(57)【要約】【課題】取扱性が良好で、水環境の底質を効果的に改善できるスラグ成形体およびその製造方法を提供する。【解決手段】製鋼スラグを含み、且つ、水環境で使用されるスラグ成形体であって、水環境下において、体積が４．０倍以上に膨張する膨潤材を４質量％以上含有するスラグ成形体。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼スラグを含み、且つ、水環境で使用されるスラグ成形体であって、
水環境下において、体積が４．０倍以上に膨張する膨潤材を４質量％以上含有することを特徴とするスラグ成形体。
【請求項２】
リグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方を含有することを特徴とする請求項１に記載のスラグ成形体。
【請求項３】
前記スラグ成形体の最大径が１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のスラグ成形体。
【請求項４】
前記膨潤材は、生分解性を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスラグ成形体。
【請求項５】
前記膨潤材は、食物繊維であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のスラグ成形体。
【請求項６】
前記膨潤材は、最大径が５ｍｍ以下であるワカメの茎の粉砕物および寒天の粉砕物のどちらか一種以上であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスラグ成形体。
【請求項７】
前記スラグ成形体の形状が粒状であり、
前記スラグ成形体の表面を構成する被覆部をさらに備え、
前記被覆部は、主原料としての酸性土壌と、リグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方と、を含有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のスラグ成形体。
【請求項８】
製鋼スラグと、水環境下において体積が４．０倍以上に膨潤する膨潤材とを、それらの合計質量に対する前記膨潤材の質量割合が４質量％以上となる量で混合し、
得られた混合物を粒体に成形することを特徴とするスラグ成形体の製造方法。
【請求項９】
前記膨潤材として、最大径が５ｍｍ以下のワカメの茎の粉砕物および寒天の粉砕物のどちらか一種以上を用いることを特徴とする請求項８に記載のスラグ成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記混合する工程において、前記製鋼スラグと、前記膨潤材と、バインダーとしてのリグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方と、を混合することを特徴とする請求項８または９に記載のスラグ成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスラグ成形体およびスラグ成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼スラグは、製鉄工程で多量に発生する副産物であり、主に陸上にて路盤材および造成材などの用途にリサイクルされている。製鋼スラグは、用途のさらなる拡大が求められており、海域での利用技術の開発も進められている。
【０００３】
近年、沿岸部近傍の海域において、底質が泥化する問題が起きており、海洋生物の生息に好適な底質へと適宜改質することが求められている。
【０００４】
底質の泥化を改善する方法としては、環境補修材として製鋼スラグを海底汚泥と混合する改質技術の開発が進められている。しかし、この方法によれば泥化した海底の強度を高めるものの砂状に改質できるとは言いがたい。砂状に調整されたスラグを海底の表層に直接施工する方法も考えられるが、砂状のスラグでは運搬や海域へ投入する施工過程で発塵して作業環境が悪化しやすく、取扱性が悪い傾向にある。
【０００５】
また、施工後においては、水和固化することで生物の生息しにくい状態へ変化する可能性も考えられる。また、施工後においては、製鋼スラグ中に含まれる遊離石灰（ｆ−ＣａＯ）や水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）２などがカルシウムイオン（Ｃａ２＋）と共に水酸化物イオン（ＯＨ−）を溶出し、環境水のｐＨを過度に上昇させる可能性がある。特に海水環境においては、製鋼スラグの施工により、海水のｐＨが上昇して海水が白濁してしまう可能性がある。
【０００６】
このような問題を解決する方法として、例えば、製鋼スラグを腐植土と共にココナッツ繊維製の袋につめて海域へ投入する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。上記特許文献１の方法では、製鋼スラグが袋に封入されており発塵させることなく砂状の製鋼スラグを施工可能であるという特徴、および、腐植土の鉄キレート作用により、生物に有効な鉄分をスラグから供給可能であるという特徴、を有する。また、上記特許文献１の方法では、炭酸化した製鋼スラグを用いており、製鋼スラグによる海水のｐＨ上昇が抑制される。
【０００７】
製鋼スラグを発塵させることなく、取扱い良好な形状で海底へ施工させる有効な方法として、製鋼スラグを造粒した成形体を用いることが知られている（例えば、特許文献２参照）。上記特許文献２に記載のスラグ成形体は、酸性土壌の被覆部を有しており、この被覆部は、製鋼スラグによる海水のｐＨ上昇を抑制する機能を持つ。また、成形用バインダーとしてリグニンスルホン酸を含有しており、リグニンスルホン酸のキレート効果により水環境において鉄分を供給可能な特徴を有する。
【０００８】
底質の泥化を改善するもう一つの方法として、成形体として製鋼スラグを施工し、施工後に水和固化させることなく自己崩壊させることで砂状の底質を形成する方法が考えられる。このような自己崩壊性を有する技術については、複数の崩壊層からなる自然崩壊型硬化体（例えば、特許文献３参照）、自己崩壊型のポーラスコンクリートブロックを用いた藻場造成構造体および藻場造成方法（例えば、特許文献４参照）、高アルカリ性水溶液で混練されてなる自己崩壊性コンクリート（例えば、特許文献５参照）、および、硬化体の粉砕を助長するための自己崩壊性付与材を含有するコンクリートの硬化体（例えば、特許文献６参照）、が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２７０３１３号公報（２００３年７月２日公開）
【特許文献２】特開２０１４−２００１９５号公報（２０１４年１０月２７日公開）
【特許文献３】特開２０１０−２２０５８８号公報（２０１０年１０月７日公開）
【特許文献４】特開２００２−２９１３５９号公報（２００２年１０月８日公開）
【特許文献５】特開２０１２−２５４９０５号公報（２０１２年１２月２７日公開）
【特許文献６】特開２０１４−５１４２２号公報（２０１４年３月２０日公開）
【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、上述のような従来技術１の方法では、施工後のココナッツ繊維の分解に時間がかかるため、砂状のスラグ表層を水中で露出させるのに時間を要してしまい、水環境の底質を効果的に改善できない可能性がある。上述の特許文献２の方法では、製鋼スラグを所定の大きさに造粒する方法を記載しており、製鋼スラグを水環境下において砂状に分布させることについて記載がない。上述の特許文献３から６の技術では製鋼スラグを利用することについて記載が無く、コンクリートの自己崩壊作用を利用していることから早期の崩壊は望めない。
【００１１】
本発明の一態様は、取扱性が良好で、水環境の底質を効果的に改善できるスラグ成形体およびその製造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】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るスラグ成形体は、水環境で使用される製鋼スラグの成形体であって、水環境下において体積が４．０倍以上に膨張する膨潤材を４質量％以上含有する。
【００１３】
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るスラグ成形体の製造方法は、製鋼スラグと、水環境下において体積が４．０倍以上に膨潤する膨潤材とを、それらの合計質量に対する、前記膨潤材の質量割合が４質量％以上となる量で混合し、前記混合により得られた混合物を粒体に成形する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、取扱性が良好で、水環境の底質を効果的に改善できるスラグ成形体およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１の（Ａ）は、わかめの茎の膨潤材における浸漬時間と含水率との関係を示す図であり、図１の（Ｂ）は、わかめの茎の膨潤材における浸漬時間と体積膨張比との関係を示す図である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明の実施例におけるスラグ成形体の、加速試験前における乾燥状態の外観写真であり、図２（Ｂ）は、加速試験後において、バスケット内に残存した上記スラグ成形体の外観写真であり、図２（Ｃ）は、加速試験後において、上記スラグ成形体の崩壊により生じた破片を示す外観写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態の構成について詳細に説明する。
【００１７】
［スラグ成形体］
スラグ成形体は、海洋沿岸部のような海水等の水環境において環境補修材等として使用される。そして、水環境へ投入されて、例えば海底に沈設して施工されることで、水環境における底質の環境補修材となる。なお、本明細書において、水環境とは、スラグ成形体を投入することができる環境であり、海、湖沼、および河川などが含まれる。
【００１８】
このスラグ成形体は、主原料としての製鋼スラグと成形体の崩壊を促進する混合物として膨潤材が混合されている。ここで「主原料」とは、製鋼スラグが上記混合物中の成分の最も多い成分であることを意味し、例えば上記混合物における５０質量％以上の量を占める。
【００１９】
＜膨潤材＞
上記膨潤材は、その体積が水環境で４．０倍以上に膨張する性質を持つ。上記膨潤材は、水環境で膨潤し、スラグ成形体に崩壊性を付与する。膨潤材は、一種でもそれ以上でもよい。
【００２０】
上記の膨潤材の体積膨張比は、膨潤材を十分量の水の中に浸漬させた場合の、浸漬前の体積に対する浸漬後の体積の比である。十分量の水として膨潤材の乾燥重量に対し１００倍以上の重量の水に浸漬することが好ましい。膨潤材を浸漬させる水は、スラグ成形体が使用される水環境と同じものであることが好ましく、例えば、スラグ成形体が海中で使用される場合には海水であり、河川または湖沼で使用される場合には真水であることが好ましい。
【００２１】
膨潤材を浸漬させる時間は、膨潤材の含水率が飽和状態となるまでの時間である。上記含水率は膨潤材の浸漬前後の重量の差を水分重量と見なし、浸漬後の重量に対する水分重量の割合として求められる。なお、本明細書において、膨潤材の体積膨張比は、特に説明がない場合では、乾燥した膨潤材を人工海水に浸漬したときの体積膨張比である。
【００２２】
上記の膨潤材は混合する際の含有量が４質量％未満であると水環境での崩壊性向上作用を確保できない可能性があり、一方、上記の膨潤材を混合する際の含有量が１０質量％を超えると、スラグ成形体の強度が必要以上に低下してしまう可能性がある。したがって、上記の膨潤材の含有量は、４質量％以上が好ましく、より好ましくは、４質量％以上１０質量％以下である。
【００２３】
さらに、スラグ成形体における膨潤材は含有量が乾燥状態で４質量％未満であると、膨潤による崩壊作用を十分に奏さない可能性があるため、成形体における膨潤材の含有量は乾燥状態で４質量％以上であることが好ましい。なお、本明細書において、膨潤材の含有量は、特に説明がない場合では、製鋼スラグと膨潤材（乾燥状態）との合計重量に対する膨潤剤（乾燥状態）の重量の割合である。
【００２４】
スラグ成形体に含有させる膨潤材は、環境への負荷を軽減する観点から、生分解性を有することが好ましい。上記膨潤剤の例には、農作物に加え収穫あるいは廃棄物として回収された海洋藻類など食物繊維を含有する物体が含まれる。スラグ成形体に含有させる膨潤材は、生物資源の有効利用の観点、および、入手コスト低減の観点から、農作物や海洋藻類の食用加工工程において廃棄率の高い部位を利用することが好ましい。
【００２５】
スラグ成形体に含有させる膨潤材は、例えば、ワカメの茎である。ワカメの茎はスラグに混合されることで、水環境において吸水すると共に膨潤し、成形体の崩壊を促進する作用を持つ。ワカメの茎は、湿潤状態では、腐敗が進みやすく長期保管するのに適さない。さらに、スラグ成形体を製造する際にワカメの茎が湿潤状態であると、成形時の水分量の制御が困難となり、成形時の歩留とスラグ成形体の強度が低下する可能性がある。したがって、ワカメの茎は、主原料等と混合する際に乾燥した状態で用いられることが好ましい。
【００２６】
また、ワカメの茎は、均一に混合しやすいように、最大径で５ｍｍ以下に粉砕された状態（粉砕物）で混合されることが好ましい。「最大径」とは、膨潤材の二次元平面への投影像における最も長い部分の長さである。「膨潤材の最大径」は、当該最大径の平均値であってよい。
【００２７】
ワカメの茎を乾燥状態にするための前処理乾燥としては、その温度が６０℃未満であると乾燥までに時間がかかって非効率であり、８０℃を超えると焦げて炭化してしまう可能性がある。したがって、ワカメの茎の前処理乾燥温度は、６０℃以上８０℃以下が好ましい。
【００２８】
なお、混合物としては、成形体の強度上昇や鉄溶出量増加等を目的として、膨潤材であるワカメの茎に加えて他のものも適宜混合してもよい。
【００２９】
また、崩壊性を促進する混合物は、ワカメの茎に限定されず、膨潤作用を持つものであれば良い。ワカメの茎以外の膨潤材としては、例えば乾燥させた寒天やコンニャク等がある。これらも、わかめの茎と同様に、前述した粉砕物として膨潤材に利用することができる。
【００３０】
スラグ成形体における上記膨潤材の配置は、膨潤材の種類、製鋼スラグの特性、スラグ成形体の崩壊速度などの諸条件に応じて、スラグ成形体に十分な崩壊性を付与することが可能な範囲において適宜に決めることができる。
【００３１】
＜スラグ成形体の形状＞
スラグ成形体の形状は、使用条件に応じて適宜に決めることが可能である。ただし、運搬や施工等における取扱性の観点や、施工後の水環境における底質の透水性の観点から粒体として成形されることが好ましい。また、スラグ成形体を粒体として成形する場合は、生産性の観点からブリケットマシンを用いることが好ましい。
【００３２】
スラグ成形体の大きさは使用条件に応じて適宜に決めることが可能である。ただし、スラグ成形体の粒径または全長が４０ｍｍより大きいと、施工後のスラグ成形体の崩壊に時間がかかってしまう可能性がある。また、スラグ成形体の粒径または全長が１０ｍｍより小さいと発塵しやすくなる可能性が考えられるとともに、生産能率が低下してしまう可能性がある。したがって、スラグ成形体の粒径または全長は、１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下が好ましい。
【００３３】
＜製鋼スラグ＞
主原料である製鋼スラグは、鉄鋼製品製造における製鋼プロセスにおいて副産物として多量に生成されるものであり、転炉スラグ、溶銑予備処理スラグ、電気炉スラグ、および二次精錬スラグ等が粒状または粉状で用いられる。
【００３４】
この製鋼スラグは、鉄（Ｆｅ）を多く含み、その他にも、例えば、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）およびリン（Ｐ）等の元素を含有している。そして、水環境でスラグ成形体が崩壊することで、製鋼スラグに含まれている元素が溶出して、環境補修あるいは藻類に対する施肥成分として作用する。
【００３５】
また、水環境におけるスラグ成形体の崩壊後の粒径は、粒状に成形する前の製鋼スラグの粒径に影響されるため、水環境での崩壊後の状態を考慮して、製鋼スラグの粒径を適宜調整しても良い。
【００３６】
＜バインダー＞
スラグ成形体は、本実施の形態の効果が得られる範囲において、製鋼スラグおよび膨潤材以外の他の成分をさらに含有していてもよい。このような他の成分は、一種でもそれ以上でもよく、その例には、バインダーが含まれる。バインダーの含有量は、当該バインダーの効果がさらに得られる範囲において、適宜に決めることが可能である。
【００３７】
上記バインダーは、リグニンスルホン酸およびその金属塩の一方または両方であることが好ましい。リグニンスルホン酸およびその金属塩は、スラグ成形体における成形性を向上させる。リグニンスルホン酸およびその金属塩は、さらに、鉄キレート作用を有し、水環境下においてスラグ成形体の鉄溶出量を増加させる作用を有する。
【００３８】
＜スラグ成形体の物性＞
スラグ成形体は、水環境に設置された状態で強度が高いと崩壊が遅くなる可能性がある。崩壊速度を制御するため、スラグ成形体が湿潤したときの強度を適宜調整しても良い。例えば、スラグ成形体の形状が粒体であり、また粒径が３０ｍｍであれば、スラグ成形体を湿潤状態で圧縮したときの強度（圧潰強度）が０．５ｋＮ以下に調整されていることが好ましい。
【００３９】
＜被覆部＞
スラグ成形体は水環境下において、製鋼スラグを由来とするアルカリ成分の溶出により環境水のｐＨを上昇させる可能性がある。環境水のｐＨ上昇を抑制するため、スラグ成形体の表面が酸性土壌を含む被覆部で被覆されていてもよい。被覆部は、スラグ成形体の表面の一部を覆っていてもよいし、全部を覆っていてもよい。
【００４０】
なお、スラグ成形体が被覆部を有する場合では、被覆部以外の部位（被覆内部）を特に「コア成形体」とも言う。すなわち、上記被覆部を有するスラグ成形体は、コア成形体と、その表面を覆う被覆部とから構成される。
【００４１】
スラグ成形体が上記被覆部を有する場合は、造粒性の観点から、スラグ成形体の形状が粒体であることが好ましい。
【００４２】
また、上記被覆部は、被覆部の強度上昇および鉄溶出量増加の観点から、酸性土壌以外の成分をさらに含有していてよい。たとえば、被覆部は、被覆部の形成用バインダーとしてリグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方をさらに含有していることが好ましい。被覆部は、酸性土壌を主原料として含有していることが、前述のｐＨ上昇抑制効果の観点から好ましい。被覆部における酸性土壌の含有量は、被覆部中の成分で最も多い量であればよく、例えば５０質量％以上である。
【００４３】
＜スラグ成形体の製造方法＞
上記スラグ成形体は、上記製鋼スラグと上記膨潤材とを、それらの合計質量に対する前記膨潤材の質量割合が４質量％以上となる量で混合する工程と、得られた混合物を粒体に成形する工程とを含む方法によって製造することが可能である。以下、上記スラグ成形体の製造方法に係る一実施形態を説明する。
【００４４】
上記スラグ成形体を製造する際には、まず、転炉スラグ等の製鋼スラグを粒状に粉砕し、篩い分けによって所定の粒径、例えば５ｍｍ以下等に調整する。なお、製鋼スラグは、粒状に粉砕したものをさらに所定の大きさ、例えば２００μｍ以下等に粉砕して、粉状にしてもよい。
【００４５】
また、混合物である膨潤材は、前処理として必要に応じて所定の温度で乾燥させ、必要に応じて５ｍｍ以下に粉砕する。
【００４６】
これら主原料（製鋼スラグ）および混合物（ワカメの茎など）に適宜水分を添加して、混練機にて混合する。
【００４７】
なお、混合する際には、主原料および混合物とともに、成形性の向上などを目的にバインダーを添加してもよい。バインダーとしてはリグニンスルホン酸およびその金属塩を用いることが好ましい。
【００４８】
リグニンスルホン酸およびその金属塩は、成形性の向上だけでなく、鉄キレート作用を持ち、水環境下においてスラグ成形体の鉄溶出量を増加させる作用を持つ。生物の有用成分である鉄の溶出量を増加させることで施肥材として好適となる。バインダーとしてリグニンスルホン酸やその金属塩を混合する場合には、バインダーの添加量が５質量％未満であると、キレート作用および成形時の歩留の両方が低下する可能性がある。そのため、リグニンスルホン酸およびその金属塩を添加する場合には、その含有量は５質量％以上とすることが好ましい。
【００４９】
次に、混練機で混合したものを例えばブリケットマシン等で所定の粒径、例えば１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下に造粒成形して粒体とする。
【００５０】
そして、この造粒した粒体を、必要に応じて所定の温度、例えば１０５℃にて乾燥処理して、スラグ成形体が得られる。
【００５１】
上記の方法により製造されたスラグ成形体に酸性土壌を被覆させる場合は、スラグ成形体と酸性土壌とリグニンスルホン酸またはその金属塩とを混合し、スラグ成形体を被覆造粒する。上記被覆造粒の混合方法は、例えば回転ドラム式の造粒機を用いて混合する。上記混合の前段階または途中に、必要に応じて水分やバインダーなどを添加する。被覆造粒に用いるバインダーとして、被覆部の強度上昇および鉄溶出量増加の観点から、リグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方を用いることが好ましい。
【００５２】
＜作用、効果＞
次に、上記一実施の形態の作用および効果を説明する。
【００５３】
上記スラグ成形体によれば、水環境への施工前、すなわち運搬や施工等の際に発塵しにくい状態で製鋼スラグを水環境の補修に使用可能である。
【００５４】
水環境下に設置されたスラグ成形体は、水との接触よるワカメの茎の吸水膨潤作用によって、早期に崩壊する。その結果、崩壊して砂状に変化した製鋼スラグにより砂状の底質に変化する。
【００５５】
また、製鋼スラグの分解に伴って、製鋼スラグから鉄分等の有効成分が溶出することで、水環境に供給されて、環境補修作用および施肥作用を奏する。そのため、環境補修および施肥のいずれの観点からも有効で水環境を効果的に改善できる。
【００５６】
上記スラグ成形体を粒体状に成形した場合、運搬の取扱性が良好となる。また、海洋沿岸部等の水環境に投入されると、スラグ成形体同士の間に間隙が生じた状態で沈設され、沈設直後から底質の透水性を確保できる。
【００５７】
また、成形時のバインダーとしてリグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方を用いることで、スラグ成形体を製造する際の歩留を向上できるとともに、水環境化においてリグニンスルホン酸の鉄キレート作用によって鉄溶出量を向上させることができる。
【００５８】
また、スラグ成形体に酸性土壌を被覆させることで、スラグ成形体を水環境下に設置した際の環境水のｐＨ上昇を抑制することができる。
【００５９】
＜まとめ＞
本発明の第一の様態におけるスラグ成形体は、水環境で使用される製鋼スラグの成形体であって、水環境下において、体積が４．０倍以上に膨張する膨潤材を、４質量％以上含有する。よって、上記構成によれば、取扱性が良好で、水環境の底質を効果的に改善できるスラグ成形体を提供することができる。
【００６０】
本発明の第二の様態におけるスラグ成形体は、第一の様態において、リグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方を含有してもよい。上記構成によれば、スラグ成形体の成形性をより高めることができるとともに、水環境において、リグニンスルホン酸の鉄キレート作用によって鉄溶出量をより高めることができる。
【００６１】
本発明の第三の様態におけるスラグ成形体は、上記第一および第二の様態において、その最大径が１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であってもよい。上記構成によれば、スラグ成形体の取扱いがより容易であるとともに水環境での崩壊期間を適宜に調整する観点からより効果的である。
【００６２】
本発明の第四の様態における膨潤材は、上記第一から第三の態様において、生分解性を有してもよい。上記構成によれば、水環境下での膨潤材の生分解により水環境の汚染を抑制する観点からより効果的である。
【００６３】
本発明の第五の様態における膨潤材は、上記第一から第四の態様において、食物繊維であってもよい。上記構成によれば、水環境の汚染抑制の観点および食材の有効活用の観点からより効果的である。
【００６４】
本発明の第六の様態におけるスラグ成形体は、上記第一から第五の態様において、その最大径が５ｍｍ以下であるワカメの茎の粉砕物および寒天の粉砕物のどちらか一種以上であってもよい。上記構成によれば、生物資源を有効利用でき、かつ入手のコストを抑制する観点からより効果的である。
【００６５】
本発明の第七の様態におけるスラグ成形体は、ラグ成形体の形状が粒状であり、スラグ成形体の表面を構成する被覆部をさらに備え、当該被覆部は、主原料としての酸性土壌と、リグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方とを含有してもよい。上記構成によれば、水環境における鉄成分の溶出量の増加とｐＨ上昇の抑制との観点からより効果的である。
【００６６】
本発明の第八の様態におけるスラグ成形体の製造方法は、製鋼スラグと、水環境下において体積が４．０倍以上に膨潤する膨潤材とを、それらの合計質量に対する前記膨潤材の質量割合が４質量％以上となる量で混合し、得られた混合物を粒体に成形する。上記構成によれば、取扱性が良好で、水環境の底質を効果的に改善できるスラグ成形体の製造方法を提供することができる。
【００６７】
本発明の第九の様態におけるスラグ成形体の製造方法は、上記第八の様態において、膨潤材として、最大径が５ｍｍ以下のワカメの茎の粉砕物および寒天の粉砕物のどちらか一種以上を用いてもよい。上記構成によれば、生物資源を有効利用でき、かつ入手のコストを抑制する観点からより効果的である。
【００６８】
本発明の第十の様態におけるスラグ成形体の製造方法は、上記第八または第九の様態において、混合する工程において、製鋼スラグと、膨潤材と、バインダーとしてのリグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方と、を混合してもよい。上記構成によれば、水環境において鉄の溶出量が高く、またｐＨの上昇を抑制するスラグ成形体を提供する観点からより一層効果的である。
【００６９】
以上の説明から明らかなように、本実施の形態によれば、取扱性が良好で、水環境において崩壊することでその底質を効果的に改善できるスラグ成形体およびその製造方法を提供可能である。
【００７０】
また、スラグ成形体は、成形のためリグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方を含有することが望ましい。また、スラグ成形体は、粒径または全長が１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下に成形されていることが望ましい。さらに、スラグ成形体は、上記膨潤材として、５ｍｍ以下に粉砕されたワカメの茎および寒天のどちらか一種類以上が利用されてもよい。さらには、スラグ成形体は、粒体形状に成形され、酸性土壌を主原料としリグニンスルホン酸およびその金属塩の少なくとも一方を含有する被覆部を表層に有してもよい。
【００７１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００７２】
以下、本実施例および比較例について説明する。
【００７３】
［膨潤材の膨潤特性の評価］
スラグ成形体に膨潤材として加える混合物の膨潤特性を評価するため、混合物の海水浸漬試験を行った。
【００７４】
膨潤材としてワカメの茎および寒天の他に、比較例の膨潤材として、酒粕、廃木材チップ、パイナップルの芯および大根を用いた。
【００７５】
約３〜５ｍｍに切断加工した各膨潤材の乾燥した試験片を、約１００ｍｌの人工海水に浸漬した。人工海水浸漬前に試験片の重量を測定し、また、浸漬後も試験片を人工海水から随時取り出し、重量の時間推移を測定した。重量測定結果から、浸漬期間における試験片の含水率の経時変化を求めた。
【００７６】
浸漬終了直後の段階では含水率の増加が認められず、飽和したことを確認した。上記浸漬では実態顕微鏡を用いた寸法計測により、浸漬前および浸漬後（含水率飽和後）の試験片の体積を求め、浸漬前後の体積の比から、体積膨張比を求めた。上記の海水浸漬試験を膨潤材毎に３回（３試験片）実施し、体積膨張比の平均値を求めた。
【００７７】
各膨潤材の体積膨張比の測定結果を表１に示す。また、わかめの茎の膨潤材における、浸漬時間と含水率との関係を図１の（Ａ）に示す。さらに、わかめの茎の膨潤材における、浸漬時間と体積膨張比との関係を図１の（Ｂ）に示す。
【００７８】
【表１】
2019170263.tif 000002
【００７９】
表１から明らかなように、廃木材チップを除き、どの膨潤材の体積膨張比も２以上である。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）から明らかなように、海水浸漬時間の経過と共にワカメの茎の体積が増加することが分かる。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示したワカメの茎の試験片では、海水に浸漬して２時間経過後において、含水率が飽和状態となり、体積膨張比が６．６に達した。
【００８０】
［実施例１］
スラグ成形体の主原料として、粒状の転炉スラグを用いた。ここで、粒状の転炉スラグとは、製鋼工程で発生した転炉スラグを粉砕した後、篩い分けして５ｍｍ以下に調整したものである。また、スラグ成形体に被覆する酸性土壌として赤土を用いた。使用した赤土は市販品の赤土を１ｍｍ以下に篩い分けしたものである。スラグ成形体の製造に用いた転炉スラグおよび赤土の化学成分を表２に示す。
【００８１】
【表２】
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【００８２】
膨潤材には、わかめの茎の粉砕物を用いた。わかめの茎の膨潤材は、ワカメの茎を８０℃にて１２時間乾燥した後、５ｍｍ以下に粉砕して得た。
【００８３】
粒状の転炉スラグおよびわかめの茎の膨潤材に適量の水を添加して混練機にて５分間混合した。転炉スラグと膨潤材との合計量に対する膨潤材の含有量は、５質量％である。混練機での混合後、ブリケットマシンで粒径３０ｍｍの造粒物に成形し、その造粒物を１０５℃で２時間乾燥した。こうして、スラグ成形体１を製造した。
【００８４】
［実施例２］
転炉スラグと膨潤材との混練において有機バインダーをさらに添加した以外は、実施例１と同様にしてスラグ成形体２を製造した。有機バインダーには、リグニンスルホン酸塩（日本製紙ケミカル製のサンエキスＭ−１００（サンエキスは登録商標））を用いた。有機バインダーの添加量は、転炉スラグと膨潤材との合計量に対して１０質量％である。
【００８５】
［実施例３、４］
わかめの茎の含有量を５質量％から８質量％に変更する以外は実施例２と同様にしてスラグ成形体３を製造した。また、有機バインダーをリグニンスルホン酸塩からでんぷん（乾燥粉末）に変更する以外は実施例２と同様にしてスラグ成形体４を製造した。
【００８６】
［実施例５、６］
スラグ成形体２の表面を被覆部で被覆してスラグ成形体５を製造した。スラグ成形体２とリグニンスルホン酸塩と赤土とを回転ドラム式の造粒機を用いて約１０分間混合し、混合の途中で適宜水を添加し、混合造粒することにより、赤土を主原料とする上記被覆部を作製した。また、スラグ成形体４の表面に被覆部を作製してスラグ成形体６を製造した。被覆部は、実施例５と同様にして作製した。
【００８７】
［実施例７、８］
わかめの茎を寒天に代えた以外は実施例２、３と同様にしてスラグ成形体７、８をそれぞれ製造した。
【００８８】
［比較例１、２］
膨潤材を配合しない以外は実施例２、４と同様にしてスラグ成形体９、１０をそれぞれ製造した。
【００８９】
［比較例３、４］
膨潤材の含有量を３質量％に変更する以外は実施例２、７と同様にしてスラグ成形体１１、１２をそれぞれ製造した。
【００９０】
［比較例５、６］
膨潤材の種類をわかめの茎から酒粕に変更し、膨潤材の含有量を１０質量％に変更した以外は実施例２と同様にしてスラグ成形体１３を製造した。また、膨潤材の種類をわかめの茎から廃木材チップに変更し、膨潤材の含有量を１０質量％に変更した以外は実施例２と同様にしてスラグ成形体１４を製造した。
【００９１】
［比較例７、８］
膨潤材の種類をわかめの茎からパイナップルの芯に変更する以外は比較例３と同様にしてスラグ成形体１５を製造した。また、膨潤材の種類をわかめの茎からパイナップルの芯に変更する以外は実施例３と同様にしてスラグ成形体１６を製造した。
【００９２】
［比較例９］
膨潤材の種類をわかめの茎から大根に変更する以外はと実施例１と同様にしてスラグ成形体１７を製造した。
【００９３】
スラグ成形体１〜１７の組成を表３に示す。
【００９４】
【表３】
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【００９５】
［評価］
（１）加速試験
スラグ成形体１〜１７の崩壊性評価のため、加速試験を実施した。
【００９６】
上記加速試験は、メッシュ状のステンレス製バスケット中に約１００ｇのスラグ成形体１〜１７のそれぞれを収容し、当該バスケットを１Ｌの人工海水中で６０日間上下に単振動させる試験である。海水中でスラグ成形体を振動させる装置には、富山産業株式会社製ＮＴ−６００を用いた。また、上記人工海水の温度は、２１〜２４℃の常温に維持した。人工海水は３〜４日に一回の頻度で入れ替えを行った。上記加速試験における振動運動の振幅は２５ｍｍであり、振動数は１．３３Ｈｚである。上記加速試験により、崩壊性を有するスラグ成形体は崩壊してその破片を生じ、その破片はバスケットから脱落するため、バスケットに残存するスラグ成形体は重量を減じる。
【００９７】
上記加速試験では、スラグ成形体を海水中で単振動させる前後でバスケットに設置したスラグ成形体を回収し、湿潤状態で重量を計測した。崩壊性の程度を評価する指標として加速試験６０日経過後におけるスラグ成形体の重量減少率を求めた。ここで、重量減少率は以下の式により算出する。
【００９８】
重量減少率＝（試験前の重量−試験後の重量）／試験前の重量×１００
【００９９】
上記加速試験による崩壊性の評価では、加速試験６０日経過後の重量減少率が１％以上であれば、上記加速試験に用いたスラグ成形体に崩壊性が付与されたと判断した。
【０１００】
（２）溶出試験
スラグ成形体１〜１７の鉄溶出性を評価するため、溶出試験を実施した。
【０１０１】
上記溶出試験は、スラグ成形体を海水に浸漬し、浸漬した状態で海水を攪拌させ、スラグ成形体から海水に溶出した鉄の濃度を評価する試験である。溶出試験では、３００ｇのスラグ成形体を２Ｌのガラスビーカー内で１．５Ｌの人工海水に浸し、浸漬直後および１時間経過毎に海水を攪拌棒にて１０回攪拌した。浸漬３時間経過後、孔径０．２２μｍのフィルターを用いて海水を吸引ろ過した後、海水中の鉄濃度を酸分解−誘導結合プラズマ質量分析法により測定した。鉄の検出下限は２μｇ／Ｌである。
【０１０２】
スラグ成形体中の膨潤材の体積膨張比および上記の評価結果を表４に示す。また、ワカメの茎を８質量％混合したスラグ成形体３について、２４時間の加速試験を実施した際の試験前後におけるスラグ成形体の外観写真を図２に示す。図２（Ａ）は、加速試験前における乾燥状態のスラグ成形体３の外観写真である。図２（Ｂ）は、加速試験後において、バスケット内に残存したスラグ成形体３の外観写真である。図２（Ｃ）は、加速試験後において、スラグ成形体３の崩壊により生じた破片を示す外観写真である。
【０１０３】
【表４】
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【０１０４】
実施例１〜８では、加速試験による重量減少率が、低いものでも２１％以上であり、膨潤材によりスラグ成形体に十分な崩壊性が付与されていることが分かる。
【０１０５】
これに対して比較例１〜４では、加速試験による重量減少率が１％未満となった。膨潤材として加えた混合物の含有量が少ないため、スラグ成形体に崩壊性が付与されなかったと考えられる。
【０１０６】
また、比較例５〜９では、加速試験による重量減少率が１％未満となった。膨潤材の体積膨張比が低いため、スラグ成形体に崩壊性が付与されなかったと考えられる。
【０１０７】
なお、実施例２および比較例３、５、６では、鉄溶出量が低いものでも５μｇ／Ｌ以上であり、鉄の溶出性を有することが確認された。
【０１０８】
一方、実施例１および比較例２、９では、上記検出下限（２μｇ／Ｌ）を超える鉄の溶出が検出されたものの、鉄溶出量が５μｇ／Ｌ未満となった。スラグ成形体にリグニンスルホン酸が添加されていないため、鉄の溶出量が低かったと考えられる。
【図１】
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【図２】
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