磷石膏是湿法生产磷酸过程中排放的工业副产物,磷石膏产用不平衡致使堆存量逐年增加,磷石膏资源化利用难题亟待突破。利用磷石膏部分分解制备硫铝酸盐水泥是磷石膏资源化利用的一个重要途径。即部分磷石膏分解生成的氧化钙作为钙源替代石灰石,其余未分解的磷石膏直接作为有效矿物组分,参与无水硫铝酸钙的形成。论文以气体硫磺预分解磷石膏为突破口,对磷石膏的分解特性及分段煅烧制备硫铝酸盐水泥进行研究,以提高磷石膏在制备硫铝酸盐水泥时的利用率,达到大量消纳磷石膏的目的。论文采用低温预分解——高温二次分解加烧结两步法,实现分解磷石膏并制备硫铝酸盐水泥。配料完成后,在低温预分解段,以气体硫磺预分解部分磷石膏生成CaS;再通过高温二次还原和烧结,CaS与其余大部分的CaSO₄反应生成CaO,进而高温烧结形成硫铝酸盐水泥。在气体硫磺预分解磷石膏的高温分解特性研究中,发现硫磺与CaSO₄的摩尔比、温度和反应时间对磷石膏分解率均存在不同程度的影响。对比中试系统与实验室小试条件下的结果,发现在中试系统内热利用效率、硫磺的利用效率和反应的速率都有大幅度的提升。在中试系统的磷石膏与硫磺体系中,当n(S)/n(CaSO₄)在0.4~0.52之间,采用N₂-(850℃~870℃)-(2~45 s)煅烧制度,磷石膏分解率达到23%左右,符合既定的二步反应物料配比设定值。在磷石膏的高温二次分解研究中,将分解率为23%的磷石膏用于磷石膏高温二次分解试验。采用N₂-1200℃-0.5 h的煅烧制度,磷石膏分解率为91.97%。实现水泥生料中磷石膏分解率的定量控制。同时磷石膏在两步分解过程中,SO₂气体理论浓度可达18.32%,达到收集制备硫酸的浓度要求。将磷石膏分解率为91.97%二次分解料,采用Air-1300℃-3 h的煅烧制度,烧制得到的熟料主要矿物组成为C₄A₃S、C₂S和C₄AF和少量C₂AS。掺入12%的天然石膏配制出的水泥,其净浆的1 d抗压强度可达到31.75MPa。利用部分分解磷石膏制备硫铝酸盐水泥熟料,相比传统的硫铝酸盐水泥熟料配料方案,每生产1t熟料,可利用0.75t磷石膏,磷石膏的消纳量提高了近6倍,而且完全替代了石灰石。