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以二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)作为研究对象，分析了湿法磷酸工厂中磷石膏以及滤液的成分，并对磷石膏性能进行了表征。根据磷酸生产的反应过程，设计五种模拟体系研究二水硫酸钙结晶和转化情况，通过晶型结合晶粒大小及产品形貌，优化出多元二水磷酸氢钙-硫酸-磷酸-水体系作为研究二水硫酸钙的结晶体系。该体系下为二水硫酸钙晶型、晶粒大小为200μm的均匀球状团聚颗粒，较好地模拟了湿法磷酸过程中二水硫酸钙的结晶过程。 通过模拟体系研究了Al3+、Fe3+、Na+、K+、Mg2+和F-对结晶和过滤的影响。采用扫描电镜观察样品形貌、X射线衍射确定晶型、激光粒度仪测量平均粒径，并测量了过滤速率和水溶性P2O5含量。Al3+、Fe3+、 Na+、K+、Mg2+和F-加入结晶体系后，会导致过滤速率的减慢。加入Al3+和Fe3+增加晶体的平均粒径;加入Na+、K+和Mg2+平均粒径变化不大;加入F-后平均粒径减小。“聚晶”现象为晶体之间的团聚，其主要影响水溶性P2O5含量，含量适当的Fe3+、Na+和K+有利于团聚晶体生成，提高水洗速率。 二水硫酸钙晶体生长符合非完整光滑突变界面模型，杂质离子存在情况下主要改变面网密度，使晶体在(020)晶面和(040)晶面的生长速度不同。 在模拟体系中对结晶温度、液相SO42-含量、液相P2O5含量、搅拌速率、反应时间等主要工艺参数优化，优化工艺参数为结晶温度80℃、液相SO42-含量50g·L-1、液相P2O5含量260 g·L-1、搅拌速率50r/min和结晶时间2h。优化条件下制备出平均粒径31μm左右的二水硫酸钙晶体，形貌为棒状和片状。0-40min的反应阶段，二水硫酸钙平均粒径逐渐减小;60min之后的结晶阶段，二水硫酸钙平均粒径几乎不变。