当前我国年产钢渣量已超过1亿t,钢渣组成都是有价值的化合物。但是由于铁矿石等含磷硫杂质较多,导致钢渣的品位较低,致使现今钢渣的利用率只有20%左右,这不仅造成资源的极大浪费,而且还严重污染环境。随着钢渣的大量堆积,如何高效利用这些钢渣并回收利用钢渣中的有价元素已经是近几十年研究学者关注的焦点问题之一。在综合比较钢渣处理方式后,其在冶金企业内部循环是钢渣处理的首选方式。但如果简单地将钢渣在冶金过程内部进行循环利用,必然造成磷元素在铁水中循环富集,加重后期的脱磷负担,增加成本。因此解决好含磷钢渣的问题对促进冶金企业节能减排及可持续发展都具有十分重要的意义。本文提出选择性富集与分离的方法,即通过创造合适的物理化学条件,使钢渣中的磷富集,然后使其长大并分离,最后富磷相可以用作磷肥,其余尾渣可以在冶金企业回收利用。本论文主要针对钢渣中磷的组成及赋存特点,系统研究了在磷选择性富集过程中,不同性质的改性剂对于含磷多元渣系中含磷相选择性富集规律,改性剂包括:1)研究较少、难度较大,但又不能回避的钢渣主要组元—Fe_tO;2)两性改性剂,Al₂O₃和TiO₂;3)对磷富集有特殊作用,有利于结晶传质的改性剂—CaF₂。得到如下主要结论:（1）本论文先是针对CaO-SiO₂-P₂O₅体系,将X射线光电子能谱、拉曼光谱与分子动力学模拟相结合,研究了该三元渣系的微观结构随着P₂O₅含量（0～15 wt%）的变化规律。研究得知,由于P⁵⁺与Ca²⁺比Si⁴⁺与Ca²⁺更具有亲和力,因而随着P₂O₅含量的逐渐增加,导致体系中Ca-O-P键和Si-O-Si键的逐渐形成。此外,几乎所有的P⁵⁺以Q_p⁰形式存在,还有—小部分P⁵⁺以Q_p¹（P-O-P）和P-O-Si形式存在。从逐渐增加的Qsi3和X_p¹/X_p⁰可以得出体系的聚合度随着P₂O₅的增加呈现逐渐增强的趋势。（2）针对目前研究较少、难度较大,但又不能回避的钢渣主要组元—Fe_tO,本论文研究了 Fe_tO含量从0变化至25 wt%时,CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-Fe_tO-P₂O₅渣系粘度和微观结构的变化规律。研究表明该渣系的粘度随着Fe_tO含量的增加呈现降低的趋势。此外,从拉曼光谱和红外光谱结果可以看出体系的聚合度随着Fe_tO含量的增加也是呈现降低的趋势,这将有助于体系结晶时的传质过程,有助于富磷相的结晶行为。（3）针对两性改性剂,论文研究了 Al₂O₃对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-Fe_tO-P₂O₅渣系结构和结晶过程的影响规律。研究发现Al₂O₃的加入有助于铝氧四面体[AlO₄]和铁氧四面体[FeO₄]发生共聚反应,促进初晶相从MgFe₂O₄逐渐向MgAlFeO₄转变。CCT结果表明,随着Al₂O₃的逐渐加入,体系的结晶温度逐渐升高。此外,当Al₂O₃含量为15.17wt%时,富磷相（n2CaO·Si02-3CaO·P₂O₅,nC2S-C3P）中的 P₂O₅ 可以达到 28.71 wt%,满足用作磷肥的要求（P₂O₅含量>10wt%）。（4）针对两性改性剂,论文还研究了 TiO₂含量从O增加至10wt%时,CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-Fe_tO-P₂O₅-TiO₂渣系粘度和结晶过程的变化规律。结果表明,随着TiO₂含量的增加,炉渣的粘度略有降低。同时CCT曲线表明,加入TiO₂后体系的结晶温度逐渐降低。这主要是因为加入的TiO₂促进了钛氧八面体[TiO₆]的形成,并因此形成了 MgFe₂O₄-Mg2TiO₄固溶体。此外,降低粘度对离子或单元的传质(如Ca²⁺和钛氧四面体[TiO₄])有着促进作用,CaTiO₃和CaSiTiO₅的结晶也因此得到加速,可以提高磷富集相nC2S-C3P中的磷含量。当TiO₂含量为10wt%时,富磷相中的P₂O₅含量达到30.17wt%,已经接近文献中提及的磷酸盐中P₂O₅富集理论固溶度。（5）对磷富集有特殊作用,且有利于传质的改性剂—CaF₂,论文研究了其含量从0变化至7wt%时,CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-Fe_tO-P₂O₅-CaF₂ 渣系粘度和结晶过程的变化规律。研究结果表明:随着CaF₂的增加,渣的粘度降低,流动性得到显著改善。同时从X射线光电子能谱和核磁光谱结果得知,体系的聚合度也会随着CaF₂的增加而逐渐降低,这与渣系粘度的降低相一致。结晶行为的研究发现:降温过程中,对于0wt%CaF₂的样品,MgFe₂O₄首先析出,接着析出nC2S-C3P;对于添加CaF₂的样品,Ca₅（PO₄）₃F先析出,紧接着是MgFe₂O₄析出,然后是nC2S-C3P析出。当CaF₂含量为3 wt%时,Ca₅（PO₄）₃F中的P₂O₅含量达到了 27.35 wt%。总之,两性氧化物Al₂O₃和TiO₂的加入都有助于钢渣中磷的选择性富集,且富磷相nC₂S-C₃P中的P₂O₅能满足钢渣磷肥指标,但加入CaF₂后,富磷相为Ca₅（PO₄）₃F,由于该富磷相利用较困难,致使钢渣得不到高效利用。