(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土木資材として使用される製鋼スラグについて、粒径：20mm以上の比率が質量％で70％以上となる粒度調整を行い、ついで該粒度調整を行った製鋼スラグを屋外に一つの山として積み上げて、アルカリ溶出特性としてｐＨが9.0以下となるまで大気養生を施すことを特徴とする海域および港湾向け土木資材用製鋼スラグの炭酸化方法。
【請求項２】
前記粒度調整による粒径：20mm以上の製鋼スラグの比率が80質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の海域および港湾向け土木資材用製鋼スラグの炭酸化方法。
【請求項３】
前記大気養生を、３月以上の期間行うことを特徴とする請求項１または２に記載の海域および港湾向け土木資材用製鋼スラグの炭酸化方法。
【請求項４】
前記製鋼スラグを屋外に積み上げるに際し、その積み上げ高さを10ｍ以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の海域および港湾向け土木資材用製鋼スラグの炭酸化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海域や港湾向けの土木資材として利用する製鋼スラグの安定化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、転炉スラグ等の製鋼スラグは、精錬時の精錬効果を高めるために多くのＣａＯを添加する傾向にあり、その結果として、遊離ＣａＯを多く含んでいる。
ここに、製鋼スラグ中の石灰（ＣａＯ）は、水と反応して消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）となり、さらに海水中では、Ｃａ2+およびＯＨ-となって、ｐＨを上昇させてしまう。また、上記のＯＨ-は、海水中に含まれるＭｇ2+と反応し、Ｍｇ（ＯＨ）2を生成し、上記のＣａ2+は、海水中に含まれるＣＯ32-と反応してＣａＣＯ3を生成する。
【０００３】
一方、近年ではその資源の枯渇が叫ばれている天然石等の代わりに、港湾工事などの土木資材で、製鋼スラグを用いる動きが活発である。しかしながら、土木資材として製鋼スラグを沈設させた場合に、沈設スラグの表面や沈降中の粒径の小さいスラグ表面では、上記の反応によってＭｇ（ＯＨ）2やＣａＣＯ3が多量に生成して、沈設工区を白濁させてしまうという問題がある。
【０００４】
上記したような白濁の発生は、石灰の溶解によるｐＨの上昇をも招き、環境上、好ましい状態ではない。
ここに、製鋼工程では、近年の鋼板の高品質化に伴い、多種多様な製鋼スラグが発生しており、その形状、組織は多岐にわたり、製鋼スラグ中の石灰の溶解挙動はさらに複雑になっている。
【０００５】
これらの状況に対して、製鋼スラグを炭酸化し、製鋼スラグ中のＣａの安定化を図る技術がある。例えば、特許文献１には、製鋼スラグを大気圧で、かつ水蒸気雰囲気下でエージング処理を施して、製鋼スラグの膨張性を安定化した後、水蒸気とＣＯ2ガスの混合雰囲気下において１時間以上保持することで、製鋼スラグからのＣａの溶出を防止する技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、製鋼スラグ中に存在するＣａＯ分を炭酸化する際に、製鋼スラグに機械攪拌を付与しながらＣＯ2ガスを供給することで、炭酸化反応を行わせしめる製鋼スラグの処理方法であって、上記製鋼スラグ中に10〜40mmの粒状物を含む状態で攪拌し、かつ攪拌容器への空間充填率ηを0.03〜0.15とすることで高い生産性を得る技術が開示されている。
また、特許文献２には、空間充填率η、容器径Ｄ、回転数ω、水分量Ｍと処理前フリーライム濃度、処理後目標フリーライム濃度から処理時間を特定し、さらに処理生産性Ｑの目標値と処理前フリーライム濃度、処理後目標フリーライム濃度からＤ、ωの関係を特定することを可能にした技術も開示されている。
【０００７】
特許文献３には、スラグを、炭酸を含む水中に浸して超音波を印加することにより、スラグ粒子の表面または表面及び内部に炭酸カルシウム相を生成せしめる技術が開示されている。
上記した技術を用いることによって、短時間でのスラグの安定化処理が可能となり、水と接しても、スラグは中性の範囲を維持することができる。なお、上記技術において、スラグは主に、製鉄工程で発生するスラグを用いるものの、高炉徐冷滓や、高炉水砕スラグ等の製銑系スラグを始め、溶銑段階での様々な処理により生じるスラグ(溶銑脱硫滓、溶銑脱りん滓、溶銑脱りん脱硫滓)、転炉での脱炭吹錬時に生成するスラグ、二次精練で発生するスラグなども用いることができる。
【０００８】
また、上記した技術の他に、粒度調整してスラグのアルカリ性状を安定化させる方法がある。
例えば、特許文献４には、遊離石灰分が０〜1.0質量％の範囲である港湾工事用製鋼スラグであることを前提に、さらに
（１）粒径：10mm未満の粒子が25質量％以下であること、または
（２）粒径：５mm以上であること
と規定して、細粒粉の比率を制限することによりアルカリ溶出量を低減する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０８−２５９２８２号公報
【特許文献２】特開２００７−２２８１７号公報
【特許文献３】特開２００９−５７２５７号公報
【特許文献４】特開２００３−２６４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の特許文献１〜３に記載の技術は、いずれも、製鋼スラグを炭酸化するための専用設備が必要になるだけでなく、炭酸水や炭酸ガスなどの炭酸源の供給が必要となるため、処理コストが極めて高くなる。また、製造設備の設置箇所が限られるため、その製造能力にも限度があり、炭酸化品の供給能力に劣るといった問題があった。
【００１１】
また、上記の特許文献４に記載の技術は、細粒粉の比率を制限することによりアルカリ溶出量を低減して、白濁を抑止する技術であるが、製鋼スラグを投入した際の一時的なアルカリ溶出量の上昇などについては、何ら考慮されておらず、特に海洋環境修復の目的で利用する場合には問題となる。
【００１２】
本発明は、上記した現状に鑑み開発されたもので、製鋼スラグを海域や港湾向けの土木資材として使用する分野において、特段の専用設備を必要とせずに、アルカリ溶出量を低減して、使用箇所の水域の白濁を防止することができる製鋼スラグを供給するための製鋼スラグの安定化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．土木資材として使用される製鋼スラグについて、粒径：20mm以上の比率が質量％で70％以上となる粒度調整を行い、ついで該粒度調整を行った製鋼スラグを屋外に一つの山として積み上げて、アルカリ溶出特性としてｐＨが9.0以下となるまで大気養生を施すことを特徴とする海域および港湾向け土木資材用製鋼スラグの炭酸化方法。
【００１４】
２．前記粒度調整による粒径：20mm以上の製鋼スラグの比率が80質量％以上であることを特徴とする前記１に記載の海域および港湾向け土木資材用製鋼スラグの炭酸化方法。
【００１６】
３．前記大気養生を、３月以上の期間行うことを特徴とする前記１または２に記載の海域および港湾向け土木資材用製鋼スラグの炭酸化方法。
【００１７】
４．前記製鋼スラグを屋外に積み上げるに際し、その積み上げ高さを10ｍ以下とすることを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載の海域および港湾向け土木資材用製鋼スラグの炭酸化方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、特段の専用設備がなくても、海域や港湾向けの土木資材として使用する際に、効果的にアルカリ溶出量を低減し、かつ使用箇所の水域の白濁を防止することができる製鋼スラグを得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明は、土木資材として使用される製鋼スラグ（以下、単にスラグと言った場合は、製鋼スラグを意味する）について、まず、粒径：20mm以上の比率が70質量％以上となるように粒度調整を行う。なお、以下、％表示は特に断らない限り質量％を意味する。
【００２０】
本発明では、製鋼スラグの種類に特段の限定はなく、従来公知の製鋼スラグを用いることができる。すなわち、前述したような、溶銑段階での様々な処理により生じるスラグ(溶銑脱硫スラグ、溶銑脱りんスラグ、溶銑脱りん脱硫スラグ)、転炉での脱炭吹錬時に生成するスラグ、二次精練で発生するスラグなどを用いることができる。その中で、転炉吹錬時に生成するスラグ、いわゆる転炉スラグは、以下に述べる養生による安定化効果が大きいため、好適である。
【００２１】
本発明における粒度調整の方法は、従来公知の粉体の粒度調整法がいずれも使えるが、篩分法がその調整効率に優れているので好ましい。
【００２２】
本発明における篩分の手順は、具体的に、スラグの地金回収時に破砕・磁選処理を行う際に、網篩い等を用いて篩う方法が考えられる。また、グリズリなどを用いる方法等も挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２３】
ここに、本発明における製鋼スラグの安定化のメカニズムは、おおよそ以下のとおりである。
本発明では、スラグの粒径を上記比率に限定することで、以下に述べる大気養生を施す際に、スラグの粒子間に適度な間隙を生じさせることができる。そして、このスラグの粒子間の隙間を利用し、大気中の二酸化炭素がスラグ表面水に炭酸イオンとして溶解する。ついで、この炭酸イオンが、スラグ内部からスラグ表面水に溶出したＣａイオンと反応することで炭酸カルシウムを生成する。その結果、この炭酸カルシウムによってスラグの表面が安定化するのである。
なお、スラグの粒径の上限は特に定めず、従来のスラグをそのまま用いることができるが、ハンドリングなどの観点から100mm程度を上限とするのが好ましい。また、スラグ粒径：20mm以上の製鋼スラグの比率を80％以上とすると、上述したスラグの表面の安定化処理がより一層促進されるために、好ましい。
【００２４】
本発明では、上記の粒度調整についで大気養生を施す。
この大気養生は、従来公知の方法、すなわちスラグを積み上げることにより行うことができるが、屋外に積み上げて行うことが、前述した安定化効果がより一層促進されて好ましい。
また、本発明において、スラグを積み上げる手段は、特に限定するものではないが、重機等を用いて積み上げる通常工程のスラグを積み上げるのと同様の方法があげられる。
【００２５】
本発明において、スラグを積み上げる大きさは、高さが２ｍ以上で10ｍ以下とすることが好ましい。また、その底面は、幅が５〜10ｍ程度の山とすることが好ましい。なお、山の奥行きには特に限定されない。
【００２６】
また、上記した大気養生は、３月以上の期間行うことが望ましい。当該期間、大気養生することで、前述した安定化効果はより一層安定化する。なお、期間の上限に特に制限はないが、通常は２年程度が好ましい。
【００２７】
上記大気養生を行った製鋼スラグのｐＨは、約９以下になっていることが好ましい。というのは、効果的にアルカリ溶出量を低減し、使用箇所の水域の白濁を効果的に防止することができるからである。
【００２８】
環境水中の濁度は、水のにごり（白濁）の度合いを示すもので、カオリン１mgを蒸留水１リットルに溶かしたものを標準液とし、比色度によって濁度を求める、いわゆる比濁法が一般的である。なお、濁度１度とは、上記のカオリン１mgを蒸留水１リットルに溶かしたもの、すなわちカオリン濃度：１ppmのことである。
また、その他、濁度を測定する方法としては、透過光測定法、積分球式光電光度法、散乱光測定法、透過錯乱法等があり、本発明ではいずれの方法も用いることができる。
【実施例】
【００２９】
〔実施例１〕
製鋼スラグを、粒径：20mm以上が90％以上の比率となるように、篩いにて粒度調整した試験材Ａを準備した。また、同様に製鋼スラグを、粒径：20mm以上がそれぞれ、70％、60％の比率となるように、篩いにて粒度調整した試験材Ｂおよび試験材Ｃを準備した。
【００３０】
上記粒度調整後、製鋼スラグをそれぞれ屋外に積み上げて、養生した。積み上げた山の大きさは、いずれも、積み上げ高さ：３ｍ、幅：10ｍ、奥行き：10ｍであった。養生前後で積み上げた山の最下部（積み上げ高さ３ｍ）の製鋼スラグのアルカリ溶出特性を測定すると共に、前述した比濁法で濁度を測定した。なお、上記アルカリ溶出特性の測定は、ｐＨを測定することで評価した。
測定結果を表１に示す。
本発明において、ｐＨの値が9.0以下であればアルカリ溶出特性は良好であると言える。また、濁度については、濁度50以下であれば使用水域における白濁については概ね問題ないと考えられ、特に濁度10以下であれば極めて良好と考えられる。
【００３１】
【表１】
0005998916.tif 000002
【００３２】
同表に示したように、本発明に従う養生スラグは、時間の経過と共にｐＨが低減することが分かる。また、濁度も、時間の経過と共に低減することが分かる。そして、製鋼スラグの粒度分布が本発明の適正範囲を満足する試験材Ａでは養生期間３ヶ月程度で、また試験材Ｂでは養生期間６ヶ月程度で、ｐＨおよび濁度とも良好な結果を得ることができた。これに対し、製鋼スラグの粒度分布が本発明の適正範囲を逸脱した試験材Ｃでは養生期間が24ヶ月に達しても満足のいくｐＨおよび濁度は得られなかった。
【００３３】
〔実施例２〕
実施例１に記載の試験材Ａを用いて、積み上げ高さ：15ｍ、幅：30ｍ、奥行き：30ｍの山を作り、約１年間、屋外に積み上げて大気養生した。養生後の製鋼スラグのアルカリ溶出特性（ｐＨ）および濁度を実施例１と同様に測定した。
その測定結果を表２に示す。
なお、ｐＨや濁度は、積み上げ高さ毎（山の頂上からの高さ毎）に測定した。表２に示す「積み上げ高さ」とは、積み上げた山の頂部から測定した位置の高さの差を意味する。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
養生したスラグの山頂部およびその近傍は、ｐＨや濁度が低減していることが分かる。また、内部についてもｐＨおよび濁度は低減傾向にあり、特に積み上げ高さが10ｍ以内であれば、ｐＨおよび濁度とも良好な結果を得られることが確認された。