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电解锰渣（EMR）是电解金属锰工艺中硫酸酸浸碳酸锰矿、液氨中和以及压滤处理后产生的一种湿法浸出废渣。每生产1吨金属锰,大约产生10-12吨电解锰渣。目前,中国电解锰渣累计堆存量已超过1.5亿吨。钡渣（BS）是钡盐生产过程中重晶石与煤在高温煅烧还原和热水浸后残留的含有大量Si O2和氧化钡的有害废渣。电解锰渣和钡渣以露天堆存和填埋的处置方式为主,不仅造成资源浪费,还严重破坏了当地生态环境。如何对两种工业固废进行安全处置和有效利用是行业发展面临的重要课题。贝利特-硫铝酸钙（简写:B-CSA）水泥具有低烧结温度和低CO2排放量、原料来源广泛和优良的耐久性等特性成为新型水泥的研究热点。电解锰渣中含有大量的石膏和硅-铝质化合物以及钡渣中Si O2和Al2O3等氧化物是制备B-CSA水泥熟料的重要组分,将电解锰渣协同钡渣用于B-CSA水泥的研制将可实现“物尽其用”。基于此,本论文采用电解锰渣协同钡渣、铝矾土和石灰石制备B-CSA水泥。探究不同原料配比、煅烧制度（烧结温度、保温时间）对Ba掺杂B-CSA水泥矿物相组成、晶型、微观形貌以及力学性能的影响;不同加热速率下水泥生料热解特性分析;水泥硬化过程的水化特性及水化产物微结构演化行为分析以及采用分子模拟分析单Ba和双Ba置换硫铝酸钙（C4A3$）中Ca原子的稳定与活化。主要研究结果如下:（1）电解锰渣理化性质分析表明:电解锰渣中主要的氧化物成分为Si O2、SO3和Ca O,约占总含量的58.39%。主要矿物相组成以絮状的石英和长棒状的石膏为主以及少量的白云母石和硫酸铵、铵镁钒等铵盐类化合物形式的存在。电解锰渣含水率约为23.45%,测得浸出液的p H值约为6.28,松散堆积密度和紧密堆积密度分别为1.00g/cm~3和1.501g/cm~3。（2）当生料配比Cm在1.01～1.19之间,P在0.567～1.516之间,N在0.361～1.154之间,在煅烧温度为1300℃和1350℃下保温时间0.5h和1.5h制备了以贝利特、叶利特为主要矿物的B-CSA水泥和与阿利特共存的BYA水泥。当离子半径较大的Ba2+取代硫铝酸钙中的Ca2+形成硫铝酸钡钙矿物相的过程,晶面间距增加导致主晶相叶利特的特征衍射峰发生左移。熟料A1.5h中有18.53%的叶利特和2.47%的阿利特共存,熟料D中叶利特和贝利特的最大含量分别为35%和42.13%。未掺BS的熟料E中c-C4A3$含量相对较少。掺入适量BS促进了o-ye’elimite向c-ye’elimite的转变,稳定了ye’elimite相。随着EMR含量的增加和BS含量的降低,熟料微观形貌晶体间结构变得致密,晶界变得模糊。BYA水泥力学性能并不理想,28d的抗压强度仅为30 MPa。而Ba掺杂B-CSA水泥表现出比BYA水泥更优异的早期和中期抗压强度,D10样品在3、7和28d的抗压强度分别为37.9、47.3和60.0 MPa,优于OPC425的力学性能。（3）不同加热速率下水泥生料的热解动力学分析表明:TG和DTG曲线显示了热解过程中四个失重过程和反应速率最快的吸热峰。在30℃到115.43-144.52℃之间对应了二水硫酸钙和铝矾土中结晶水的脱出、460.20℃到609.15℃之间代表了铵盐类化合物的挥发、729.29-815.72℃之间为石灰石分解以及971.49℃到1233.69℃之间生料中硫酸盐类、碳酸盐类物质分解伴随SO2和CO2等气体逸出和水泥熟料新矿物生成。通过FWO、KAS、Friedman和Kissinger等四种无模型方法测得水泥生料热解的活化能分别为244.49k J/mol、240.71k J/mol、239.24k J/mol和380.60k J/mol,根据指前因子和活化能变化求出ΔH、ΔG和ΔS,证实了水泥生料通过热解分析探究熟料矿物相形成机制的可行性。根据活化能的变化趋势将水泥生料热解过程分为两个阶段,Stage 1（α:0.15～0.8,524～754℃）为Mampel Power法则中P2/3加速成核反应机制,反应机理函数为G（α）=α3/2;Stage 2（α:0.80～0.95,754～1165℃）在较低转化率（小于0.5处）为R3相边界化学反应机制,机理函数G（α）=1-（1-α）1/3以及在较高转化率时为A6随机成核和后续生长机制,机理函数为G（α）=[-ln（1-α）]2/3。（4）B-CSA水泥水化特性与微结构演化行为分析表明:溶液体系中p H、浊度和电导率随着添加水泥迅速增加。B-CSA水泥早期水化过程由叶利特相优先溶解释放大量离子,水化1min样品中检测出钙矾石相（AFt）。水化产物中大量存在结晶良好的钙矾石相,控制着B-CSA水泥早期水化。不同拉伸比钙矾石相的微观结构从长柱状向纤维状转变,无序地分布构建了水泥浆体硬化骨架更有利于试块强度的发展。在富铝环境中贝利特相优先生成水化硅铝酸钙（C-S（A）-H）,C2S水化过程的抑制作用逐渐消失。AFm、AH3和C-S（A）-H等矿物相以非晶态的形式大量存在,填充到孔隙中形成致密结构。试样孔隙体积会随钙矾石微观形貌的转变而增大,但平均孔径减小趋势。未反应的belite相与钙矾石骨架之间界面清晰,C-S（A）-H凝胶起到连接两者之间的作用。电解锰渣中重金属Mn可被吸附在C-S（A）-H凝胶中或进入到晶体结构中形成钙硅锰化合物被固化,Ba2+通常固溶到叶利特和贝利特中优先与SO42-生成Ba SO4沉淀被固化在水泥浆体中。（5）通过密度泛函理论研究了掺杂Ba原子前后C4A3$晶胞结构、晶格常数和电子结构的变化。掺杂Ba原子能够破坏晶格对称性缩小电子结构中的带隙宽度,改变晶体结构的形成方式,大大降低了晶体结构的稳定性,从而起到活化晶胞的目的。单Ba原子和双Ba原子落位在Ca2位和Ca2-3位的晶胞带隙宽度更窄,获得的带隙宽度分别为4.393e V和4.348e V,适量高浓度Ba取代Ca原子对C4A3$晶胞的活化效果更明显。