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磷石膏是磷肥工业排放的废渣，其主要化学成份为CaSO4，同时含有少量可溶性的P2O5、氟化物、有机物等有害杂质。随着世界高浓度磷肥的发展，磷石膏的排放量也逐日增长，因此其治理和利用问题已成为一个世界性的难题。磷石膏制硫酸联产水泥工艺过程不仅消除了磷石膏的环境污染问题，而且实现了硫资源的循环利用，市场前景广阔。但传统的工艺过程产生的SO2浓度低、能耗高、设备效率低及投资大，严重制约了该工艺过程的推广使用。因此，本论文通过研究磷石膏制酸反应特性，旨在寻找降低过程能耗的途径。
首先，采用热力学软件对不同的磷石膏制酸反应体系如H2、CO、甲烷部分氧化气体、焦炭分别与磷石膏（主要成分是CaSO4）反应的能耗进行了分析与比较，发现H2、CO、甲烷部分氧化气体与CaSO4反应的能耗比传统的焦炭处理磷石膏工艺过程降低30％左右，并在此基础上提出了天然气部分氧化处理磷石膏制酸联产水泥的工艺构想。
在上述理论分析的指导下，对磷石膏制酸反应的不同体系进行了实验研究。在TG-DTA热分析仪上研究了原料配比（C与CaSO4摩尔比）对反应进程及反应温度的影响，结果表明原料配比为0．4和0．5时，反应先生成CaS，然后再与CaSO4反应生成CaO和SO2。反应温度随原料配比增加而降低。当原料配比增至0．6时，反应先生成CaO、CO，最终生成CaO和SO2。对反应产物的XRD表征也进一步证实反应分别先生成CaS和CaO。可以认为热分析方法用于磷石膏制酸反应研究是可行的。原料配比的改变影响了磷石膏制酸反应的进程。
然后在TG-DTA热分析仪上对反应气氛对磷石膏制酸反应特性的影响进行了进一步研究，结果表明用H2还原硫酸钙的反应温区比用焦炭还原时低，反应起始温度和终结温度分别降低90℃和184℃。反应气氛H2浓度的变化对反应温区和样品分解失重率影响不大，但会影响反应的进程。当H2浓度较低时，CaSO4先被还原生成SO2，增大H2的浓度时，CaSO4还原深度增加，先被还原成CaS。在高温情况下，过多的H2会将反应生成的SO2进一步还原成为单体硫。
同时还考察了添加剂对磷石膏制酸反应特性的影响，结果发现在用焦炭或H2还原硫酸钙的反应过程中加入添加剂时均可明显降低反应温度。焦炭还原CaSO4反应过程中加入江砂添加剂可使反应起始温度和终结温度分别降低25℃和59℃。在50％H2（在N2中）气氛下，添加适量的江砂添加剂可使CaSO4还原反应起始温度和终结温度分别降低50℃和68℃。最后对影响反应进程的因素进行了讨论。