(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼スラグを有機酸溶液中で攪拌後、固液分離して、Fe2O3含有量が40質量％以上である高鉄含有物を回収することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【請求項２】
有機酸が、サリチル酸、ピクリン酸、マレイン酸から選ばれる１種以上である請求項１記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項３】
有機酸溶液の溶媒が、メタノール、エタノール、アセトン、トルエンから選ばれる１種以上である請求項１又は２記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項４】
高鉄含有物を、製鋼原料、セメントクリンカー用原料及び／又はコンクリート用混和材として使用する請求項１〜３のいずれか１項に記載の製鋼スラグの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼工程で大量に副生する製鋼スラグの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼産業においては、種々のプロセスや設備によって、また、製造する鋼種によって様々な組成や性状を有するスラグが副生する。例えば、銑鉄を調製するプロセスで用いる高炉からは高炉スラグが、銑鉄から製鋼するプロセスで用いる溶銑予備処理設備、転炉、及び電気炉からは、それぞれ、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、及び電気炉スラグが副生する。そして、高炉スラグには水砕スラグ及び徐冷スラグがあり、溶銑予備処理スラグには、脱珪スラグ、脱リンスラグ、脱硫スラグ、及び脱炭スラグがあり、電気炉スラグにも酸化期スラグと還元期スラグが存在する。また、鋼種の違いで、普通炭素鋼、極低炭素鋼、特殊合金鋼、及びステンレス鋼等がある。
【０００３】
上記スラグのうち、高炉より副生する高炉水砕スラグは、セメント・コンクリート用混和材や路盤材等として利用されている。また、高炉水砕スラグ以外の製鋼スラグをセメント用混和材として使用することも提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０６１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、高炉水砕スラグ以外の製鋼スラグはメーカー及びロットにより組成、物性が大きく異なるために、これをセメント混和材として使用するとセメント組成物の品質変動が大きくなる虞があり、現状では充分に再利用されているとは言えず、埋立処分も多い状況にある。そのため、高炉水砕スラグ以外の製鋼スラグを有効利用できる処理方法が求められている。
なお、本発明でいう製鋼スラグとは、製鋼プロセスで生じるスラグの総称であり、具体的には溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、溶融還元炉スラグ、二次精錬スラグやステンレススラグを指すものであり、高炉水砕スラグ及び高炉徐冷スラグは含まない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意検討した結果、製鋼スラグを有機酸溶液で処理することにより、Fe2O3含有量が多い高鉄含有物を回収できることを見いだし、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、製鋼スラグを有機酸溶液中で攪拌後、固液分離して、Fe2O3含有量が40質量％以上である高鉄含有物を回収することを特徴とする製鋼スラグの処理方法である（請求項１）。
上記高鉄含有物は、製鋼原料、セメントクリンカー用原料及び／又はコンクリート用混和材として使用することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、製鋼スラグから高鉄含有物を回収し、該高鉄含有物は製鋼原料やセメントクリンカー用原料などとして使用することができるので、従来、有効利用が困難であった製鋼スラグの有効利用を可能とし、埋め立て処分量を大幅に減少することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で対象とする製鋼スラグは、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、溶融還元炉スラグ、二次精錬スラグやステンレススラグである。これらのスラグは、CaO、Fe2O3、SiO2を主要な化学成分とし、その他に、Al2O3、MnO、MgO、P2O5等を含んでいる。また、化合物としては、ビーライト、メリライト、ウスタイト、カルシウムフェライトなどを主要化合物として含んでいる。
【０００９】
製鋼スラグ中の鉄は、金属鉄として粒径100μｍ以上の塊で存在する他に、ビーライトの間隙を埋めるようにウスタイト、カルシウムフェライトとして存在しているので、製鋼スラグから高鉄含有物を回収するには、製鋼スラグ中のビーライトを選択的に除去する必要がある。そのために、本発明においては、製鋼スラグを有機酸溶液中で攪拌することにより、製鋼スラグ中のビーライトを有機酸溶液に溶解させて除去する。
上記有機酸としては、サリチル酸、ピクリン酸、マレイン酸等を使用することができるが、ビーライトを選択的に溶解できることや攪拌処理時間の短縮等の観点から、有機酸としてはサリチル酸を使用することが好ましい。
有機酸溶液の溶媒としては、メタノール、エタノール、アセトン、トルエン等を使用することができるが、ビーライトを選択的に溶解できることや攪拌処理時間の短縮等の観点から、有機酸溶液の溶媒としてはメタノールを使用することが好ましい。
【００１０】
有機酸溶液の濃度(溶質(有機酸)の質量／溶媒の体積)は、10kg/m3以上が好ましく、15kg/m3以上がより好ましく、20kg/m3以上が特に好ましい。有機酸溶液の濃度が10kg/m3未満では、製鋼スラグの攪拌処理に時間がかかるうえ、ビーライトの溶解量も少なくなりFe2O3含有量が40質量％以上である高鉄含有物を回収することが困難になる虞がある。
なお、有機酸溶液の濃度の上限は飽和濃度であるが、有機酸溶液の濃度を高くしても高鉄含有物中の鉄含有量は大きく増えず、薬剤コストが増大することに加えて、固液分離後の液分(有機酸溶液)からカルシウムや珪素やリン等を回収することが困難になる。従って、有機酸溶液の濃度は、150kg/m3以下が好ましく、100kg/m3以下がより好ましく、70kg/m3以下が特に好ましい。
【００１１】
有機酸溶液に対する製鋼スラグの添加量は、有機酸溶液1m3に対して5〜150kgが好ましく、10〜120kgがより好ましく、10〜120kgが特に好ましい。有機酸溶液1m3に対して製鋼スラグの添加量が5kg未満では、製鋼スラグの処理効率が低下する。一方、有機酸溶液1m3に対して製鋼スラグの添加量が150kgを超えると、ビーライトの溶解量が少なくなりFe2O3含有量が40質量％以上である高鉄含有物を回収することが困難になる虞がある。
なお、本発明においては、攪拌処理時間の短縮等の観点から、製鋼スラグをジョークラッシャーなどを用いて2.0ｍｍ以下、より好ましくは1.2mm以下に粗砕した後、有機酸溶液中で攪拌することが好ましい。さらにはボールミルなどを用いてブレーン比表面積2000cm2/g以上に粉砕した後に有機酸溶液中で攪拌することが特に好ましい。
攪拌時間としては10〜120分間（より好ましくは15〜90分間、特に好ましくは20〜60分間）が好ましい。攪拌時間が10分間未満では、ビーライトの溶解量が少なくなりFe2O3含有量が40質量％以上である高鉄含有物を回収することが困難になる虞がある。攪拌時間が120分間を超えると、製鋼スラグの処理効率が低下する。
なお、攪拌は、慣用の攪拌装置を使用して行なうことができる。
【００１２】
製鋼スラグを有機酸溶液中で攪拌後、固液分離して、Fe2O3含有量が多い高鉄含有物を回収する。固液分離の方法としては、ろ過や遠心分離等を行なえば良い。
本発明においては、回収した高鉄含有物の有効利用を図るために、高鉄含有物中のFe2O3含有量は40質量％以上であることが好ましく、43質量％以上であることがより好ましく、45質量％以上であることが特に好ましい。
なお、品位の悪い鉄鋼石では、Fe2O3含有量が40〜45質量％程度のものもある。
【００１３】
本発明においては、上記高鉄含有物中のFe2O3含有量を高めるために、該高鉄含有物を磁選処理や比重選別処理することは差し支えない。磁選処理や比重選別処理を行なうことにより、高鉄含有物中のFe2O3含有量を50質量％以上にまで高めることが可能になる。
磁選処理や比重選別処理後の残渣は、未処理の製鋼スラグと混合して、再度本願発明の処理をすれば良い。
なお、磁選処理装置としては、ドラム型、プーリー型、吊り下げ型、対極型などの磁選処理装置を使用することができる。比重選別処理装置としては、乾式の風力型、エアスクリーン型、湿式の重力沈降型、比重液型、遠心力式などの比重選別処理装置を使用することができる。
【００１４】
上記回収した高鉄含有物は、製鋼原料、セメントクリンカー用原料や、コンクリート用混和材として使用することができるが、本発明においては、製鋼原料として使用することがより好ましい。その理由は、(1)製鋼スラグは、Mn、MgやCr（セメントクリンカー用原料やコンクリート用混和材としては望ましくない成分）を含んでおり、該Mn、MgやCrはウスタイトに非常に多く固溶しているので、Mn、MgやCrは高鉄含有物中に多く含まれることになること、また、(2)製鋼スラグは、リン（製鋼原料としては望ましくない成分）を含んでおり、該リンはほぼ全量がビーライトに固溶しているので、高鉄含有物中のリン含有量が少なくなること、からである。
なお、Mn、MgやCr含有量の少ない高鉄含有物は、セメントクリンカー用原料やコンクリート（特に重量コンクリート）用混和材として使用できることは言うまでもない。該高鉄含有物をセメントクリンカー用原料として使用する場合は鉄原料として使用することができ、石灰石、生石灰、消石灰などのCaO原料、珪石、粘土などのSiO2原料や粘土、石炭灰などのAl2O3原料と併用して使用し、成分調整すれば良い。
【００１５】
なお、上記固液分離して得られる液分(有機酸溶液)中には、カルシウムや珪素やリンが比較的多く含まれている。本発明においては、上記固液分離して得られる液分(有機酸溶液)から、これらの有効成分を回収することができる。
特にリンは枯渇が懸念されている元素であり、本技術によりリンが濃縮した有機酸溶液からリンを回収することが資源の有効利用の面から好ましい。リンの回収方法として蒸発乾固させた後、有機酸を燃焼により除去する方法、溶液に水酸化カルシウム、硫酸バンドなどを添加して凝集沈殿させる方法、吸着剤やキレートによりリンを選択的に吸着させる方法等が上げられる。
【実施例】
【００１６】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。
１．使用転炉スラグ
使用した転炉スラグの化学成分(質量％)は、CaO:42.1％、Fe2O3:26.7％、SiO2:16.2％、MgO:4.4％、MnO:4.6％、P2O5:2.2％、Al2O3:2.2％である。
上記転炉スラグをブレーン比表面積3000cm2/gに粉砕したものを使用した。
【００１７】
２．実施例１
サリチル酸(試薬)とメタノール(試薬)を使用して、サリチル酸メタノール溶液(濃度:40g/1000cm3)を調製した。該サリチル酸メタノール溶液1000cm3に対して、上記転炉スラグ粉末を20g添加して、20℃で60分間攪拌した後、固液分離(ろ過)した。
得られた固形分(高鉄含有物)の化学成分(質量％)は、CaO:23.1％、Fe2O3:44.5％、SiO2:10.8％、MgO:7.8％、MnO:6.9％、P2O5:1.7％、Al2O3:3.2％であった。
なお、固形分(高鉄含有物)の回収率は54質量％であった。
【００１８】
３．実施例２
サリチル酸(試薬)とメタノール(試薬)を使用して、サリチル酸メタノール溶液(濃度:150g/1000cm3)を調製した。該サリチル酸メタノール溶液1000cm3に対して、上記転炉スラグ粉末を25g添加して、20℃で60分間攪拌した後、固液分離(ろ過)した。
得られた固形分(高鉄含有物)の化学成分(質量％)は、CaO:21.1％、Fe2O3:46.2％、SiO2:10.4％、MgO:7.6％、MnO:7.1％、P2O5:1.7％、Al2O3:3.7％であった。
なお、固形分(高鉄含有物)の回収率は38質量％であった。
【００１９】
４．比較例１
10％塩酸1000cm3に対して、上記転炉スラグ粉末を20g添加して、20℃で60分間攪拌した後、固液分離(ろ過)した。
得られた固形分の化学成分(質量％)は、CaO:4.0％、Fe2O3:14.4％、SiO2:68.6％、MgO:1.1％、MnO:1.4％、P2O5:0.3％、Al2O3:1.3％であった。
なお、固形分の回収率は11質量％であった。
【００２０】
実施例１〜２に示すように、本願の処理方法によると、転炉スラグからFe2O3含有量が40質量％以上である高鉄含有物を回収できることが分かる。
一方、有機酸溶液以外の酸を使用した比較例１では、高鉄含有物を回収することができなかった。