磷石膏是湿法磷酸生产的固体副产物,其主要化学成分为二水硫酸钙(CaSO4-2H2O)。作为磷化工行业最大宗的固体废弃物,随着环保要求的提高,由于其产生量巨大、环境危害性高、利用率低下等问题,磷化工企业面临的环保压力越来越大,磷石膏的综合利用已经迫在眉睫。将磷石膏分解回收硫、钙资源是磷石膏综合利用最具潜力的方式之一,不少学者对磷石膏制酸联产水泥做过一定的研究,并且取得了一定的进展,然而磷石膏分解温度过高、能耗过大的问题依然严重制约着该技术的推广,本文针对此问题提出通过采用气体还原剂H2S,同时加入添加剂的方式,主要以CaS为目标产物,达到降低磷石膏分解温度,降低磷石膏综合利用的能耗成本,为磷石膏综合利用提供新的方式和基础理论参考。本论文的主要研究内容如下：本论文通过采用热力学软件Factsage6.1对硫化氢还原分解磷石膏的热力学行为进行了理论探讨。通过Reaction模块对硫化氢还原分解磷石膏反应过程中可能发生的反应的摩尔吉布斯自由能变ΔrGm和摩尔焓变(ΔrHm)的计算发现,磷石膏分解过程中发生的大部分反应均为吸热反应,通过计算对比发现在通入硫化氢气体作为还原剂时磷石膏起始分解温度降低至800℃左右,这比磷石膏直接热解的理论温度12500C低了450℃；此外,通过Equilib平衡模块对硫化氢还原分解磷石膏的组分进行模拟发现,在通入硫化氢的情形下,磷石膏的分解并非单一的硫化氢与磷石膏中的CaSO4反应,而是两个或者多个反应之间的耦合,生成物与反应物、生成物与生成物之间会发生复杂的相互转化,其中硫化氢还原分解磷石膏的主线反应为CaSO4(s)+H2S→CaS(s)+H2O(g)+SO2(g)和3CaS04(s)+CaS(s)→4Ca0(s)+4S02(g)。在热分析仪中研究不同因素对硫化氢还原分解磷石膏的影响。由TG曲线可以发现,在硫化氢气氛下磷石膏在850℃左右开始出现第二个失重阶梯,即在该温度下CaSO4已开始发生分解,综合各种因素发现,在磷石膏粒度为100-200目、反应温度为1000℃、升温速率为5℃/min、硫化氢含量为5%vol时磷石膏的分解速率最快、分解效果最好。在管式炉中对热分析实验所得的实验结果进行放大实验并对放大实验中的磷石膏分解渣进行化学分析。分析结果表明,在分解温度为850℃磷石膏的分解效果较差,分解并不完全,分解渣中主要成分为未分解的CaSO4和CaS,当温度达到950℃时,磷石膏的分解率达到89%,渣中主要分解产物为CaS,含量达到45%左右,继续提高磷石膏的分解温度至1050℃发现,磷石膏的分解率有了进一步的提升,达到94%左右,然而分解渣中的成分发生了明显的变化,渣中CaS含量降低至30%左右,同时检测到CaO的存在。这很可能是在温度达到1050℃时,CaS与CaO发生了平行竞争反应所致。由此可认为,在反应温度为950℃、磷石膏粒度为100-200目、升温速率5℃/min时比较有利于硫化氢还原分解磷石膏温度的降低和得到目标产物CaS。本论文考察了CaCl2、Fe2O3、MgO三种添加剂对硫化氢还原分解磷石膏反应体系的影响,结果表明,CACl2和Fe203对硫化氢还原分解磷石膏反应体系的温度具有明显的降低作用,对比没有添加剂条件下达到相同分解效果时体系温度降低了100℃左右,而MgO的加入对体系并无明显作用。