中国拥有全球第二大的磷矿石储量,且作为黄磷生产消费大国,在世界占有庞大的磷产品市场。黄磷是众多行业中必不可少的基础原料,其生产方法主要为电热法,每生产1吨黄磷,电耗在13000～15000 k W·h之间,并会产生8～10吨的黄磷炉渣,炉渣利用率仅为10%,且炉渣出炉带出大量废热无法回收利用。本研究在国家重点研发项目资助下,以磷资源清洁利用与重污染固废源头近零排放为目的,针对黄磷产业的高能耗,资源利用不足等问题,研究了黄磷常规生产过程与添加活性组分Mg O后的非常规生产过程中,钙、硅等元素的迁移变化规律,及不同体系熔融温度的变化情况;并探讨了不同冷却方式对黄磷炉渣形成和物相结构的影响,为炉渣后续处理和实现全量资源化利用提供参考价值。利用Fact Sage7.1热力学计算软件对常规和非常规体系磷矿石碳热还原反应过程中可能发生的反应进行了热力学计算,并对不同体系进行了相图计算。发现在非常规体系中,主要可能生成的物质是Ca Mg Si O4、Ca Mg Si2O6、Ca2Mg Si2O7和Ca3Mg Si2O8。根据相图计算结果,发现在常压下,1400°C时体系中出现纯液相组成区域,说明Mg O的加入可促进体系发生熔融并产生液相。用微机灰熔融性测定仪测定了常规与非常规体系的熔融温度。常规体系下,Si O2/Ca O（质量比）介于0.85～1.45之间时,体系各种温度指标随Si O2添加量的增高而增高,在Si O2/Ca O为0.85时,体系各种温度指标最低,流动温度为1406°C。非常规体系下,固定Si O2/Ca O为0.85,Mg O/Ca O介于0.5～1.5之间时,体系各种温度指标随Mg O添加量的增高而增高,在Mg O/Ca O为0.5时,体系各种温度指标最低,流动温度为1250°C。Mg O的加入可使体系流动温度降低156°C。对常规和非常规体系进行了管式炉实验,并结合热力学计算和炉渣XRD分析结果,探讨了不同体系中的主要反应历程,和Ca、Si、Al、Mg几种主要元素的存在形式及迁移过程。结果表明,不同体系中都会首先发生Ca5（PO4）3F的脱氟反应,随温度升高,常规体系中会产生CS、C2S和C3S几种不同形式的硅酸钙盐,而非常规体系会产生Mg2Si O4、Ca Mg Si O4和Ca Mg Si2O6等镁质矿物。不同体系中Al元素的存在形式都为Ca2Al2Si O7,而非常规体系中由于Mg O的引入,而改变了Ca和Si的迁移路径和物相存在形式,使体系中出现了镁橄榄石和钙镁橄榄石等矿物,易与其他硅酸盐发生低温共熔并产生液相,这是非常规体系熔融温度降低的主要原因。通过杂质影响实验,发现Al2O3、Fe2O3、Mg O、KF几种杂质对磷酸钙还原过程造成了不同程度的影响。Fe2O3被C还原的产物Fe会与溢出的P4结合为Fe2P留于渣中,从而减少了磷还原率;KF的引入会使F进入炉渣对后续处理造成一定影响;Mg O在一定程度上可使体系出现低温共熔并增加物料流动性;Al2O3会提升炉料的酸度,使体系粘度增大阻碍物料间的充分接触,从而降低反应速率和产率。对不同体系磷矿碳热还原反应动力学进行了分析,结果显示,常规和非常规体系的反应活化能分别为157.39 k J/mol和98.42 k J/mol,非常规体系的活化能明显小于常规体系;并对常规体系磷矿碳热还原过程可能的机理函数进行求解,结果表明,常规体系磷矿碳热还原过程符合收缩球状相边界反应模型,最有可能的机理函数为:（?）=3（1-α）2/3。对不同体系的炉渣在不同出渣温度下进行自然冷却、水淬冷却和风淬冷却三种不同冷却方式的处理,结合XRD和SEM等分析手段发现,在实验条件内,相同体系下不同冷却方式对炉渣的物相结构影响并不显著。风淬冷却可使常规体系在较低的出渣温度下形成玻璃体含量较高的炉渣,而水淬冷却可使非常规体系在较低的出渣温度下形成玻璃体含量较高的炉渣。不同冷却方式炉渣的微观形貌各有差别,自然冷却炉渣的表面会出现不同形状的颗粒结晶,并随出渣温度的升高而减少;水淬冷却炉渣的表面相对光滑明亮,颗粒表面会因为应力变化而出现裂纹;风淬冷却炉渣的表面会出现不同大小的孔状结构,且颗粒粒度较小。