脱硫石膏的应用

本技术涉及脱硫石膏的，尤其涉及脱硫石膏的应用。

背景技术：

1、脱硫石膏(英文名称desulfuration gypsum)又称排烟脱硫石膏、硫石膏或fgd石膏，脱硫石膏是来自排烟脱硫工业，颗粒细小，品位高的湿态二水硫酸钙晶体。

2、脱硫石膏(英文名称desulfuration gypsum)又称排烟脱硫石膏、硫石膏或fgd石膏，是对含硫燃料(煤、油等)燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理得到的工业副产。脱硫石膏是一种典型的fgd过程副产品，fgd过程是一项采用石灰-石灰石回收燃煤或油的烟气中的二氧化硫的技术。该技术是把石灰-石灰石磨碎制成浆液，使经过除尘后的含so2的烟气通过浆液洗涤器而除去so2。石灰浆液与so2反应生成硫酸钙及亚硫酸钙，亚硫酸钙经氧化转化成硫酸钙，得到工业副产石膏，其方程式为：

3、caco3+so2+0.5h2o→caso3·0.5h2o+co2

4、caso3·0.5h2o+0.5o2+1.5h2o→caso4·2h2o

5、由于受各种因素的制约，石灰(石灰石)—石膏法已占据了我国电厂脱硫的统治地位。而该法是彻头彻尾的资源浪费污染型工艺。另外，许多化工企业生产过程中的副产石膏早已积弊为患。这些脱硫石膏无论纯度、抗压抗拉强度、含水率均无法与天然石膏竞争，不得不占用大量目前的土地作为废料处理。大气污染严重破坏生态环境和危害人体呼吸系统及心血管健康，加大癌症发病率，甚至影响人类基因造成遗传疾病，这是人所共知的。而造成二次污染的脱硫石膏大量堆放分解对环境和人体的危害却往往被人们所忽视。有专家呼吁，如果湿式石灰(石灰石)－石膏法继续作为未来烟气脱硫主导工艺的话，脱硫石膏贻患必将成为继二氧化硫、氮氧化物后的又一大污染源。显然，脱硫石膏长期大量堆积不仅对气候和土壤及植物产生影响，更给人类健康带来危害，如不采取积极有效的措施，将后患无穷。

6、脱硫石膏粉与一般石膏粉的区分在于物理成分的不同，脱硫石膏在脱硫过程中要发生一系列复杂的物理化学反应，因此脱硫石膏粉中还含有二氧化硅，氧化钠，碳酸钙，亚硫酸钙，石灰石，氯化钙，氯化镁等。与其它石膏粉相比较，脱硫石膏粉具有可再生，粒度小，成分稳定，有害杂质含量少，纯度高等特点。经过干燥、煅烧、等处理方法之后，完全能够胜任建筑石膏及相关的石膏制品。

7、但是现如今对于脱硫石膏的主要处理方法主要是将其作为天然石膏的替代品，用于以下两个个方面：

8、建筑材料：如专利cn202010365858.3，cn201811307121.5，cn201910379312.0等，脱硫石膏制成各种石膏板、石膏砖、水泥。纸面石膏板是以建筑石膏和护面纸板为主要原料，广泛用于各种工业建筑和民用建筑，尤其在高层建筑中可以作为内墙材料和装饰材料。在现今的纸面石膏板生产线上，主要是用脱硫石膏作为原料，纸面石膏板是脱硫石膏利用的主要行业之一。但是由于对脱硫石膏的加工工艺不完备，极有可能导致进入市场的石膏板质量不过关，内部含有其在结晶过程中产生的硫化物，之前美国经历的“毒门事件”则是这一现象的真实写照。当脱硫石膏作为粉刷石膏、石膏砖和水泥等建筑时具有相同的劣势。

9、农业上改良土壤：如cn201510995166.6，cn201710806280.9。脱硫石膏的高透气率使它具有成为土壤调节剂的潜力，研究显示，它主要有以下作用：(1)把砂土或粘土改善成沃土，改进它的结构和排水特性；(2)调节土壤ph值、增加阳离子交换能力；(3)可以作为某些农作物的硫和钙源，对果树是现成的钙源。但是脱硫石膏在改善土地时不注意用量极大可能性会恶化土地品质，其中含有的某些重金属元素会渗入土地中而危害到农作物。

10、由上述的脱硫石膏的主要利用方式可以看出脱硫石膏在我国的处理方法依旧局限于一些较为初级的阶段，利用效率较低，我国也在对脱硫石膏的应用方面提供了优惠的政策，寻求更加高效的脱硫石膏处理方法是我们今后发展脱硫石膏的方向。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供一种脱硫石膏的应用，在经过处理的脱硫石膏中加入其它金属和非金属成分，可以得到热熔焊粉，提高焊接质量。

2、在介绍本技术的技术方案之前，有必要阐述下本技术的发明创造的创立背景。

3、已为普遍存在的是，相关技术中，对于母材焊接所采用的焊粉，其主要成分通常包括：(1)高热剂，用于放出热量熔化母材；(2)造渣剂，主要为各种氧化物，盐和卤化物，在反应过程中形成熔渣保护焊缝金属。(3)合金剂：主要包括各种合金元素如铜、锌、锡、银、镍、锰、硅以及稀土元素。制约焊粉的焊接质量的是高热剂和造渣剂。

4、基于发明人意识上述难题，本发明人提出了基于脱硫石膏的热熔焊粉，添加经过处理后的脱硫石膏，能够在高温时可以与铝镁粉等进行氧化还原反应，同时其自身发生强烈的分解，产生硫化物与三氧化二铝，同时放出大量的热。热量将多余的金属或合金融化，进入母材焊缝，使母材牢固连接在一起。同时，在焊粉中加入一定量的赤泥作为造渣剂，可以在焊接过程中产生浮渣在焊缝表面，起到保护焊缝内部不被气孔、夹杂破坏性能的作用。另外脱硫石膏中除了硫酸钙的其它成分还可与赤泥复合形成多元造渣剂，提高了造渣性能。由此，提高了焊接质量。

5、<热熔焊粉>

6、作为本技术的一种脱硫石膏的应用，包含以下组分：

7、(a)经过旨在脱去结晶水的热煅烧处理的改性脱硫石膏；

8、(b)铝镁粉，占改性脱硫石膏质量的0.5-3wt％；

9、(c)氧化锌，占改性脱硫石膏质量的6-15wt％；

10、(d)赤泥，质量用量为8-0.8*(1-x)，x为改性脱硫石膏硫酸钙的含量；

11、(e)合金粉，占改性脱硫石膏质量的10-30wt％。

12、<改性脱硫石膏>

13、首先需要将获得的脱硫石膏原材料进行烘干，使其脱去含有的物理水成分，得到较为干燥的脱硫石膏来进行下一步的操作。

14、得到烘干后的脱硫石膏之后，还需要对脱硫石膏进行筛分的操作，从而获得理想目数的脱硫石膏晶粒。此处脱硫石膏晶粒的目数控制在100-200目。

15、得到的脱硫石膏粉还需要煅烧加热到一定温度使其失去部分结晶水，制备成半水石膏，也称熟石膏。这一过程必不可少，因为本发明的目的是将脱硫石膏用于热熔焊粉，热熔焊接工艺是一个自蔓延过程，其温度曲线如图1所示，峰值温度可以达数千度，结晶水会在极短时间内迅速气化而爆炸，所以必须去除脱硫石膏中的结晶水。

16、煅烧工艺是影响脱硫石膏制品质量和应用的主要因素。在脱硫石膏煅烧过程中，当温度升高、脱水速度加快时，由于石膏导热性能不良，容易造成石膏的内外温度分布不均匀，形成多相混合物。因此，合理选择煅烧干燥工艺及设备，才能保证石膏制品的质量。

17、对于脱硫石膏的煅烧采用沸腾炉煅烧工艺。其煅烧炉的底层状态属于鼓泡床，因此将这种炉子形象地称作“沸腾炉”。在煅烧过程中，从沸腾炉底部鼓入空气，通过空气分布板进入流化床。鼓入空气是床层实现流态化，在流化床中的加热管向物料传递大量的热量，是二水石膏达到脱水分解的温度。同时，流态化的床层使炉子中的石膏的成分趋向于均匀化，保证了整个炉内是石膏的成分一致性。最终在炉内获得成分较为均匀的脱硫石膏初步粉末成品。

18、作为合适但非限制性地实例，改性脱硫石膏的目数为100-200目。

19、<脱硫石膏中加入赤泥>

20、赤泥主要成分为氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁等，是焊接过程中形成熔渣的良好成分。氧化硅加入焊接处时，在高温下与铁发生如下反应：

21、(sio2)+2[fe]＝2(feo)+[si]+g

22、此反应中g<0,即反应为吸热反应，在焊接过程中，高温情况下，此反应可连续进行。二氧化硅与母材反应之后生成的产物有氧化物与硅。得到的氧化物大部分进入熔渣之中，成为熔渣的一部分，提高了焊接过程中的产渣率，保证了焊接时焊缝的质量。而生成的si进入熔池中，此处得到的硅的含量极少，小于0.5％，在熔池中起到了镇静熔池的作用，使焊接处能够得到致密的焊缝。生成的硅在此同时进行合金化，与母材形成了合金。大大提高了焊缝的强度和焊接处的力学性能。赤泥中其它氧化物可以发挥类似作用。赤泥作为造渣剂功效远远高于单一氧化硅，尤其与脱硫石膏里面的杂质结合后更是形成10多种复合物，焊接保护效果显著增强。

23、前文已讨论过赤泥的质量用量为8-0.8*(1-x)，x为改性脱硫石膏硫酸钙的含量。该关系式是基于如图2通过factsage软件计算得到的氧化铝和氧化钙相图，二者含量为1:2时形成共晶。并根据渣系相图，经过多次试验获得。

24、<脱硫石膏中加入合金粉>

25、作为合适但非限制性地实例，合金粉为fe-mn-si粉、cu-sn-zn粉、al-si-cu粉中的一种或至少二种。

26、针对fe-mn-si粉中，mn、si二者添加质量占总质量为2wt％以下。

27、针对述cu-sn-zn粉粉中，sn、zn二者添加质量占总质量为5wt％以下。

28、针对述al-si-cu粉粉中，si、cu二者添加质量占总质量为10wt％以下。

29、本技术具有以下优势：

30、1.本技术开辟了一种全新的脱硫石膏处理方案，本发明的调控方法能够为燃油、燃气、燃煤等工业烟气脱硫石膏资源化利用提供新途径，可更好地利用脱硫石膏，具有显著的市场前景，经济效益显著。

31、2.本技术操作工艺简单，处理成本低廉，适合于各种地区、各种类型、各种成分的脱硫石膏。

32、3、本技术具有节能环保的特点，其处理过程全流程无污染和无副产物产生，真正实现了节能减排。

33、3.巧妙的利用了脱硫石膏里面的“杂质”成分包括二氧化硅，氧化钠，碳酸钙，亚硫酸钙，石灰石，氯化钙，氯化镁等作为复合造渣剂，所研制的热熔焊粉造渣良好，焊接缺陷少。

34、4、本技术进一步添加工业废弃物赤泥，其中赤泥中含有氧化硅以及其它氧化物。氧化硅加入焊接处时，二氧化硅与母材反应之后生成的产物有氧化物与硅。得到的氧化物大部分进入熔渣之中，成为熔渣的一部分，提高了焊接过程中的产渣率，保证了焊接时焊缝的质量。而生成的si进入熔池中，此处得到的硅的含量极少，小于0.5％，在熔池中起到了镇静熔池的作用，使焊接处能够得到致密的焊缝。生成的硅在此同时进行合金化，与母材形成了合金。大大提高了焊缝的强度和焊接处的力学性能。赤泥中其它氧化物可以发挥类似作用。赤泥作为造渣剂功效远远高于单一氧化硅，尤其与脱硫石膏里面的杂质结合后更是形成10多种复合物，焊接保护效果显著增强。

35、5、本技术的热熔焊粉可以用于焊接各种钢铁材料、铝及铝合金、铜及铜合金以及他们之间异种材料的焊接。

36、6、通过调整脱硫石膏的加入量可以用来改变焊粉热量，从而适应不同板厚或者形状的工件的焊接。

37、7、本技术可以保证焊缝成分与母材成分完全一致，实现了化学均匀性避免接头腐蚀。

38、8、根据脱硫石膏的特性，采用铝镁合金粉代替铝粉，进一步降低焊接预热温度，提高反应速度，平衡熔池存在时间，使焊接冶金过程平稳可控，工艺良好。

39、9、本技术的热熔焊粉制造成分低廉，用于各种工件焊接时不需要外加电能和气能的使用。

40、10、采用该申请的焊粉可以用于高铁建设和轻轨铺设过程中的钢轨焊接、大楼接地铜棒焊接、铝冶炼过程中母线焊接等各种工况。。