磷矿酸不溶渣是磷-硫两步法磷酸清洁生产工艺,磷酸酸解磷矿后所残余的固体滤渣。平均每1吨磷矿酸解后约残存0.15-0.25吨磷矿酸不溶渣。磷矿酸不溶渣的成分主要为硅质岩,除此之外还含有一定量的氟类、磷类及重金属类杂质。磷矿酸不溶渣的堆存处理势必将占用大量的耕地面积,并造成严重的环境污染。因此,磷矿酸不溶渣的资源化利用已成为急需解决的重要问题。为了促进磷矿酸不溶渣的资源化利用。本文以贵州地区的磷矿酸不溶渣为研究对象,分析磷矿酸不溶渣常温下的理化性质及高温下理化性质的变化。利用磷矿酸不溶渣协同其它原料制备贝利特硫铝酸盐水泥,探究其制备贝利特硫铝酸盐水泥的适宜制备工艺。研究适宜条件下所制贝利特硫铝酸盐水泥的熟料性质与水化性质及磷矿酸不溶渣中的高含量氟磷对这些性质的影响。结果表明:(1)磷矿酸不溶渣的主要组成元素为O、Si、Ca、F、P、Al、S、Fe、K、Na、Ti、Mg其氧化物质量分数总和达99.8%以上。其中Si O₂、F和P₂O₅的质量分数分别为52.708%、9.407%和11.862%。磷矿酸不溶渣是富含硅资源的高氟磷废渣,高量硅资源使它具有二次利用的潜力。磷矿酸不溶渣的主要物相组成为石英、黄铁矿、磷灰石、磷酸盐及萤石。磷矿酸不溶渣中的磷主要以磷灰石、磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐的形式存在,氟主要以磷灰石及氟化物的形式存在。磷矿酸不溶渣中磷酸盐、磷酸氢盐及磷酸二氢盐的总计含量要高于氟磷灰石,氟磷灰石的含量要高于金属氟化物的含量。氟磷在磷矿酸不溶渣中分布并不均匀呈块状聚集性分布。氟磷的分布与钙的分布有很强的关联性。氟磷本身呈部分相关性,在高磷区域氟磷呈无关性。(2)在室温-1200℃的升温过程中,磷矿酸不溶渣的理化性质变化主要为硫类、氟类物质完全脱除,磷类物质的部分脱除及石英重建晶型转变方石英。其中硫类、氟类物质的脱除主要集中在1000℃以前发生,磷类物质的部分脱出及石英的晶型转变主要集中在1000℃以后发生。在600℃以前,磷矿酸不溶渣的热解挥发质主要为H₂O(g)、NH₃、N₂及CF₃⁺,四者质量分数占磷矿酸不溶渣的4.34%。在600℃以后,磷矿酸不溶渣的热解挥发质主要为CO、CO₂、SO₂,、P₂O₅(g)及有机气体,五者质量分数占磷矿酸不溶渣的3.26%。磷矿酸不溶渣的热解动力学过程被划分为五个阶段进行讨论,五个阶段对应的热解机制分别为:Stage 1随机成核然后生长机制、Stage 2化学一级反应机制、Stage 3相边界控制反应一维传输机制、Stage 4基于扩散三维传输机制及Stage 5基于扩散一维机制。(3)磷矿酸不溶渣协同其它原料制备贝利特硫铝酸盐水泥时,生料配比的碱度系数为1.187、熟料煅烧温度为1200℃、熟料煅烧的保温时间为1.0h是贝利特硫铝酸盐水泥相对适宜的制备条件。适宜条件下制备出的水泥熟料,每种熟料矿物相的含量与理论设计值接近。磷矿酸不溶渣中的氟磷对熟料中C₂S相起到了活化作用,使熟料中ɑ′-C₂S的含量显著提升(可达20%以上)。适宜条件下制备出的成品水泥性能良好,28天水泥浆体的抗压强度可达64Mpa。其性能优于商业硫铝酸盐水泥(42.5级别)与商业硅酸盐水泥(42.5级别)。磷矿酸不溶渣具备生产贝利特硫铝酸盐水泥的实际可行性。(4)磷矿酸不溶渣中的氟磷能降低贝利特硫铝酸盐水泥熟料的烧结温度,促进熟料矿物相在1200℃以下大量生成。这种促进作用不会随着氟磷含量的增加而增强,过量的氟磷反而会降低促进的程度。磷矿酸不溶渣中的氟磷能有效的活化水泥熟料矿物相,增加熟料矿物相中ɑ(ɑ′)晶型硅酸二钙及正交晶型硫铝酸钙的含量。在氟磷含量最高的A样中正交晶型C₄A₃$、ɑ′-C₂S及ɑ-C₂S的含量可达到30.71%、21.57%及5.16%。在水泥水化早期,氟磷含量的增加对水泥水化呈先促进后抑制的趋势。在水泥水化后期,氟磷含量的增加对水泥水化的促进呈逐渐增强趋势。水泥浆体的抗压强度和水化性质变化规律相似。在早期时,氟磷含量的增加会使得水泥浆体的抗压强度先增加后降低,最高可达40Mpa。在后期时,氟磷含量的增加会使得水泥浆体的抗压强度逐渐增加,最高可达67Mpa。