(57)【要約】【課題】簡便な手法により、ホウ素含有物質のホウ素溶出を抑制する。【解決手段】ホウ素含有物質からホウ素が溶出することを抑制する、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法であって、液相を有する温度状態にある上記ホウ素含有物質を冷却し、上記ホウ素含有物質を冷却するときの冷却速度（単位：℃／ｍｉｎ）をＺ、０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲の冷却速度（単位：℃／ｍｉｎ）をＡ、上記冷却速度Ａで冷却した後の上記ホウ素含有物質のホウ素溶出量（単位：ｍｇ／Ｌ）をＢとしたときに、下記式（１）を満たす、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法。  Ｚ≧Ａ×Ｂ３  ・・・（１）  ただし、上記冷却速度ＺおよびＡは、上記ホウ素含有物質を、液相を有する温度から９００℃まで冷却する際の温度変化の時間割合を表す。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素含有物質からホウ素が溶出することを抑制する、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法であって、
液相を有する温度状態にある前記ホウ素含有物質を冷却し、
前記ホウ素含有物質を冷却するときの冷却速度（単位：℃／ｍｉｎ）をＺ、０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲の冷却速度（単位：℃／ｍｉｎ）をＡ、前記冷却速度Ａで冷却した後の前記ホウ素含有物質のホウ素溶出量（単位：ｍｇ／Ｌ）をＢとしたときに、下記式（１）を満たす、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法。
Ｚ≧Ａ×Ｂ３  ・・・（１）
ただし、前記冷却速度ＺおよびＡは、前記ホウ素含有物質を、液相を有する温度から９００℃まで冷却する際の温度変化の時間割合を表す。
【請求項２】
前記ホウ素含有物質が、鉄鋼プロセスにおいて発生するスラグである、請求項１に記載のホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法。
【請求項３】
ホウ素含有物質を、請求項１または２に記載の方法によって処理することにより、ホウ素溶出が抑制されたホウ素溶出抑制処理材を得る、ホウ素溶出抑制処理材の製造方法。
【請求項４】
前記ホウ素溶出抑制処理材が土木建築資材である、請求項３に記載のホウ素溶出抑制処理材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法、および、ホウ素溶出抑制処理材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業の発展に伴い、各種の産業において生成される産業副産物が増加している。
最近では、地球環境保全という観点から、産業副産物が有効利用されている。例えば、製鉄所から発生する高炉スラグ、製鋼スラグ（転炉スラグ、電気炉スラグ）などの鉄鋼スラグ、火力発電所から発生する石炭灰、廃棄物や下水汚泥の焼却灰などを高温で溶融させて得られる溶融スラグ；等の産業副産物は、冷却され固化されて、適正な粒度調整が施された後、路盤材、地盤材などの土木建築資材として再利用されている。
【０００３】
ところで、周辺の環境に悪影響を及ぼす成分として、代表的には、カドミウム、水銀、クロム、鉛などの重金属類が例示できる。これら重金属類以外にも、フッ素、セレン、ヒ素、ホウ素なども、環境に悪影響を与える成分として、環境への排出（溶出）が厳しく規制されている。例えば、ホウ素の場合、土壌を構成する土木建築資材からの溶出量（環境庁告示第４６号に規定される溶出試験による溶出量）を１ｍｇ／Ｌ以下とするように規制されている。
【０００４】
環境に悪影響を及ぼす成分の溶出抑制方法は、各種提案されている。
例えば、特許文献１には、「…ホウ素を含有する土壌又は焼却灰に酸化マグネシウム…を添加、混合し、固化不溶化処理を行うことにより、土壌又は焼却灰中の…ホウ素を封じ込める」技術が開示されている（［０００６］）。この技術によれば、「…ホウ素が固定されて溶出せず、…環境負荷低減が図れる」とされている（［００２３］）。
【０００５】
特許文献２には、火力発電所等から排出される石炭灰について、「石炭灰を所定期間加湿養生する」技術が開示されている（［請求項１］）。これにより、「石炭灰をそのまま埋め立て処分する場合に比べて、埋め立て地からのホウ素の溶出を大幅に抑制することができる」とされている（［００１２］）。
【０００６】
特許文献３には、「Ａｌ２Ｏ３含有量が３％以上であって、かつ、Ｆｅ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３含有量の総量が１５％以上である」製鋼スラグを含有する有害物質低減材が開示されている（［請求項１］）。この製鋼スラグのブレーン比表面積については、「３，０００ｃｍ２／ｇ未満では有害物質の低減効果が十分でない」と記載されている（［００２７］）。
【０００７】
特許文献４には、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法として、「…ホウ素含有物質に、製鋼スラグを水と共に混合して混合物とし、…混合物を、所定期間、風乾および／または養生する」ことが開示されている（［請求項１］）。この製鋼スラグについては、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の含有量から計算される指標が特定の条件を満足することが、「ホウ素の溶出抑制効果の向上という観点から、望ましい」とされている（［００２８］、［００２９］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２９８７４１号公報
【特許文献２】特開２００７−９０１５５号公報
【特許文献３】特開２００５−３６１５９号公報
【特許文献４】特開２０１５−１７８０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載された技術は、ホウ素含有物質に、高価な酸化マグネシウムをホウ素溶出抑制材として添加する技術であるため、コスト高であり、添加作業も煩雑である。なお、酸化マグネシウムを添加したホウ素含有物質は、硬化し塊状化する場合があり、再利用しにくいという問題もある。
特許文献２に記載された技術は、ホウ素含有物質を所定期間加湿養生することを要しており、ホウ素の溶出量が多いホウ素含有物質については、長期間の加湿養生が必要となることから、煩雑であり、生産性も劣る。
特許文献３および４に記載された技術は、ホウ素含有物質に、ホウ素溶出抑制材として、所定の製鋼スラグを添加混合したり、その後に養生したりする技術であるため、煩雑である。また、得られた混合物は、用いたホウ素含有物質よりも質量および容積が大幅に増加するため、再利用しにくいという問題もある。
なお、特許文献３に記載された技術においては、製鋼スラグの比表面積を上げるために粉砕作業を要する場合があり、この場合、更に煩雑となる。
【００１０】
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、簡便な手法により、ホウ素含有物質のホウ素溶出を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意検討した結果、ホウ素含有物質の冷却速度を制御することにより、ホウ素含有物質のホウ素溶出量を低減できることを見出し、本発明を完成させた。
【００１２】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［４］を提供する。
［１］ホウ素含有物質からホウ素が溶出することを抑制する、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法であって、液相を有する温度状態にある上記ホウ素含有物質を冷却し、上記ホウ素含有物質を冷却するときの冷却速度（単位：℃／ｍｉｎ）をＺ、０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲の冷却速度（単位：℃／ｍｉｎ）をＡ、上記冷却速度Ａで冷却した後の上記ホウ素含有物質のホウ素溶出量（単位：ｍｇ／Ｌ）をＢとしたときに、下記式（１）を満たす、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法。
Ｚ≧Ａ×Ｂ３  ・・・（１）
ただし、上記冷却速度ＺおよびＡは、上記ホウ素含有物質を、液相を有する温度から９００℃まで冷却する際の温度変化の時間割合を表す。
［２］上記ホウ素含有物質が、鉄鋼プロセスにおいて発生するスラグである、上記［１］に記載のホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法。
［３］ホウ素含有物質を、上記［１］または［２］に記載の方法によって処理することにより、ホウ素溶出が抑制されたホウ素溶出抑制処理材を得る、ホウ素溶出抑制処理材の製造方法。
［４］上記ホウ素溶出抑制処理材が土木建築資材である、上記［３］に記載のホウ素溶出抑制処理材の製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡便な手法により、ホウ素含有物質のホウ素溶出を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ホウ素溶出抑制の試験結果をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法］
本発明のホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法（以下、単に「本発明の抑制方法」ともいう）は、概略的には、溶出成分としてホウ素を含有するホウ素含有物質からホウ素が溶出することを抑制する、ホウ素含有物質のホウ素溶出抑制方法である。
【００１６】
より詳細には、本発明の抑制方法は、液相を有する温度状態にあるホウ素含有物質を冷却する。
そして、ホウ素含有物質を冷却するときの冷却速度（単位：℃／ｍｉｎ）をＺ、０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲の冷却速度（単位：℃／ｍｉｎ）をＡ、冷却速度Ａで冷却した後のホウ素含有物質のホウ素溶出量（単位：ｍｇ／Ｌ）をＢとしたときに、下記式（１）を満たすようにする。
Ｚ≧Ａ×Ｂ３  ・・・（１）
ただし、冷却速度Ｚおよび冷却速度Ａは、いずれも、ホウ素含有物質を液相を有する温度から９００℃まで冷却する際の温度変化の時間割合を表す。
【００１７】
後出の［実施例］において実証されるように、上記式（１）を満たすことにより、ホウ素含有物質のホウ素溶出量は低減する。
本発明者らが鋭意調査した結果、ホウ素は主にホウ素含有物質中のガラス相領域に濃化していることが明らかとなった。また、ホウ素含有物質の冷却速度を上げることによって、組織内のガラス相の比率が増大し、ガラス相内のホウ素濃度が相対的に低下することにより、ホウ素溶出量が抑制されることが分かった。
こうして、冷却速度を調整するだけの簡便な手法により、ホウ素含有物質のホウ素溶出を抑制でき、環境基準を満たすようにすることができる。
なお、ホウ素溶出量は、環境庁告示第４６号に規定される溶出試験により測定する。
【００１８】
ホウ素含有物質としては、特に限定されないが、例えば、鉄鋼プロセスにおいて発生するスラグが好適に挙げられる。
このようなスラグであるホウ素含有物質について、各成分の含有量は特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ２：２２．０〜４０．０質量％、Ａｌ２Ｏ３：２．０〜２０．０質量％、ＣａＯ：２５．０〜４５．０質量％、ＭｇＯ：２．０〜１８．０質量％、Ｆｅ：３．０質量％以下、ＭｎＯ：１．０〜１８．０質量％が好ましい。
【００１９】
このようなスラグは、製銑プロセス、製鋼工程の各種精錬プロセス、および、各種の合金鉄の製錬プロセス毎に、概ね一定した組成である。
各プロセスの操業温度において溶融状態で排出され、その後、冷却されて凝固したスラグが、破砕、分級等の工程を経て、スラグ製品となる。
各スラグ製品は、その用途に応じて満たすべき環境基準が定められている場合がある。その場合、各スラグ製品は、必要に応じて採取した代表サンプルを用いて各種の溶出試験が行なわれ、各成分の溶出量が管理される。
上述したように、各プロセスから発生したスラグの組成は、概ね一定している。このため、各プロセスから発生したスラグから製造したスラグ製品またはその原料における各成分の溶出量も、概ね一定した値となる。
したがって、１月毎などの所定の頻度で、０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲の冷却側度Ａで冷却して採取したサンプルについて、ホウ素溶出量Ｂを測定すればよい。
【００２０】
なお、工業的に排出されるスラグは、冷却ヤードに放置され自然冷却された後に、適宜処理される。このような処理をすると、冷却速度Ａの範囲で冷却される。
例えば、冷却ヤードの数か所にあらかじめ熱電対を設置する、または、サーモビュア等で排出スラグの表面を測定する。これにより、工業的に排出されるスラグであるホウ素含有物質の冷却速度Ａを測定できる。
そして、冷却速度Ａが０．１℃／ｍｉｎ以上２０℃／ｍｉｎ以下の範囲であったホウ素含有物質を用いて、冷却速度Ａで冷却した後のホウ素含有物質のホウ素溶出量を測定することができる。
【００２１】
本発明の抑制方法においては、液相を有する温度状態（例えば、１２００℃以上）にあるホウ素含有物質を、上記式（１）を満たすように冷却することにより、このホウ素含有物質のホウ素溶出量を低減する。
液相を有する温度状態のホウ素含有物質とは、具体的には、例えば、高炉、転炉または電気炉から排出された鉄鋼スラグ、溶融炉から排出された溶融スラグである。
【００２２】
液相を有する温度状態のホウ素含有物質（本段落において単に「ホウ素含有物質」という）を冷却する方法としては、特に限定されず、例えば、ホウ素含有物質を鉄板上に所定の厚さで放流して冷却する鉄板冷却法、水流を用いてホウ素含有物質を急冷却する水砕法、空気流を用いてホウ素含有物質を急冷却する風砕法などがあり、所望の冷却速度に応じて適宜選択できる。
【００２３】
［ホウ素溶出抑制処理材およびその製造方法］
ホウ素含有物質を、上述した本発明の抑制方法によって処理する（すなわち、上記式（１）を満たすように、液相を有する温度状態にあるホウ素含有物質を冷却する）ことにより、ホウ素溶出が抑制されたホウ素溶出抑制処理材が得られる。
得られたホウ素溶出抑制処理材は、例えば、必要に応じて粒度調整が施された後、路盤材、地盤材などの土木建築資材として好適に用いられる。
【実施例】
【００２４】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。
【００２５】
鉄鋼プロセスにおいて発生する３種のスラグを、それぞれ、ホウ素含有物質α、βおよびγとして用いた。いずれも、通常１５００℃の高温で排出される。各ホウ素含有物質の成分組成を下記表１に示す。ただし、各ホウ素含有物質は、下記表１に示す成分以外の成分も含有する。このため、各ホウ素含有物質において、下記表１に示す成分組成の含有量の合計は１００質量％ではない。
【００２６】
ホウ素含有物質α、βおよびγのそれぞれ１００ｇを、黒鉛るつぼに入れ、電気炉内に保持することにより液相を有する温度状態（１２００℃）にした。次いで、１２００℃から９００℃まで、所定の冷却速度Ａで冷却した。その後、黒鉛るつぼを、電気炉から取り出し、水冷した。黒鉛るつぼから各ホウ素含有物質を取り出し、２ｍｍ以下に粉砕したうえで、環境庁告示第４６号に規定される溶出試験によりホウ素溶出量Ｂを測定した。
下記表１に示すように、ホウ素含有物質αは、３℃／ｍｉｎの冷却速度Ａで冷却した後のホウ素溶出量Ｂが１１．７ｍｇ／Ｌであった。
ホウ素含有物質βは、０．１℃／ｍｉｎの冷却速度Ａで冷却した後のホウ素溶出量Ｂが９．１ｍｇ／Ｌであった。
ホウ素含有物質γは、２０℃／ｍｉｎの冷却速度Ａで冷却した後のホウ素溶出量Ｂが１．２ｍｇ／Ｌであった。
【００２７】
【表１】
2020032343.tif 000002
【００２８】
次いで、各ホウ素含有物質１０ｋｇを、るつぼ内に収容し、小型溶解炉を用いて再溶解させた後、下記表２に示す冷却速度Ｚ（単位：℃／ｍｉｎ）で冷却した。冷却速度Ｚは、各ホウ素含有物質を、液相を有する温度（再溶解した温度）から９００℃まで冷却する際の温度変化の時間割合である。
冷却方法としては、るつぼ内で冷却速度を制御して各ホウ素含有物質を徐冷する方法（るつぼ内）、再溶解させた各ホウ素含有物質を、厚さ２０ｍｍの鉄板上に放流して冷却する方法（鉄板）、または、再溶解させた各ホウ素含有物質を、水流を用いた水砕法によって冷却する方法（水砕）を用いた。それぞれの冷却方法において、冷却速度Ｚは、次のように温度を測定することにより求めた。
【００２９】
（るつぼ内）
るつぼ内で冷却した場合、るつぼ内のホウ素含有物質における高さ方向中間位置であって、かつ、るつぼ水平方向の中央位置の温度を、熱電対で測定した。るつぼ内の温度が、ホウ素含有物質が再溶解した温度から９００℃に低下するまでの時間の温度変化を求めた。これは、結晶−ガラス間の変態は、概ね９００℃以上で生じるため、液相を有する温度状態から９００℃までの冷却速度をいかに確保するかが重要となるからである。
【００３０】
（鉄板）
鉄板上で冷却した場合は、あらかじめ熱電対を、鉄板に対して一定の間隔で種々の高さ方向に設置し、鉄板上に放流したホウ素含有物質の温度を測定した。ホウ素含有物質が再溶解した温度から９００℃に低下するまでの時間の温度変化を、各高さ位置において求め、その平均値から冷却速度Ｚを求めた。
【００３１】
（水砕）
水砕法で冷却した場合は、まず、再溶解させたホウ素含有物質を水流に流し入れてから水槽に流れ込むまでの時間を測定した。次いで、水槽内に堆積したホウ素含有物質の水砕中に熱電対を入れて温度を測定した。再溶解した温度と水槽内の水砕中の温度との差分、および、ホウ素含有物質を水流に流し入れてから水槽に流れ込むまでの時間から、冷却速度Ｚを求めた。
【００３２】
冷却速度Ｚで冷却した後の各ホウ素含有物質を２ｍｍ以下に粉砕し、環境庁告示第４６号に規定される溶出試験により、ホウ素溶出量を測定した。結果を下記表２に示す。ホウ素溶出量が１．０ｍｇ／Ｌ以下であれば、ホウ素含有物質からホウ素が溶出することを抑制できたものと評価し、下記表２の「ホウ素溶出抑制」の欄に「○」を記載した。一方、ホウ素溶出量が１．０ｍｇ／Ｌ超であった場合には、下記表２の「ホウ素溶出抑制」の欄には「×」を記載した。
【００３３】
【表２】
2020032343.tif 000003
【００３４】
上記表１〜２に示す結果に基づき、ホウ素溶出抑制の試験結果を図１にプロットした。
図１は、ホウ素溶出抑制の試験結果をプロットしたグラフである。図１のグラフにおいて、横軸が冷却速度Ｚを示し、縦軸が冷却速度Ｚで冷却した後のホウ素溶出量を示す。
図１のグラフには、ホウ素溶出抑制の試験結果（「○」または「×」）をプロットしている。ただし、ホウ素含有物質βの「○」は「◇」に、ホウ素含有物質γの「○」は「△」に置き換えて、プロットしている。
さらに図１のグラフには、ホウ素含有物質α、βおよびγについて、Ｚ＝Ａ×Ｂ３の式で表される線分を記載した。
図１のグラフに示すように、Ｚ＝Ａ×Ｂ３の式で表される線分は、「×」と「○」（「◇」、「△」）との境界に配置されている。
【００３５】
上記表１〜２および図１のグラフから、下記式（１）を満たす場合には、ホウ素溶出量が１．０ｍｇ／Ｌ以下となり、ホウ素の溶出を抑制できたことが分かった。
これに対して、下記式（１）を満たさない場合、ホウ素溶出量は１．０ｍｇ／Ｌ超となり、ホウ素溶出の抑制が不十分であった。
Ｚ≧Ａ×Ｂ３  ・・・（１）
こうして、簡便な手法により、ホウ素含有物質のホウ素溶出を抑制できた。
【図１】
2020032343.tif 000004