磷石膏是湿法磷酸工艺生产磷酸时排放的工业废渣,其主要成分是CaSO4·2H2O,是一种可利用的再生资源。磷石膏具有产量巨大、综合利用率低、环境危害性大等特点,已成为一种严重的污染源且严重制约了磷肥工业的发展。采用磷石膏制硫酸联产水泥是磷石膏综合利用的有效途径之一,但由于磷石膏分解过程中副产物较多致使其分解机理极为复杂,CaS作为重要的副产物对SO2产率,CaO产率及水泥品质有很大的影响。随着我国水泥行业的不断发展,国家在水泥产业方面提出了一系列政策,发展大型新型干法水泥工艺,推动水泥工业结构调整和产业升级,走新型工业化发展道路成为了水泥行业的风向标,这在很大程度上制约了磷石膏的资源化利用。本课题组经过对磷石膏分解过程中CaS的产生机理和影响因素的分析研究,提出利用磷石膏分解渣吸收CO2生产CaCO3的方法。本文通过对磷石膏还原分解的管式炉实验研究以及磷石膏分解渣在三相流化床中碳酸化反应的试验研究,分析了磷石膏分解渣中CaS转化的影响因素,并且在三相流化床与釜式反应器中进行碳酸化对比实验,为脱硫后所得的石灰石替代天然石灰石用于制备CaO和CaCO3等钙类产品奠定了基础,从而寻求磷石膏资源化利用的新的方法。主要研究内容如下：(1)利用Fact Sage6.1热力学计算软件的Reaction和Equilibrium模块对磷石膏与煤的反应体系进行模拟计算。反应热力学计算结果表明,磷石膏分解生成CaS的反应机理分为气-固相和固-固相反应两种反应模式；磷石膏分解生成CaS的反应在低于500℃下都可发生。热力学平衡模拟计算结果表明,磷石膏分解的主要产物为CaS、 CaO、CO、SO2等；增大C/CaSO4摩尔比、还原气氛有利于磷石膏分解生成CaS。(2)通过高温热分解实验(管式炉实验)考察煤的粒径、反应温度、反应时间、物料C/S摩尔比等因素对磷石膏还原分解生成CaS的影响。磷石膏分解生成CaS的单因素实验表明,煤的粒度、反应温度、物料C/CaSO4摩尔比和反应时间都是影响磷石膏分解生成CaS的重要影响因素。正交设计实验表明,各个因素对实验影响的主次关系为物料C/S摩尔比>反应温度>反应时间,经过验证实验,确定了磷石膏分解生成CaS的最佳工艺条件：煤的粒径为140目、反应温度为1050℃、物料C/S摩尔比为6：1、反应时间为30min。在最佳工艺条件下,进行了磷石膏与石膏及CaSO4·2H2O的分解对比实验。磷石膏中CaS的产率为96.08%,要比石膏和CaSO4·2H2O中CaS的产率分别高出19.3%和12%,证明最佳工艺是条件是适用于磷石膏分解生成CaS的反应过程的。(3)利用Fact Sage6.1热力学计算软件的Reaction模块对磷石膏分解渣碳酸化过程中可能发生的CaS和CaO的转化反应进行热力学数据计算。磷石膏分解渣碳酸化过程中CaS转化的反应机理分为气-液相反应和液-固相反应两种反应模式。热力学计算结果表明,CaS转化的反应机理为气-液相反应,并且其液相反应跟CaO一样遵循Ca(OH)2-H2O-CO2反应体系。碳酸化反应过程是在液相中进行的,其物理化学过程可由惠特曼(Whitman)的双膜理论表示。(4)通过三相流化床中的碳酸化反应实验考察C02气体流量、液固比、反应温度、反应时间等因素对磷石膏分解渣碳酸化过程中CaS转化生成CaCO3的影响。碳酸化反应的单因素实验表明,C02气体流量、液固比、反应时间都是影响磷石膏分解渣碳酸化生成CaS的重要影响因素,反应温度几乎不会有影响。正交设计实验表明,各个因素对实验影响的主次关系为反应时间>C02气体流量>液固比,经过验证实验,确定CaS转化生成CaCO3的最佳工艺条件：C02气体流量为300ml/min、液固比为6ml/g、反应温度为25℃、反应时间为40min。在最佳工艺条件下,进行了三相流化床与釜式反应器的磷石膏分解渣碳酸化对比实验。三相流化床中CaS的转化率为97.34%,釜式反应器中CaS的转化率的为86.32%,相差了11%。与釜式反应器相比,三相流化床更有利于磷石膏分解渣的碳酸化反应。