煤化工灰渣主要指煤气化过程中产生的惰性铝硅酸盐产物,由于其含碳量很高,无法在建材建工领域得以规模性应用。煤化工灰渣中氧化铝、氧化铁和氧化钙总含量超过灰渣总量的60%,如果能够加以利用,将是一种极具潜力的固废资源化利用技术。然而对于如何分离Al3+、Fe3+和Ca2+离子,相关基础数据严重缺乏,成为煤化工资源化开发道路上的障碍。基于蒸发结晶分离Al3+、Fe3+和Ca2+离子的思路,本论文采用静态平衡法测定了Al3+、Fe3+、Ca2+‖Cl-—H2O体系以及子体系的相平衡。根据该水盐体系相平衡数据,获得了煤化工灰渣盐酸浸取液的蒸发规律,可以数字化显示不同蒸发阶段液相组成和固相组成的动态变化过程；结合煤化工灰渣综合利用的工艺要求,确定了蒸发结晶的最佳终点温度为333.15 K。采用间歇法对氯化铝水溶液的减压蒸发结晶过程进行了结晶动力学研究,回归得到了氯化铝在水溶液中的成核和生长速率方程。并分析了操作参数过饱和度、悬浮密度、搅拌强度、温度、晶种和杂质对氯化铝结晶的影响。根据Al3+、Fe3+、Ca2+‖Cl-—H2O体系相平衡数据,对煤化工灰渣盐酸浸取液蒸发结晶过程进行了概念设计,确定三效蒸发器传热面积均为19.18 m2,单效析晶传热面积为2.61 m2,每生产一吨结晶氯化铝,只需消耗1.48吨160℃饱和水蒸汽,经济效益较好。