我国77%的电力资源来自火电厂，煤炭燃烧排放的粉煤灰成为最大的固体废弃物。其大量堆积会带来土地侵占、土壤污染、水体污染和空气污染，还严重危害人体健康。目前对粉煤灰的利用以作为矿坑回填料、道路地基辅料和工程填料等途径为主。因此，进一步研究粉煤灰资源化利用中的关键基础科学问题和工程问题，为其找到高附加值应用方式不仅具有理论研究意义，也具有重要的实际价值。由于地域因素，新疆准东煤燃烧产生的粉煤灰中碱性物质含量较高，本论文利用这一特点，对粉煤灰的高效资源化利用进行了探索和研究。设计合成了聚丙烯酸-丙烯酰胺/粉煤灰(PAA-AM/FA) 耐盐性超吸水树脂材料，在系统地分析新疆粉煤灰化学组成的基础上，利用水玻璃及氢氧化钠激发新疆粉煤灰制备了地质聚合物材料。还研究了基于新疆粉煤灰成分调控的水泥熟料煅烧制备工艺。以丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为单体，用溶液聚合法使其与粉煤灰(FA)复合共聚制备了粉煤灰/聚（丙烯酸-丙烯酰胺）耐盐性高吸水复合材料PAA-AM/FA。采用单因素法，分析了丙烯酸/丙烯酰胺单体质量比、交联剂用量、中和度、聚合温度对高吸水性复合材料吸水性能和耐盐性能的影响。实验结果表明：m(AA)/m(AM)=1.5、交联剂用量0.7%、丙烯酸中和度为75％、聚合温度为70℃，粉煤灰的添加量为50%时所制备的高吸水性复合材料具有最佳的吸水性能。制得的PAA-AM/FA复合材料在室温下对蒸馏水和0.9%氯化钠水溶液的吸附能力分别达976 g. g?1和81g. g?1。此外，该材料对水溶液中的染料罗丹明B表现出了很好的吸附能力(148 mg. g?1)。通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)和扫描电镜(SEM)对产物进行了结构表征。结果表明，粉煤灰与高分子基体复合效果良好，并在增强复合材料的性能方面起到了关键作用。以新疆粉煤灰为原料，球磨为机械活化方式，氢氧化钠和硅酸钠混合液为激发剂，在添加少量水泥熟料的基础上，制备出高强度的粉煤灰基碱激发地质聚合物材料。研究了球磨时间、碱激发剂用量和水玻璃模数对粉煤灰基地质聚合物试块力学性能的影响，并优化了反应条件。结果表明：新疆粉煤灰由于碱金属氧化物M2O含量高的地域特性(5.1%)，在球磨时间为60min，外加碱激发剂用量为5%，水玻璃模数为1.5，添加8%的P.O 42.5R普通硅酸盐水泥(OPC)后，在常温标准养护条件下，制得的地质聚合物材料28d和180d的抗压强度分别达42.6MPa和49.3MPa。抗折强度分别达7.6MPa和9.3MPa，力学性能可满足工程要求，可以很大程度上提高粉煤灰的使用率。从理论计算出发，研究了基于新疆粉煤灰成分调控的贝利特水泥熟料煅烧制备工艺。对比新疆粉煤灰和新疆青松建材水泥有限公司生产的P·O 42.5R水泥的组成差异，在新疆粉煤灰中添加了相应量的SiO2、CaO和Fe2O3三种氧化物进行煅烧，制得了贝利特水泥熟料。并以抗压强度和抗折强度为考察指标，考察了粉煤灰的球磨时间、煅烧温度和煅烧时间对熟料力学性能的影响。对产品的结构和性能做了表征，结果表明，烧制贝利特水泥熟料的最佳条件为：烧结时间50min、烧结温度1320℃、球磨时间1.5h，此条件下制得的水泥熟料经28天养护之后，取得的最大抗折强度为5.21MPa，最大抗压强度为42.1MPa。熟料中粉煤灰的绝大多数玻璃珠反应消失，但颗粒太大的珠体没有参与反应，这表明球磨或者对原料粉煤灰的颗粒进行筛分非常必要。实验结果表明，添加的各种氧化物和粉煤灰发生了反应，生成的物质组成上也与OPC比较类似。本研究中所制得的贝利特熟料具有比OPC突出的热稳定性，尤其是在600℃以上的环境中。但本研究所得熟料与OPC相比没有明显的生态和经济优势。综合考虑后，类似研究可以成为粉煤灰有效利用的一个思路，但是要成为OPC的替代品尚且需要进一步的努力。地质聚合物(GPC)被认为是标准混凝土的潜在替代物，也是将很多种固体废弃物转化为有用副产品的有效途径。与经典的“两磨一烧”水泥生产工艺相比，生产地质聚合物产品所产生的温室气体排放量较少，所需要消耗的能量较低，这是地质聚合物得以发展的关键驱动因素。本论文将普通硅酸盐水泥和地质聚合物的生产成本与CO2排放量进行了比较研究，并指出了地质聚合物发展面临的一些关键挑战。地质聚合物的经济成本和环境成本有很大的差异，主要取决于来源位置、能源来源和运输方式。一些以我国典型粉煤灰为基础原料的地质聚合物研究实例表明，与OPC相比，生产同等数量的地质聚合物时，温室气体排放量可能减少44-64%，而经济成本则可以降低7%至39%。