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我国大宗工业固废的产量大、涉及面广、环境危害大,是限制我国绿色转型发展的瓶颈之一。推进大宗工业固废资源化利用对提高资源利用效率、改善环境、促进经济社会发展全面绿色转型具有重要意义。但是,大宗工业固废不稳定的理化性质、有限的资源化利用量及较高的处理成本等限制了其资源化利用的大规模应用。开发固废覆盖面广、产品性能稳定且高附加值的创新型工业固废利用技术是实现工业固废资源化、高值化利用的关键。本文采用典型固废协同互补的创新理念,利用脱硫石膏、电石渣、赤泥、铝型材电镀污泥和粉煤灰间的化学组成协同,制备得到性能稳定的高铁硫铝系（Ferric-rich calcium sulfuraluminate,FR-SAC）胶凝材料,再利用FR-SAC的性能特点,与脱硫石膏再次协同制备得到免蒸压轻质混凝土（Non-autoclaved lightweight concrete,NA-LWC）,最后将其扩展至中试线建设和试验,并使用生命周期评价的方法对其设备工艺进行优化,建立工业固废制备FR-SAC和NA-LWC的低碳、节能、高效的生产工艺体系。全文开展的工作如下:探究了脱硫石膏、电石渣、赤泥、铝型材电镀污泥和粉煤灰的热分解特性、少量元素及矿物组成对其制备FR-SAC熟料的矿物组成的影响机制,从矿物形成角度证明了固废制备FR-SAC熟料的可行性;使用固废为原料制备FR-SAC,揭示煅烧工艺和原料配比对FR-SAC熟料的矿物种类和含量的影响规律,得到性能良好的FR-SAC。以化学试剂为原料制备FR-SAC熟料,揭示了 CaO和CaSO4对FR-SAC熟料中含铁矿物形成的影响规律,提高熟料中Fe2O3和Al2O3的有效利用率,促使含铝较低的矾土或固废可用于制备FR-SAC。当原料中参加反应的CaO的含量减少或CaSO4含量增加时,熟料中的C4AF含量减少,C4A3-xFxS中掺入Fe2O3的含量增加,Fe2O3和Al2O3的有效利用率增加,从而降低FR-SAC熟料形成时对原料中Al2O3的含量要求。从热力学角度阐明了 CaO和CaSO4对含铁矿物形成的影响机理。使用固废基FR-SAC作为NA-LWC的胶凝材料制备NA-LWC。为了增加FR-SAC与NA-LWC制备的适配性,使用聚羧酸高效减水剂、硬脂酸钙和羟丙基纤维素醚作为外加剂,揭示了聚羧酸高效减水剂、硬脂酸钙和羟丙基纤维素醚对FR-SAC水化性能、净浆浆体流动度、吸水率及粘度等宏观性能的影响规律,从而实现净浆浆体宏观性能的定向调控,为其应用于NA-LWC制备奠定理论基础。FR-SAC净浆中,随着聚羧酸高效减水剂添加量的增加,胶凝材料净浆的标准稠度用水量逐渐减小,当聚羧酸高效减水剂用量为1 wt.‰时,FR-SAC的标准稠度用水量降低27%。添加硬脂酸钙的FR-SAC净浆表现出良好的疏水性和较低的早期吸水率,但对长期吸水率影响不大。添加羟丙基纤维素醚能明显增加FR-SAC净浆浆体的粘度,降低浆体的流动度,同时也会降低FR-SAC净浆试块的抗压强度。因此,FR-SAC适用的硬脂酸钙含量为1 wt.‰,而羟丙基纤维素醚和硬脂酸钙的添加量需根据生产工艺和抗压强度要求,使其流变参数与抗压强度均达到最佳状态。使用改性后的FR-SAC与热分解脱硫石膏协同制备NA-LWC,揭示了煅烧后脱硫石膏的性能、胶凝材料配比、外加剂、双氧水含量及水灰比对NA-LWC性能的影响机制,得到了最适的NA-LWC生产的原料体系。使用FR-SAC和脱硫石膏制备NA-LWC时,FR-SAC与烘干后脱硫石膏的配比为7:3,体积分数30 wt.%双氧水的添加量1.6%mL/g,反应温度为30℃,水灰比为0.34,聚羧酸高效减水剂、硬脂酸钙、羟丙基纤维素醚及KI的添加量分别为0.1%、1%、0.05%和0.05%g/mL H2O2。以实验室研究结果为基础,建立了工业固废制备FR-SAC和NA-LWC中试线,获得高效的NA-LWC生产工艺参数,得到了性能稳定的FR-SAC和NA-LWC产品。工业固废制备FR-SAC的生产线主要由生料处置,熟料煅烧和胶凝材料粉磨系统组成。基于该生产线,得到的FR-SAC可满足52.5等级的水泥所要求的抗压和抗折强度等性能,但是FR-SAC的凝结时间相对较小。使用FR-SAC和热解脱硫石膏为原料制备NA-LWC的中试系统主要由原料配制系统、搅拌浇筑系统、模箱运转与预养护系统、切割系统等组成。以实验室研制配方为原料,当搅拌速率为500 r/min,搅拌时间和运行时间分别为5 min和6 h时,得到的密度约为600 kg/m3,抗压强度约为4.5 MPa的NA-LWC,NA-LWC的生产效率与产品性能匹配达到最佳状态。基于生命周期评价理论,评价了固废基FR-SAC及NA-LWC全生命周期的环境影响和碳减排效应,为NA-LWC生产过程中绿色化、低碳化改进提供理论依据。通过NA-LWC和蒸压加气混凝土的LCA标准化分析可知,与蒸压加气混凝土相比,NA-LWC的环境影响总值降低24.38%;通过NA-LWC不同生产流程与原料的LCA分析,得到NA-LWC生命周期环境影响的关键流程为FR-SAC熟料煅烧、料浆制备与浇筑和轻质混凝土原料制备,关键物质为双氧水和电力,从而获知进一步减少FR-SAC熟料的添加量,提高双氧水的使用效率是降低NA-LWC环境影响的有效手段。此外,胶凝材料制备是NA-LWC生命周期碳排放量占比最大的过程;与蒸压加气混凝土相比,NA-LWC的碳排放量降低68%。