(57)【要約】      （修正有）【課題】多量の凝集材や結合材を用いることなく、微粒子が沈まずに水面に浮遊したり、微粒が水面下から浮遊することを抑制できる水域向け資材および当該資材の製造方法を提供する。【解決手段】資材の水分含有量が２質量％以上２０質量％以下の範囲内である。さらにＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを含む原料を６０質量％以下で含む、鉄鋼スラグを主体とする水域向け資材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼スラグを主体とする資材であって、
前記資材の水分含有量が２質量％以上２０質量％以下の範囲内である、水域向け資材。
【請求項２】
前記資材は、さらに、ＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを含む原料を６０質量％以下で含む、請求項１に記載の水域向け資材。
【請求項３】
水域向け資材の製造方法であって、
鉄鋼スラグを主体とする資材の水分含有量を２質量％以上２０質量％以下に調整する、水域向け資材の製造方法。
【請求項４】
前記資材に、ＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを含む原料を６０質量％以下になるように混合する、請求項３に記載の水域向け資材の製造方法。
【請求項５】
前記ＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを含む原料は、高炉水砕スラグ微粉末を含有する鉄鋼スラグ水和固化体である、請求項４に記載された水域向け資材の製造方法。
【請求項６】
前記資材の水分含有量を調整してから、前記資材を３日以上養生させる、請求項３から請求項５の何れか一項に記載の水域向け資材の製造方法。
【請求項７】
前記資材の水分含有量を調整してから、前記資材を１４日以上養生させる、請求項３から請求項５の何れか一項に記載の水域向け資材の製造方法。
【請求項８】
前記鉄鋼スラグは、溶銑予備処理スラグおよび転炉スラグから選ばれる１種以上の製鋼スラグである、請求項３から請求項７の何れか一項に記載の水域向け資材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼製造プロセスの副産物である鉄鋼スラグを利用した水域向け資材であって、施工時に浮遊物の発生を抑制できる水域向け資材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海域の環境改善、藻場の造成、河川等の水質改善のための覆砂には、天然石や天然砂が用いられてきたが、天然資源の保全、山の採掘の抑制などの観点から、それらの代替材料として各種副産物の利用が進められている。特に、鉄鋼製造プロセスの副産物である製鋼スラグは、形状が天然石や天然砂と類似していること、発生元の製鉄所が海域に面していること、安定した供給が可能であること、重金属の溶出がないこと、などの理由から有望な材料とみなされ、利用が進められている。
【０００３】
製鋼スラグは、製鋼工程において溶融状態で比重分離により鉄と分離される、しかしながら、完全に鉄と分離することが難しいので、製鋼スラグには鉄分（地金）が多く含まれる。このため、再度、製鉄プロセスにて利用するため、製鋼スラグを破砕し、地金回収が行われる。このときに、不可避的に微粒子が発生する。このような微粒子を含む製鋼スラグを海域等の水域向け資材に使用すると、製鋼スラグを水域に投入した際に、当該微粒子が拡散して水の濁りの原因となる。また、スラグの比重が同じ場合、粒子の沈降速度は粒径が小さいほど遅くなるので、長期間にわたり水が濁ることになる。加えて、疎水性物質が含まれる場合、疎水性物質の微粒子が水面に浮上し、長期間にわたりとどまることがある。たとえば、粒径が０．５ｍｍ以下である微細な黒鉛を含む溶銑予備処理スラグにおいては疎水性である黒鉛が浮上して水面を漂うことがある。
【０００４】
港湾工事などにて土砂などの材料を投入するときの海水の濁りを抑制する技術として特許文献１には、土砂を水中に投入しようとする工事において、土砂に凝集剤を含有させることによって土砂投入時の濁りを抑える技術が開示されている。この文献には、凝集剤としてポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、硫酸鉄、塩化鉄類の無機酸系凝集剤、消石灰、苛性ソーダ等の無機アルカリ系凝集剤、ポリアクリルアミド、ポリイミン、ポリアミン、アルギン酸ソーダ、テンプン等の有機系凝集剤を溶液、固形または粉末で使用することが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、工事作業範囲の水域を水底まで汚濁防止カーテンで区切り、その区切られた領域に凝集剤を添加して土砂の沈降を促進させる技術が開示されている。この文献には、凝集剤として無機質の凝集剤や有機質の高分子凝集剤を用いることが記載されている。さらに、特許文献３には、結合剤によって砂粒をプレート状に固めた覆砂材で底泥層の上表面を覆い、これにより、底泥が舞い上がって濁りが生じることを防止する技術が開示されている。この文献には、砂粒としてゼオライトを用いること、結合剤として生分解性の結合剤を用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１４９２６号公報
【特許文献２】特開平５−３２１２３４号公報
【特許文献３】特開２０１５−１３２１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、土砂に凝集剤を含有させることで水中において土砂を凝集させているが、土砂と凝集剤とは化学的な反応で結合しておらず物理的なフロックを形成しているに過ぎない。このため、土砂に凝集剤を含有させる方法は、水中において懸濁する土砂を低減させる効果が小さいという課題があった。また、特許文献２では、汚濁防止カーテンで区切られた領域に凝集剤を添加するが、土砂を沈降させるには、多量の凝集剤が必要になるという課題があった。
【０００８】
特許文献３では、結合材を用いて砂粒をプレート状に固めて覆砂材プレートを形成させるので、その製造には専用の設備が必要になる。また、その施工工程も通常の覆砂と比べて複雑になるので、大幅なコスト増になる。さらに、施工時に損壊しない強度で結合された覆砂材プレートは、結合材が分解するまでは本来の覆砂の効果が得られないという課題があった。本願発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、疎水性の微粒子が含まれる場合であっても、多量の凝集材や結合材を用いることなく、微粒子が沈まずに水面に浮遊したり、微粒子が水面下から浮遊することを抑制できる水域向け資材および当該資材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）鉄鋼スラグを主体とする資材であって、前記資材の水分含有量が２質量％以上２０質量%以下の範囲内である、水域向け資材。
（２）前記資材は、さらに、ＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを含む原料を６０質量％以下で含む、（１）に記載の水域向け資材。
（３）水域向け資材の製造方法であって、鉄鋼スラグを主体とする資材の水分含有量を２質量％以上２０質量％以下とする、水域向け資材の製造方法。
（４）前記資材に、ＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを含む原料を６０質量％以下になるように混合する、（３）に記載の水域向け資材の製造方法。
（５）前記ＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを含む原料は、高炉水砕スラグ微粉末を含有する鉄鋼スラグ水和固化体である、（４）に記載された水域向け資材の製造方法。
（６）前記資材の水分含有量を調整してから、前記資材を３日以上養生させる、（３）から（５）の何れか１つに記載の水域向け資材の製造方法。
（７）前記資材の水分含有量を調整してから、前記資材を１４日以上養生させる、（３）から（５）の何れか１つに記載の水域向け資材の製造方法。
（８）前記鉄鋼スラグは、溶銑予備処理スラグおよび転炉スラグから選ばれる１種以上の製鋼スラグである、（３）から（７）の何れか１つに記載の水域向け資材の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
鉄鋼スラグを主体とする資材に水分を添加することで、疎水性の微粒子を鉄鋼スラグ表面に付着させることができる。この付着により、微粒子は当該鉄鋼スラグとともに水中に沈むので、疎水性の微粒子を含む資材を水域に投入したとしても、投入後に疎水性の微粒子が水面を浮遊したり、疎水性の微粒子が水面下から浮遊することを抑制できる。これにより、当該資材を水域に投入した時の濁りの発生を抑制できる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本実施形態に係る水域向け資材は、水分含有量が２質量％以上２０質量%以下の範囲内に調整された鉄鋼スラグを主体とする資材である。ここで、鉄鋼スラグを主体とする資材とは、高炉スラグや製鋼スラグ等を含む鉄鋼スラグを７０質量％以上含む資材を意味する。水分含有量が２質量％以上２０質量%以下の範囲内に調整された鉄鋼スラグを主体とする資材を水域向け資材に用いることで、仮に、水域向け資材中に疎水性の微粒子が含まれる場合であっても、水中に投入した後に、微粒子が水面を浮遊したり、微粒子が水面下から浮遊することを抑制でき、これにより、当該水域の濁りの発生を抑制できる。
【００１２】
鉄鋼スラグを主体とする資材に水分を含有させることで、水分の表面張力で資材中の親水性の微粒子同士が凝集し、これら微粒子の浮遊が抑制される。また、疎水性の微粒子も周辺の凝集した親水性の微粒子の凝集構造に捕捉され、これら微粒子の浮遊が抑制される。なお、親水性の微粒子とは、例えば、ＣａＯとＳｉＯ２の化合物など酸化物系のスラグ成分であり、疎水性の微粒子とは、例えば、溶銑から析出してスラグに混入した黒鉛や粒鉄がある。
【００１３】
鉄鋼スラグの水分含有量の調整は、例えば、鉄鋼スラグに予め含まれる水分含有量を測定し、当該水分含有量が２質量％より少ない場合には、差分の水を添加することで水分含有量を調整できる。鉄鋼スラグへの水の添加は、鉄鋼スラグの山に散水してもよく、鉄鋼スラグを搬送するベルトコンベアに水分添加装置を設け、当該水分添加装置から水分を添加してもよい。また、水分含有量が２０質量％を超える場合には、鉄鋼スラグを放置して自然乾燥させる。これにより、鉄鋼スラグの水分含有量を２０質量％以下に低減できる。
【００１４】
鉄鋼スラグを主体とする資材の水分含有量は、当該資材の全質量に対して２質量％以上２０質量％以下の範囲内にすることが必要であり、１０質量％以上２０質量％以下の範囲内にすることがより好ましい。資材の水分含有量が２質量％未満になると、水面を浮遊する微粒子および水面下から浮遊する微粒子の発生を抑制する効果が小さくなり、当該資材を水域に投入した時の濁りの発生を抑制できない。また、水分含有量が２０質量％より多くなると、資材の粒子子間の空隙の大部分が水で満たされた状態となるが、空気が存在しない領域では水が資材の粒子子同士を表面張力で凝集させる効果が得られない。このため、当該資材を水域に投入した後の水の濁りが大きくなるおそれが生じる。
【００１５】
本実施形態において、鉄鋼スラグは、例えば、鉄鋼製造プロセスの副産物である高炉スラグや製鋼スラグを用いてよい。製鋼スラグとしては、転炉スラグ（脱炭スラグ）、溶銑予備処理スラグ（脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ）および電気炉スラグから選ばれる１種以上を用いてよい。表１に溶銑予備処理（脱燐）スラグの組成の一例を示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
また、鉄鋼スラグを主体とする資材は、ＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを６０質量％以下で含むことが好ましく、これら混合物の水分含有量も２質量％以上２０質量％以下の範囲内にすることが好ましい。これにより、水域に資材を投入した後の水の濁りの発生をさらに抑制できる。なお、ＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物および当該化合物の水和物とは、例えば、カルシウムシリケートや製鋼スラグおよび高炉水砕スラグ微粉末を含有する鉄鋼スラグ水和固化体である。鉄鋼スラグ水和固化体は、アルカリ刺激剤やフライアッシュ等を含んでもよい。
【００１８】
ＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを含む原料の資材への混合は、先に資材とＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを含む原料とを混合し、その後、当該混合物の水分含有量を調整してもよく、まず、資材の水分含有量を調整してからＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物およびＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物の水和物の少なくとも１つを含む原料を資材に混合してもよい。
【００１９】
本実施形態に係る水域向け資材は、水分含有量が２質量％以上２０質量%以下の範囲内となるように資材に水分を添加してから３日以上養生した後に水域に投入することが好ましく、資材に水分を添加してから１４日以上経過した後に水域に投入することが好ましい。このように、養生期間をおくことにより、鉄鋼スラグ表面への疎水性の微粒の付着力がさらに高まり、水域に資材を投入した後の水の濁りの発生をさらに抑制できる。ここで、養生とは常温で静置することである。養生する場所は露天でも屋根下でもよいが、露天で降雨により水分含有量が２０質量％を超える場合は資材を放置して自然乾燥させればよい。なお、養生期間が０日であっても、水分含有量が２質量％以上２０質量%以下の範囲内となるように水分含有量が調整された資材は、水分含有量が２質量％未満または２０質量％より多い資材よりも、水域に投入した後の水の濁りの発生を抑制できる。
【００２０】
以上説明したように、本実施形態に係る水域向け資材は、水分を添加するだけで水の濁りの原因となる微粒を表面に付着させることができるので、複雑な施工が必要なく、且つ、多量の凝集材や結合材を用いることなく、微粒が沈まずに水面に浮遊したり、微粒が水面下から浮遊することを抑制できる。
【実施例】
【００２１】
次に実施例を説明する。本実施例では、鉄鋼スラグとして溶銑予備処理スラグの一つである脱燐スラグを用いた。脱燐工程で発生した脱燐スラグを目開き４．７５ｍｍの篩を用いてふるい、篩下に篩分けされた篩下材を水域向け資材の原料に用いた。また、高炉微粉末と製鋼スラグを主体とする原料から製造される鉄鋼スラグ水和固化体の破砕物を目開き４．７５ｍｍの篩で篩分けし、この篩下材をＣａＯとＳｉＯ２を含む化合物を含む原料として用いた。
【００２２】
下記表２に示す条件で水分を添加した後、所定期間養生して水域向け資材を作製した。この水域向け資材を３Ｌの透明ポリエチレン製の円筒型容器にイオン交換水を２Ｌ入れ、１０００ｇの水域向け資材を投入した。投入後１日経過後に水面上にある浮遊物を水ごと樹脂製スプーンで回収し、ろ紙上でろ過した後に１１０℃で乾燥させて水分を除去し、浮遊物の質量を測定した。その測定結果を、下記表２の「浮遊物」の列に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２に示すように、脱燐スラグに水分を添加しない比較例１では０．１４４ｇ／（ｋｇ−脱燐スラグ）の浮遊物が確認された。一方、脱燐スラグに水分含有量が１０質量％になるように水分を添加した発明例１では、浮遊物が０．０７１ｇ／（ｋｇ−脱燐スラグ）となり、浮遊物は比較例１の半分以下に減少した。なお、浮遊物の単位ｇ／（ｋｇ−脱燐スラグ）は、脱燐スラグ１ｋｇ当たりの浮遊物の質量（ｇ）を意味する。
【００２５】
次に、養生期間について説明する。養生期間を１４日から３日に短縮したところ（発明例２）、浮遊物が０．０９０ｇ／（ｋｇ−脱燐スラグ）となり、発明例１より増加したものの比較例１よりも３割以上減少した。さらに、養生期間を１日に短縮したところ（発明例３）、浮遊物が０．１０５ｇ／（ｋｇ−脱燐スラグ）となり、発明例２より更に増加したものの比較例１よりも２割以上減少した。これらの結果から、養生期間を１日とするよりも３日にする方が好ましく、さらに１４日にすることがより好ましいことが確認された。
【００２６】
次に、水分含有量について説明する。水分含有量を２質量％から２０質量％の範囲内で変えて水域向け資材を作製した（発明例１、４〜７）。これら発明例では、いずれも比較例１に比べ浮遊物が２割以上減少した。特に、水分含有量を１０質量％以上２０質量％以下の範囲内とした水域向け資材（発明例１、６、７）では、浮遊物が０．０６９〜０．０７５ｇ／（ｋｇ−脱燐スラグ）となり、比較例１の半分以下に減少した。なお、水分含有量を２０質量％よりも多くすることを試みたが、水域向け資材から水が滲出し、２０質量％を超えて添加された水は、水域向け資材の表面や内部に作用しないことわかった。これらの結果から、水分含有量を２質量％以上２０質量％以下の範囲内とした脱燐スラグを水域向け資材として用いることで、水分を含まない脱燐スラグを水域向け資材として用いた場合よりも浮遊物を少なくできることが確認された。さらに、水分含有量を１０質量％以上２０質量％以下の範囲内とした脱燐スラグを水域向け資材として用いることで、さらに浮遊物を少なくできることが確認された。
【００２７】
さらに、２５質量％以上６０質量％以下の範囲内になるように鉄鋼スラグ水和固化体を混合した水域向け資材（発明例８〜１１）では、浮遊物が０．０１７〜０．０３７ｇ／（ｋｇ−脱燐スラグ）となり、浮遊物は、比較例１の４分の１から８分の１に減少した。このように、水域向け資材の鉄鋼スラグ水和固化体の含有量が２５質量％以上６０質量％以下の範囲内になるように鉄鋼スラグ水和固化体を混合することで、浮遊物をさらに減少できることが確認された。なお、鉄鋼スラグ水和固化体の含有割合を６０質量％以上にすると、脱燐スラグの使用量が減少する。このため、供給バランスを考慮し、鉄鋼スラグ水和固化体の含有量の上限を６０質量％以下にした。