利用高岭岩基煤矸石制备铝系化工产品是煤矸石资源化利用的高附加值手段。要有效利用煤矸石中的铝资源,必须激发其活性,但煤矸石活化的机理及其影响因素目前尚不清楚。针对煤矸石活化研究目前所存在的问题,本课题系统研究了煤矸石的热活化和机械力活化过程,分析了活化机理及影响因素,考察了碳质对煤矸石热活化和机械力活化的特殊影响,指出了制约煤矸石活化技术工业放大的关键因素,并提出了可行性解决方案。针对煤矸石热活化技术,研究了煤矸石热活化过程中矿物结构的转变与煅烧产物活性的内在联系,讨论了碳质、粒度和煅烧气氛对煤矸石热活化的影响。煤矸石煅烧后的活性主要来源于煤矸石中高岭石热分解形成的偏高岭石,偏高岭石进一步分解后活性降低。煅烧过程中高岭石经历了脱羟基、分凝和重结晶三个阶段。煤矸石所含碳质中的挥发份和固定碳的燃烧可加速高岭石的脱羟基分解过程,从而降低由偏高岭石向晶态物质转变的活化能,促进偏高岭石的分解。煤矸石中高岭石的脱羟基过程随着反应的进行从化学反应控制转变为扩散控制。煤矸石颗粒中碳质的燃烧可在颗粒径向产生温度梯度,导致高岭石的热分解程度沿径向产生差异,颗粒粒径越大差异越明显,颗粒平均活性越低。快速煅烧条件下,粗颗粒煤矸石中高岭石脱羟基生成的水分可在颗粒内部产生一定的水蒸气压力,进而改变高岭石的热分解过程,促进偏高岭石的重结晶,并可使莫来石的生成温度较软质高岭土降低近400℃。氮气或二氧化碳气氛下煅烧,可以消除碳质燃烧对细颗粒煤矸石中高岭石相转变的影响,同时二氧化碳气氛还可以在一定程度上抑制偏高岭石的分解。针对煤矸石机械力活化技术,研究了机械力活化过程中煤矸石的粒度、矿物结构以及反应产物活性的内在联系,讨论了碳质对高岭石活化的影响。煤矸石在机械力活化过程中,由于机械力化学效应,高岭石结构中的铝氧多面体不断畸变、有序化程度逐渐降低,结构中同时出现AIⅣ、AIv和AIvI三种铝的配位形式。机械力活化使高岭石中部分结构羟基从铝氧八面体中脱除形成水分子,生成的H20可部分以配位水或氢键结合水的形式附着在高岭石活性表面上,配位水与AI配位形成[A1O5(H20)],使AIVI的含量和活性都高于偏高岭石。煤矸石的机械力活化效果取决于球磨时间、球磨介质和球磨方法(干法／湿法)。煤矸石颗粒在机械力活化过程中经历了大颗粒的破碎,小颗粒的团聚以及团聚颗粒的再次破碎过程。机械力活化过程中细颗粒的团聚与高岭石结构由于机械力化学效应产生的变化密切相关。由于碳质的助磨作用,使得干法球磨过程中机械力化学效应对煤矸石的活化作用弱于高岭土,而在湿法球磨过程中则相反。机械力活化过程中煤矸石中的高岭石和白云母等含铝矿物的活性都被充分激发,与热活化相比适应性更高。讨论了煤矸石常规热活化工艺中产物活性偏低且质量不稳定的原因,提出了一种全新的煤矸石热活化工艺并完成了年处理一万吨煤矸石制备氧化铝的概念设计。