硅酸钠溶液碳分法制备纳米白炭黑试验中,通过单因素法,对影响产品性能的制备因素进行探究,得到制备纳米白炭黑的最佳反应条件：SiO2质量分数取2%,CO2通气速率0.5min-1,溶液反应温度65-75℃,反应终点PH=8,陈化时间2 h。过滤洗涤后再经共沸蒸馏干燥并120℃烘干后,可制备比表面积250 m2/g左右的疏松状纳米白炭黑产品。加入一定量的添加剂可以显著改变颗粒的表面状态,减少一次粒子团聚,改善体系的分散性和稳定性。在合理的制备条件下,加入质量分数1%的聚乙二醇10000表面活性剂和质量分数1%的氯化钠分散剂效果最佳,制备的Si02粒子尺寸小,粒径20 nm左右,一次粒子分布均匀且团聚体较小,分散性最佳。制备的纳米白炭黑产品符合HG/T 3061-2009中的A类标准,纳米白炭黑产品的SiO2含量达92.34%,吸油值达到3.10 ml/g。煤灰酸浸提铝残渣制备纳米白炭黑工艺,不仅基本实现了硅铝资源的完全分离,还实现两种资源的分级高效利用。水浸残渣二次酸浸可进一步提取硅铝资源,而且碳分反应过程无强酸,减少了环境污染,碳分结束后溶液内的碳酸钠可返回焙烧工序循环利用。因此该工艺是一种经济附加值和资源综合利用率高,环境友好型的可持续发展技术。