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我国二氧化碳减排压力巨大，建立成本低、环境风险小的二氧化碳减排技术体系，是解决我国二氧化碳排放问题的迫切科技需求。利用富含钙、镁的工业固体废弃物矿化固定二氧化碳，不仅能够实现工业源排放的二氧化碳就地加工成热力学上相对稳定的碳酸盐产品，而且可以实现固体废弃物的资源化利用，对于建立具有我国工业特色的CO2减排技术具有现实意义。 本论文针对我国湿法磷酸生产过程产生的磷石膏大量堆存无法有效利用的现状，提出采用磷石膏加压矿化固定CO2并联产高品质碳酸钙新工艺，系统开展了磷石膏矿相结构及杂质赋存形态与分布规律、磷石膏深度净化除杂、加压强化磷石膏碳酸化、整体工艺过程模拟优化与放大验证等研究。主要研究进展如下: (1)以典型的湿法磷酸二水法工艺副产磷石膏为原料，开展了磷石膏矿相及杂质赋存形态、分布规律的研究。研究发现磷石膏中包含多种杂质，其中硅、磷和氟含量较高。此外，磷石膏中还含有微量碳杂质，其中无机碳对白度影响较大。采用电子探针(EPMA)分析方法以及经镶样、抛光处理后的能谱分析方法，对磷石膏表面及晶体内部杂质的分布规律与赋存形态进行了深入研究，结果表明杂质不仅附着在磷石膏表面，而且包裹在其晶体内部。因此，为实现磷石膏的深度净化除杂，必须同时除去磷石膏表面粘附及晶体内部包裹的杂质。 (2)开展了磷石膏水洗、硫酸酸解等净化除杂工艺研究，提出硫酸酸解耦合溶剂萃取磷石膏深度净化除杂新工艺。结果表明水洗除杂只能除去磷石膏表面部分水溶性杂质，不能除去包裹在磷石膏内部的杂质;硫酸酸解除杂虽可以分解磷石膏，使内部杂质暴露出来，但无法除去部分不溶性杂质;采用硫酸酸解耦合溶剂萃取净化除杂效果显著，能使磷石膏表面和内部包裹杂质得到有效脱除。筛选出以磷酸三丁酯为萃取剂，在酸解温度90℃、硫酸浓度30～35％、液固比1.5∶1和反应时间35 min的优化工艺条件下，所得净化石膏主要物相为无水硫酸钙，其纯度和白度分别高达99％和91％以上。进一步机理研究发现，由于杂质硅和无机碳是影响磷石膏纯度和白度的主要限制因素，在硫酸体系中其表面形成了含量较高的Si-OH、C-OH及C-OOH等基团，在氢键缔合作用下容易与磷酸三丁酯发生络合萃取反应，由此实现磷石膏中杂质的深度脱除。 (3)开展了高浓度二氧化碳加压强化磷石膏碳酸化的实验研究。结果表明适当提高二氧化碳分压可显著加快磷石膏碳酸化过程的反应速率，在CO2分压0.8 MPa、液固比1∶1、氨过量系数1.2、搅拌转速300～500 rpm和初始温度80℃的工艺条件下，反应5～10 min，可以实现97.5％左右的磷石膏碳酸化转化率。研究发现增加二氧化碳分压可以强化二氧化碳的溶解和电离以及提高二氧化碳进入液相的传质推动力，促进碳酸根离子的生成，推动碳酸钙的沉淀结晶，进而缩短磷石膏碳酸化的反应时间。产品表征分析发现，由于磷石膏加压碳酸化反应速率较快以及体系温度较高，加速了磷石膏中二水硫酸钙表面的钙离子进入溶液中，由此碳酸钙的沉淀结晶是在溶液中进行，不存在覆盖包裹磷石膏晶体现象。磷石膏中的杂质走向研究发现，杂质主要进入固体产物中，因此所得产品碳酸钙的纯度低、品质差。当采用深度脱除杂质后的净化磷石膏加压矿化固定二氧化碳时，不仅所得产品碳酸钙的品质大幅提升，而且转化率进一步增加到99.5％。 (4)开展了高浓度CO2加压矿化磷石膏全过程模拟优化及放大验证研究。结果表明采用磷石膏加压碳酸化物料闪蒸及循环工艺流程，不仅可以使硫酸铵母液中过量碳酸氢铵/碳酸铵大量分解，减少中和硫酸用量，从而降低硫酸铵的生产成本，而且可以使分解所得氨及CO2循环使用，进而大幅提高氨和CO2的利用效率，并避免引起大气二次污染。整体工艺初步经济性分析表明，由于深度净化技术能显著提高产品碳酸钙的品质和附加值，因此磷石膏深度净化耦合CO2加压矿化固定新工艺具有良好的经济效益。3000吨/年高浓度CO2加压矿化磷石膏工业扩试结果表明，扩试装置能连续、稳定运行，在物料停留时间10～20 min，扩大试验所得磷石膏碳酸化转化率可以达到97.5％左右的实验室小试结果。