磷石膏是工业湿法磷酸的副产物,其主要成分是CaSO4·2H2O,是一种可以循环利用的固体废弃物。磷石膏有着产量大、危害大、综合利用率低等特点,一直成为制约磷化工企业的重要因素之一。目前大多数磷石膏采用露天存放的处理方式,不仅占用大量土地,而且还对周围的水、大气等环境造成了巨大影响。国内外对磷石膏的分解机理、应用等方面做了大量研究,其中以磷石膏为原料代替天然石膏生产水泥联产硫酸的工艺曾经被大量工业化应用,并作为一种重要的磷石膏资源化手段大量推广,但是由于磷石膏分解机理复杂、杂质影响大、能耗高等问题的存在,这种资源化利用的方式在近些年渐渐停滞不前了。随着新型水泥技术的应用和流化床工艺的发展,循环流化床分解磷石膏制水泥熟料联产硫酸的工艺渐渐进入人们的视野。循环流化床把磷石膏分解的部分单独进行,既有利于磷石膏的充分反应,又对反应的能耗有所降低,有着良好的发展前景和经济效益。本课题组前期对磷石膏分解的机理,以及磷石膏分解过程中产物的性质与杂质影响进行了大量深入的研究,本文立足于磷石膏资源化利用,引入国际通用的生命周期评价的方法,针对目前有着较好发展前景的循环流化床分解磷石膏制水泥工艺和目前工业化仍然使用的中空回转窑分解磷石膏制水泥熟料的工艺进行对比分析,旨在寻找一种更优化的磷石膏利用方式,为节能减排和工艺改进提供建议和指导。主要研究内容如下：(1)利用FactS age6.1热力学计算软件,模拟计算了磷石膏分解过程中的机理,重点比较了高硫煤(C)和CO两种不同还原剂下的反应机理,为循环流化床工艺选取合适的反应条件。结果表明,在高硫煤作还原剂时,反应温度为900℃, CaSO4分解吸收热为581.00kJ/mol,但反应过程中有副反应发生,在实际操作中要注意控制条件。在CO作还原剂时,反应温度为1000℃,反应分解吸收热为202.944kJ/mol;两者相比,反应温度升高了约100℃,但是反应热却减少300kJ/mol,为方便比较传统工艺,本文采用高硫煤分解磷石膏制水泥熟料工艺。(2)引入生命周期评价的方法,重点选取两种工艺水泥熟料的煅烧阶段作为生命周期评价的对象和范围,通过数据清单的处理分析,得出在水泥煅烧阶段,两种工艺的环境负荷指数的相对大小顺序为EDP>ADP>GWP>HT>AP>LE>EP。从反应能耗上看,循环流化床工艺的热耗为5119kJ/mol,较中空回转窑工艺的7118-7536kJ/mol,能耗降低了28%～32%。整个过程中,降低能耗,减少CO2的排放,大量使用工业废弃物来替代天然材料也是水泥行业未来发展的必由之路。(3)通过加权分析,循环流化床工艺的综合环境负荷为1.928(E-14/a),明显优于传统的中空回转窑工艺的2.213(E-14/a),对循环流化床工艺的改进和消除杂质影响是后续研究的重点,也为这种工艺的推广奠定了基础。