铁矿烧结工序是钢铁企业SO2主要排放源,现有烧结烟气脱硫技术已经取得了显著的社会效益,但在实现脱硫的同时产生大量的脱硫副产物,其中半干法烧结烟气脱硫灰因主成分为性质不稳定的CaSO3而难以有效利用,亟待寻求脱硫灰高效率、低成本、高附加值的资源化利用新途径。本文以某钢铁公司半干法烧结烟气脱硫灰为研究对象,通过水热氧化法制备硫酸钙晶须,研究了反应温度、浆料浓度和体系初始压力对脱硫灰水热氧化效果及CaSO4晶须微观形貌的影响,探明了CaSO3非均相氧化宏观反应机理,揭示了CaSO3氧化率与CaSO4晶须固含量的关系。随着反应温度的升高,脱硫灰中CaSO3含量显著降低,氧化效率加快。固液比在1:20-1:5时,水热反应体系中浆料浓度对脱硫灰中CaSO3的氧化效率影响不明显。体系初始压力对脱硫灰中CaSO3的氧化产生的影响较大,0-1MPa时,影响较为明显,1-2MPa时,对压力响应不明显。当体系温度为180℃,固液比为1:20,压力为2MPa时,脱硫灰中CaSO3含量降至7.32%,氧化率为89.74%。脱硫灰水热氧化总反应速率受氧传质扩散速率和CaSO4结晶析出速率控制。温度升高,溶液中氧浓度降低,CaSO4过饱和度增大,这使氧气传质速率和结晶析出速率加快。固液比在1:20-1:5时,其变化对反应过程中各个步骤均不产生影响,氧化速率基本保持不变。受饱和蒸气压的影响,随着压力的增加,氧气传质速率增加幅度降低,在1-2MPa时,压力的作用效果不明显,这限制了总反应速率增加。脱硫灰中CaSO3的氧化率与产物中硫酸钙晶须的含量呈正相关关系,与硫酸钙晶须定向生长行为没有直接关联。温度对硫酸钙晶须生长的影响表现为先促进后抑制。晶须的长径比随着固液比的增大先升高后降低,随着反应器压力的升高而增大。以半干法烧结烟气脱硫灰为原料,水热氧化协同制备硫酸钙晶须的最佳工艺条件:反应温度为140℃,固液比为1:10,初始压力为2 MPa。