烧结烟气半干法/干法钙基脱硫技术在实现SO₂减排的同时产生大量脱硫灰。脱硫灰因含有大量性质不稳定的CaSO₃和金属氧化物杂质,无法直接利用。目前对其有效利用的技术报道尚不多见,因此,开展脱硫灰资源化利用相关理论和技术研究迫在眉睫。本文以某钢厂脱硫灰为原料,针对脱硫灰一步法制备CaSO₄晶须关键技术问题,系统研究了亚临界水热反应体系中脱硫灰高效除杂与快速氧化、CaSO₄晶须生长行为及工艺条件控制。使用乙酸对脱硫灰除杂,在质量浓度为0.4g/g时实现CaCO₃杂质有效脱除,将灰中CaSO₃含量由61.61%提高至81.17%。系统考察了水热条件对亚硫酸钙氧化率影响,以非均相水热氧化宏观调控方式,在温度140℃、时间30min、转速400r/min、初始压力2MPa和固液比1:30时CaSO₃氧化率高达99.34%。为消除原氧化产物中杂质颗粒及“苍耳”状晶体,一步法晶须制备过程增加溶液净化环节,净化剂浓度为0.6mmol/g,温度60℃、净化时间5min、初始固液比1:30、转速300r/min时,有效降低了晶须内部和表面CaCO₃或其他杂质掺混附着,晶须直径细化,长径比增加。经过对氧化后晶须生长环境相溶液净化调质,同一水热体系中,在温度140℃、保温30min、转速100r/min时制备出平均长径比140.8的CaSO₄晶须,部分晶须长径比可达210～290。通过对脱硫灰制备CaSO₄晶须过程中产物XRD、SEM-EDS、FTIR和溶液Zeta电位等表征,解析了氧化后溶液净化浓度对CaSO₄晶须晶型结构、晶胞参数和官能团等特征的影响。晶须生长过程中,杂质造成产物XRD谱峰部分主峰偏移和全峰偏移,溶液净化可清除晶体中占位CO₃^2-,晶须纤维化,晶体结构完整,产物分子间电性能值最高,体系稳定性最好。采用Material Studio软件Equilibrium Morphology法预测亚临界水热体系中CaSO₄晶体生长晶习面为平行于c轴的橄榄球型;CaSO₄溶质溶剂化反应计算表明:固液比升高,分子间非键作用力增强,晶体生长受阻,晶体水化趋势增强;晶体生长时杂质可通过表面吸附模型和嵌入模型作用于CaSO₄晶须生长。通过调控反应体系温度、时间、压力、转速和初始固液比,确立了CaSO₃亚临界非均相高效氧化与大长径比CaSO₄晶须生长相匹配调控手段;开展了水热高效氧化、介质溶液低温净化和晶须亚稳区动态生长联合工艺,形成了高压水热反应半干法脱硫灰一步法制备大长径比CaSO₄晶须新方法,为实现半干法脱硫灰高附加值资源化利用提供理论支撑。