(57)【要約】      （修正有）【課題】溶銑中のリンや製鋼スラグ中のリン酸等から酸化鉄を含むが、肥料効果の高いリン酸肥料原料とその製造方法の提供。【解決手段】ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、及び、酸化鉄（Ｆｅ換算）を合計で６０質量％以上含有し、ＣａＯとＳｉＯ2の重量濃度比で表示する塩基度αが０．８〜２．０であり、Ｐ2Ｏ5を５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下、酸化鉄をＦｅ換算で５〜２５質量％含有するリン酸肥料原料であって、前記リン酸肥料原料中、Ｃａ3（ＰＯ4）2−Ｃａ2ＳｉＯ4固溶体、５ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5、及び、７ＣａＯ・２ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5の１種又は２種以上の存在比の合計が１５質量％以上であることを特徴とするリン酸肥料原料。上記組成の、１０００〜１７００℃の溶融スラグを１０℃／ｍｉｎ以上で冷却する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、及び、酸化鉄（Ｆｅ換算）を合計で６０質量％以上含有し、ＣａＯとＳｉＯ2の重量濃度比で表示する塩基度αが０．８以上２．０以下であり、Ｐ2Ｏ5を５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下、酸化鉄をＦｅ換算で５質量％以上２５質量％以下含有するリン酸肥料原料であって、
上記リン酸肥料原料中、Ｃａ3（ＰＯ4）2−Ｃａ2ＳｉＯ4固溶体、５ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5、及び、７ＣａＯ・２ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5の１種又は２種以上の存在比の合計が１５質量％以上である
ことを特徴とするリン酸肥料原料。
【請求項２】
前記リン酸肥料原料が、溶銑を脱リンして製造される製鋼スラグを出発原料とするものであることを特徴とする請求項１に記載のリン酸肥料原料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のリン酸肥料原料の製造方法であって、
ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、及び、酸化鉄（Ｆｅ換算）を合計で６０質量％以上含有し、ＣａＯとＳｉＯ2の重量濃度比で表示する塩基度αが０．８以上２．０以下であり、Ｐ2Ｏ5を５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下、酸化鉄をＦｅ換算で５質量％以上２５質量％以下含有する、１０００〜１７００℃の溶融スラグを、１０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却することを特徴とするリン酸肥料原料の製造方法。
【請求項４】
前記１０００〜１７００℃の溶融スラグを、３０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却することを特徴とする請求項３に記載のリン酸肥料原料の製造方法。
【請求項５】
前記溶融スラグが、溶銑を脱リンすることにより製造される製鋼スラグであることを特徴とする請求項３又は４に記載のリン酸肥料原料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン酸肥料原料及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
我が国は降水量が多いので、土壌からミネラル分が流出して、土壌が酸性化し易い。そのため、植物を生育させる際に使用するリン酸肥料には土壌中のリン酸濃度だけでなく、土壌ｐＨも同時に増加させる塩基性リン酸肥料が広く使用されている。現在、塩基性リン酸肥料として、アルカリ分を多く含む溶成リン肥が利用されている。
【０００３】
非特許文献１に示すように、過去には、製鋼法の１つであるトーマス製鋼法で副産物として製造されるトーマスリン肥が、塩基性リン酸肥料としても利用されてきた。しかし、現在は、トーマス製鋼法が衰退したため、トーマスリン肥は使用されていない。
【０００４】
現在、高炉から出銑された溶銑は不純物として約０．１％のリンを含んでいるが、リンは、製鋼工程でフラックスを添加し酸素を吹き込むことで酸化除去されて、製鋼スラグとして排出されている。
【０００５】
特許文献１に示すように、製鋼スラグのリン酸濃度は１〜４質量％程度であり、リン酸肥料として十分な濃度ではないものの、製鋼スラグ中には、フラックス由来のＣａＯ分や溶銑から酸化除去されたＳｉＯ2分が多量に含まれているので、ケイ酸リン酸肥料として利用されている。
【０００６】
しかし、現在でもリン酸肥料の原料であるリン鉱石の全量を輸入に依存している我が国では、製鋼スラグ中のリン酸分は有用なリン酸肥料資源として考えられており、特許文献２〜４に示すように、製鋼スラグ中のリン酸分を濃縮して高リン酸スラグを製造し、製鋼スラグからリン酸肥料を製造することが試みられている。
【０００７】
ところで、上記リン酸肥料を肥料として使用する際において肥料効果を高めるには、リン酸濃度だけではなく、リンの結晶状態や鉱物相を制御する必要がある。例えば、上記溶成リン肥は、燐鉱石と酸化マグネシウムを融解し混合して、ジェット水流で急冷して製造した肥料であり、リン含有鉱物相を、非晶質、即ち、ガラスにすることにより、肥料効果を高めている。
【０００８】
なお、本発明でのリン含有鉱物相とは、肥料中各鉱物相の中でリンが濃化した相を指すこととする。
【０００９】
非特許文献１に示すように、トーマスリン肥は、主成分がＣａＯ、Ｐ2Ｏ5、及び、ＳｉＯ2であるので、リン含有鉱物相が、Ｃａ3（ＰＯ4）2−Ｃａ2ＳｉＯ4固溶体相、５ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5相、又は、７ＣａＯ・２ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5相（以下、「固溶体」と総称する場合がある。）である。固溶体相は、肥料効果の高い鉱物相である。
【００１０】
特許文献３には、組成を制御することにより、リン酸肥料中のリンの鉱物相を意図的にＣａ3（ＰＯ4）2相（以下「Ｃ3Ｐ相」と記載することがある。）を形成して肥料効果を高めることが開示されている。
【００１１】
このように、高リン酸スラグ中で肥料効果が高いリン含有鉱物相は、ガラス相、固溶体相、及び、Ｃ3Ｐ相であると考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第５１０５３２２号公報
【特許文献２】特開平１１−１５８５２６号公報
【特許文献３】特開２００９−１３２５４４号公報
【特許文献４】特開２０１１−２０８２７７号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】日本土壌肥料学雑誌、第１３巻、ｐ９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
リン酸肥料の原料であるリン鉱石を海外から輸入している我が国では、溶銑中のリンは非常に魅力的な資源である。溶銑中のリンや製鋼スラグ中のリン酸分を原料として、リン酸肥料を製造する場合、リン酸肥料への酸化鉄の混入は不可避であるため、酸化鉄を含んで、リン酸濃度が高く、肥料効果が高いリン酸肥料を開発することが望まれている。
【００１５】
しかし、酸化鉄を含有するリン酸肥料原料、又は、製鋼スラグを原料とする肥料効果の高いリン酸肥料原料や、その製造方法は開発されていない。
【００１６】
例えば、溶成リン肥では、前述のようにガラス化して、肥料効果を高めているが、酸化鉄が混入すると結晶化が起き、そのときの肥料効果が不明である。
【００１７】
また、トーマスリン肥は、ＣａＯとＳｉＯ2の重量比で表示する塩基度が５以上と非常に高い組成領域にあり、塩基度が０．８から２の範囲にある製鋼スラグを原料とした場合、必ずしも固溶体が析出するとは限らず、肥料効果が不明である。
【００１８】
特許文献１には、溶銑予備処理工程で回収されるスラグをケイ酸リン酸肥料として使用することが開示されているが、意図的にリン酸濃度を濃縮する工程がないために、スラグのリン酸濃度が５％以下と低く、リン酸肥料としての肥料効果は低い。
【００１９】
特許文献２に開示された技術によっては、高リン酸スラグを製造することは可能であるが、冷却速度などが明示されておらず、リン酸含有鉱物相などを意図的に制御しておらず、肥料効果が不明である。
【００２０】
特許文献３に開示された技術によっては、高リン酸スラグを製造することは可能であるが、リン含有鉱物相を３ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5相（Ｃ3Ｐ相）及び／又は４ＣａＯ・Ｐ2Ｏ5相であるために肥料効果が高くない。理由は後述する。
【００２１】
特許文献４に開示された技術も、リン酸肥料中のリン含有鉱物相を制御して、主にＣ3Ｐ相としているため肥料効果が高くない。理由は後述する。
【００２２】
そのため、本発明は、上記状況に鑑み、酸化鉄を含有するリン酸肥料原料、又は、溶銑中のリンを出発原料とした時のリン酸肥料原料、及び、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】
【００２３】
本発明者は、上記目的を達成するため、成分組成及び製造条件の面で肥料効果の高いリン酸肥料原料について検討を重ねた結果、リン含有鉱物相を肥料効果の観点で整理すると序列があることを見出した。そして、成分組成及び冷却条件を制御することにより、肥料効果の高い鉱物相の析出を促進させ、肥料効果の低い鉱物相の析出を抑制し、かつ、酸化鉄を含有しても肥料効果の高いリン酸肥料を安定的に製造する方法を見出した。
【００２４】
なお、本発明では、リン酸肥料の肥料効果を評価する指標としては、一般的なク溶性リン酸を使用せずに、可溶性リン酸を使用する。ク溶性リン酸、可溶性リン酸とは、それぞれ、肥料中のリン酸の中で２％クエン酸水溶液に溶解するリン酸分、又は、より中性に近い２％クエン酸アンモニウム溶液に溶解するリン酸分のことを指す。
【００２５】
これは、植物が良く育つ土壌のｐＨは弱酸性から中性であることから、ｐＨ２程度の酸性溶液に溶解するク溶性リン酸よりも、より中性に近い溶液に溶解する可溶性リン酸で評価した方が妥当であるという考えによるものであり、最近では、可溶性リン酸の方が植物の生育に対応することが知られている。
【００２６】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。
【００２７】
［１］ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、及び、酸化鉄（Ｆｅ換算）を合計で６０質量％以上含有し、ＣａＯとＳｉＯ2の重量濃度比で表示する塩基度αが０．８以上２．０以下であり、Ｐ2Ｏ5を５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下、酸化鉄をＦｅ換算で５質量％以上２５質量％以下含有するリン酸肥料原料であって、
上記リン酸肥料原料中、Ｃａ3（ＰＯ4）2−Ｃａ2ＳｉＯ4固溶体、５ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5、及び、７ＣａＯ・２ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5の１種又は２種以上の存在比の合計が１５質量％以上である
ことを特徴とするリン酸肥料原料。
【００２８】
［２］前記リン酸肥料原料が、溶銑を脱リンして製造される製鋼スラグを出発原料とするものであることを特徴とする前記［１］に記載のリン酸肥料原料。
【００２９】
［３］前記［１］又は［２］に記載のリン酸肥料原料の製造方法であって、
ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、及び、酸化鉄（Ｆｅ換算）を合計で６０質量％以上含有し、ＣａＯとＳｉＯ2の重量濃度比で表示する塩基度αが０．８以上２．０以下であり、Ｐ2Ｏ5を５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下、酸化鉄をＦｅ換算で５質量％以上２５質量％以下含有する、１０００〜１７００℃の溶融スラグを、１０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却することを特徴とするリン酸肥料原料の製造方法。
【００３０】
［４］前記１０００〜１７００℃の溶融スラグを、３０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却することを特徴とする前記［３］に記載のリン酸肥料原料の製造方法。
【００３１】
［５］前記溶融スラグが、溶銑を脱リンすることにより製造される製鋼スラグであることを特徴とする前記［３］又は［４］に記載のリン酸肥料原料の製造方法。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、酸化鉄を含むが、リン酸濃度が高く、肥料効果の高いリン酸肥料原料と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】
【００３３】
【図１】製鋼工程においてリン酸含有スラグを製造する工程の一例を示す図である。
【図２】可溶性リン酸率（可溶性リン酸濃度／前リン酸濃度）と結晶化度の関係を示す図である。
【図３】リン酸濃度及び塩基度とリン含有鉱物相との関係を示す図である。
【図４】結晶化度とｔ．Ｆｅ濃度の関係を示す図である。
【図５】固溶体相の存在比とｔ．Ｆｅ濃度の関係、及び、Ｃ3Ｐ相の存在比とｔ．Ｆｅ濃度の関係を示す図である。
【図６】固溶体相又はＣ3Ｐ相の存在比と冷却速度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明のリン酸肥料原料（以下「本発明肥料原料」ということがある。）は、
ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、及び、酸化鉄（Ｆｅ換算）を合計で６０質量％以上含有し、ＣａＯとＳｉＯ2の重量濃度比で表示する塩基度αが０．８以上２．０以下であり、Ｐ2Ｏ5を５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下、酸化鉄をＦｅ換算で５質量％以上２５質量％以下含有するリン酸肥料原料であって、
上記リン酸肥料原料中、Ｃａ3（ＰＯ4）2−Ｃａ2ＳｉＯ4固溶体、５ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5、及び、７ＣａＯ・２ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5の１種又は２種以上の存在比の合計が１５質量％以上である
ことを特徴とする。
【００３５】
本発明のリン酸肥料原料の製造方法（以下「本発明製造方法」ということがある。）は、本発明肥料原料の製造方法であって、
ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、酸化鉄（Ｆｅ換算）を合計で６０質量％以上含有し、ＣａＯとＳｉＯ2の重量濃度比で表示する塩基度αが０．８以上２．０以下であり、Ｐ2Ｏ5を５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下、酸化鉄をＦｅ換算で５質量％以上２５質量％以下含有する、１０００〜１７００℃の溶融スラグを、１０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却することを特徴とする。
【００３６】
まず、植物生育用のリン酸肥料の原料（リン酸肥料原料）として使用可能なリン酸含有スラグの製造方法について説明する。図１に、製鋼工程において、リン酸含有スラグを製造する工程の一例を示す。
【００３７】
図１に示すように、製鋼工程においては、高炉で製造した溶銑を転炉に移送し、溶銑の上にスラグを形成し、酸素源を吹き込んで、溶銑とスラグの反応で、溶銑の脱リン処理S01を行う。
【００３８】
脱リン処理S01によって生成した転炉脱リンスラグ４１を転炉から排出し、その後、転炉内の溶銑の上に、再度、スラグを形成し、酸素源を吹き込んで、脱炭処理S02を行う。脱炭処理S02で得られた溶鋼に２次製錬S03を施した後、連続鋳造S04で鋼片を製造する。
【００３９】
脱リン処理S01後、転炉から排出される転炉脱リンスラグ４１には、溶銑中のリンが酸化したリン酸とともに、多量の鉄分を含んでいる。そこで、転炉脱リンスラグ４１から鉄やリン等の有価元素を回収するために、転炉脱リンスラグ４１に還元・改質処理S11を施す。
【００４０】
還元・改質処理S11においては、転炉脱リンスラグ４１を溶融し、還元剤及び改質剤として、微粉炭、Ａｌ2Ｏ3源、ＳｉＯ2源を添加して、リンを多く含有する高リン溶銑４２を製造する。
【００４１】
そして、高リン溶銑４２に、生石灰やＳｉＯ2などを原料としたフラックスを添加し、酸素を吹き込む脱リン処理S13を施して、植物生育用のリン酸肥料の原料（リン酸肥料原料）として使用可能なリン酸含有スラグ５０を製造する。
【００４２】
なお、脱リン処理S13によって脱リンされた溶銑５１は、高炉で生成された溶銑とともに転炉へ供給される。
【００４３】
リン酸含有スラグ５０を製造する際、成分組成や冷却速度を制御して、リン酸含有スラグ中の可溶性リン酸の量を増大する必要がある。
【００４４】
本発明肥料原料では、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、及び、酸化鉄（Ｆｅ換算）の合計が６０質量％以上で、ＣａＯとＳｉＯ2の重量比で表示する塩基度αが０．８以上２．０以下で、Ｐ2Ｏ5が５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下、酸化鉄がＦｅ換算で５質量％以上２５質量％以下であり、さらに、Ｃａ3（ＰＯ4）2−Ｃａ2ＳｉＯ4固溶体、５ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5、及び、７ＣａＯ・２ＳｉＯ2・Ｐ2Ｏ5（以下、３つの鉱物相をまとめて「固溶体」ということがある。）の１種又は２種以上の存在比の合計が１５質量％以上である。
【００４５】
また、脱リン処理13を行う際には、溶融スラグの塩基度αが０．８以上２．０以下で、Ｐ2Ｏ5が５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下の、１０００〜１７００℃の溶融スラグを、１０℃／ｍｉｎ以上、好ましくは３０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する。
【００４６】
以下、リン酸含有スラグのリン含有鉱物相から固溶体相の析出を促進し、Ｃ3Ｐ相の析出を抑制する理由、成分組成を限定する理由、塩基度、Ｐ2Ｏ5濃度、酸化鉄濃度を限定する理由、また、脱リン処理を行ってリン酸含有スラグを製造する時、塩基度、リン酸濃度、冷却速度を限定する理由ついて説明する。
【００４７】
まず、固溶体相の析出を促進し、Ｃ3Ｐ相の析出を抑制する理由について説明する。脱リンスラグを製造した際、脱リンスラグのリン酸濃度は１〜３０質量％である。
【００４８】
表１に示す成分組成のスラグ原料を、タンマン炉で、１６００℃、Ａｒ雰囲気下で溶製し、１０℃／ｍｉｎで冷却したスラグ試料中のリン含有鉱物相を、ＸＲＤ、ＳＥＭなどで確認した。
【００４９】
一部のスラグ試料では、結晶相の他にガラス相が確認された。ガラス相は、リンを含有していることが確認された。一方、結晶相は、リン酸塩相、ケイ酸塩相、ＦｅＯ相の三つの鉱物相に分類することが可能であった。リン酸塩相は、Ｃ3Ｐ相と固溶体相の二種類であった。
【００５０】
結果を表１にまとめて示す。
【００５１】
【表１】
2015189591.tif 000002
【００５２】
リン酸肥料として重要な部分であるリンが存在する鉱物相（以下「リン含有鉱物相」ということがある。）は、ガラス相、Ｃ3Ｐ相、固溶体相であることが解った。表１中の○は主要な鉱物相であることを示し、△は主要でない鉱物相又は微量に存在する鉱物相を意味する。結晶相であるＣ3Ｐ相と固溶体相が同時に析出することはなく、また、Ｃ3Ｐ相、又は、固溶体相が析出する時、ガラス相が同時に析出する場合があった。
【００５３】
製造したスラグのリン含有鉱物相と肥料効果の関係を調査するため、表１に示すスラグ試料の結晶化度と可溶性リン酸率を測定した。結果を図２に示す。
【００５４】
可溶性リン酸率は、リン酸肥料原料中の全リン酸濃度に対する可溶性リン酸濃度の存在比である。リン酸肥料を使用する場合、リン酸量が一定となるように、リン酸肥料のリン酸濃度に応じて添加量を調整して土壌に添加するので、肥料効果は、可溶性リン酸濃度でなく、可溶性リン酸率で評価した。
【００５５】
図２から、Ｃ3Ｐ相析出する場合は（図中「×」参照）、結晶化度の増加に伴い可溶性リン酸率が減少することが解る。また、固溶体が析出する場合は（図中「○」参照）、結晶化度は、ほぼ１００％であり、可溶性リン酸率は、Ｃ3Ｐ相、ガラス相が存在する場合よりも高いことが解る。
【００５６】
これらの結果から、(a)Ｃ3Ｐ相、ガラス相、及び、固溶体相の可溶性リン酸率には序列があり、(b)Ｃ3Ｐ相＜＜ガラス相＜固溶体相の順に可溶性リン酸率が大きくなり、(c)固溶体相が、可溶性リン酸率が最も高い相であり、Ｃ3Ｐ相が、可溶性リン酸率が最も低い相であることが解った。
【００５７】
このことから、スラグ中の肥料効果、つまり、可溶性リン酸濃度を高めるためには、Ｃ3Ｐ相の析出を可能な限り抑制して、固溶体相を積極的に析出させる必要があることが解る。
【００５８】
実際、後述するように、固溶体相を１５質量％以上析出させた高リン酸スラグと固溶体相の存在比が１５質量％未満の高リン酸スラグを使用してヒロシマ菜を育てて生育を確認した。結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
2015189591.tif 000003
【００６０】
表２に示すように、固溶体相を１５質量％以上析出させた高リン酸スラグを使用した場合（試料Ｎｏ．４）、ヒロシマ菜の生育が良いのに対し、固溶体相の存在比が１５質量％未満の高リン酸スラグを使用した場合（試料Ｎｏ．９）、ヒロシマ菜の生育が悪いことを確認した。
【００６１】
即ち、本発明者らは、リン含有鉱物相において、Ｃ3Ｐ相の析出を抑え、固溶体相の析出を促進することにより、可溶性リン酸濃が高い脱リンスラグ（リン酸肥料原料）を製造できることを確認した。
【００６２】
リン酸肥料原料は、主成分として、ＣａＯ、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、及び、酸化鉄を含んでおり、各成分の合計を６０質量％以上とする。各成分の合計が６０質量％未満であると、上記成分以外の成分とリン酸が化合物を形成して、リン酸含有鉱物相の生成を制御することができなくなるので、上記各成分の合計は６０質量％以上とする。好ましくは７０質量％以上である。
【００６３】
ただし、酸化鉄の濃度は、試料中のＦｅ濃度で表示することとし、以後、“ｔ．Ｆｅ濃度”と表示する。
【００６４】
本発明者らは、固溶体相が最も安定的に析出する条件を検討した。図３に、ｔ．Ｆｅ濃度を１０質量％、ＭｎＯ濃度を５質量％、ＭｇＯ濃度を５質量％、Ａｌ2Ｏ3濃度を３質量％に固定し、溶融スラグを、１６００℃から、冷却速度１０℃／ｍｉｎで冷却した際の、リン酸濃度及び塩基度とリン含有鉱物相との関係を示す。
【００６５】
即ち、図３は、リン含有鉱物相の塩基度依存性及びＰ2Ｏ5濃度依存性を示している。○は、固溶体相が析出した場合を示し、×は、Ｃ3Ｐ相が析出した場合を示す。塩基度α（＝ＣａＯ／ＳｉＯ2）が０．８以上２．０以下で、固溶体相が析出する。それ故、肥料効果を高めるには、塩基度αを０．８以上２．０以下にする必要がある。
【００６６】
塩基度αが０．８より小さいか、又は、２．０より大きい場合は、Ｃ3Ｐ相が析出して肥料効果が低下する。それ故、脱りん処理時には、添加する生石灰やＳｉＯ2などのフラックスの量を調整し、スラグの塩基度αを０．８以上２．０以下にする。塩基度αが０．８以上２．０以下のスラグにおける固溶体相の存在比をＳＥＭで測定したところ、固溶体相が１５質量％以上存在することを確認できた。なお、固溶体相が１５質量％以上存在するものが多かった。
【００６７】
リン酸肥料原料のリン酸濃度は、５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下（α：塩基度）とする。リン酸濃度が５質量％未満であると、リン酸濃度が低く、その結果、リン酸肥料の使用量が多大になり、肥料としての商品価値が低下する。
【００６８】
リン酸濃度の上限を、塩基度αの二次式で限定する理由について説明する。図３に示すように、塩基度αが増加すると、Ｃ3Ｐ相が析出し始めるリン酸濃度が増加する。本発明者らは、Ｃ3Ｐ相が析出し始めるリン酸濃度が二次曲線的に増加することを実験的に確認し、二次曲線的に増加するリン酸濃度を（−６α2＋２７α−６）で近似した。
【００６９】
即ち、塩基度を一定にして、リン酸濃度を５質量％から増加させていくと、リン酸濃度が（−６α2＋２７α−６）質量％以下の領域では、リン含有鉱物相は固溶体相であるが、（−６α2＋２７α−６）質量％を超えると、リン含有鉱物相はＣ3Ｐ相となる。
【００７０】
リン酸肥料原料のリン含有鉱物相がＣ3Ｐ相であると、肥料効果が落ちるので、リン酸濃度は（−６α2＋２７α−６）質量％以下とする。そのため、脱りん処理時、スラグに添加するフラックスの量を調整して、リン酸濃度を（−６α2＋２７α−６）質量％以下にする必要がある。
【００７１】
ｔ．Ｆｅ濃度は、５質量％以上２５質量％とする。表１に示す試料の中で塩基度αが１．３以上１．７以下で、かつ、リン酸濃度が１２質量％以上２０質量％以下の試料における、結晶化度とｔ．Ｆｅ濃度の関係を図４に示す。
【００７２】
ｔ．Ｆｅ濃度が５．０質量％より小さいと、スラグ中にガラス相が存在し、５質量％以上では、結晶化度が１００％となり結晶相が存在した。酸化鉄は、ＦｅＯとして存在すると考えられており、塩基性酸化物であって、スラグの結晶化を促進する成分である。それ故、結晶相である固溶体相を析出させるためには５質量％以上の酸化鉄が必要であることが解る。
【００７３】
図５に、上記試料における固溶体相の存在比とｔ．Ｆｅ濃度の関係、及び、Ｃ3Ｐ相の存在比とｔ．Ｆｅ濃度の関係を示す。ｔ．Ｆｅ濃度が５質量％以上２５質量％以下の範囲では固溶体相が析出し、ｔ．Ｆｅ濃度が２５質量％を超えるとＣ3Ｐ相が析出した。
【００７４】
この結果から、固溶体相を析出させるためには、脱リン処理時に吹き込む酸素量を調整して、ｔ．Ｆｅ濃度を５質量％以上２５質量％以下にする必要がることが解る。
【００７５】
リン酸肥料原料を製造する際には、上記組成に調整した１０００〜１７００℃の溶融スラグを、１０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する必要がある。溶融スラグの温度が１０００℃未満であると、スラグが完全に溶融しない場合があり、その場合、リン酸肥料としての肥料効果が発現しない。溶融スラグの温度を１７００℃を超える温度とすることは、設備の限界を超えるので困難である。
【００７６】
溶融スラグの塩基度、リン酸濃度、ｔ．Ｆｅ濃度が上記範囲内にあるとしても、必ずしもＣ3Ｐ相の析出を抑制できるわけではない。Ｃ3Ｐ相の析出を抑制するためには、溶融スラグを冷却する冷却速度も重要な因子となる。
【００７７】
本発明者らは、塩基度α：１．６、Ａｌ2Ｏ3：３質量％、ＭｇＯ：９質量％、Ｐ2Ｏ5：１８質量％、ｔ．Ｆｅ濃度：６質量％の溶融スラグ試料を、冷却速度：１℃／ｍｉｎ、５℃／ｍｉｎ、１０℃／ｍｉｎ、３０℃／ｍｉｎ、及び、５０℃／ｍｉｎで冷却し、試料中のリン含有鉱物相の存在比を調査した。結果を図6に示す。
【００７８】
図６に示すように、冷却速度が１℃／ｍｉｎ、５℃／ｍｉｎではＣ3Ｐ相のみが析出し、１０℃／ｍｉｎ、３０℃／ｍｉｎ、５０℃／ｍｉｎでは固溶体相のみが析出した。この結果から、固溶体相の存在比を１５質量％以上にするには、水冷や溶融スラグを鉄板の板に流し込んで急冷する方法などを用いて、１０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却する必要があることが解る。好ましくは３０℃／ｍｉｎ以上である。
【００７９】
以上、リン酸含有スラグの製造方法及びリン酸含有スラグについて説明したが、本発明は、上記説明に限定されることはなく、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００８０】
なお、図１に示すリン酸含有スラグを製造する工程においては、転炉脱リンスラグから得た高リン溶銑を脱リン処理してリン酸含有スラグを製造すると説明したが、リン酸含有スラグを製造は、この説明に限定されることはない。
【００８１】
例えば、高炉で生成した溶銑を脱リン処理することで製造してもよい。また、生石灰、ＳｉＯ2、Ｐ2Ｏ5、酸化鉄などを出発原料として、上記組成範囲に入るように混合した後、溶融して、上記冷却速度で冷却してリン酸肥料原料を製造してもよい。
【実施例】
【００８２】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００８３】
（実施例）
スラグ試料を作製し、鉱物相と可溶性リン酸濃度を確認した。種々の組成と塩基度のスラグをタンマン炉で溶融し、表３に示す冷却速度で冷却し、スラグの固溶体相の存在比、可溶性リン酸率、及び、結晶化度を調査した。結果を表３に示す。
【００８４】
【表３】
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【００８５】
可溶性リン酸率を、可溶性リン酸率０．６以上を◎、０．５以上０．６未満を○、０．５未満を×として評価した。
【００８６】
冷却速度が１０℃／ｍｉｎの実施例１〜９のスラグ試料においては、塩基度が０．８以上２．０以下、リン酸濃度が５質量％以上（−６α2＋２７α−６）質量％以下、ｔ．Ｆｅ濃度が５質量％以上２５質量％以下で、かつ、固溶体相の存在比が１５質量％以上である。
【００８７】
比較例１〜８、及び、１２のスラグ試料では、リン酸濃度が（−６α2＋２７α−６）質量％を超えているため、固溶体相が析出しなかった。比較例１５のスラグ試料では、リン酸濃度が５質量％未満であるので、固溶体相が析出しなかった。比較例９と１０のスラグ試料では、ｔ．Ｆｅ濃度が２５質量％を超えているので、固溶体相が析出しなかった。
【００８８】
比較例１１のスラグ試料では、ｔ．Ｆｅ濃度が５質量％未満であるので、固溶体相が析出しなかった。比較例１３と１４のスラグ試料では、塩基度αが本発明の範囲外であるので、固溶体が析出しなかった。比較例１６のスラグ試料では、冷却速度が１０℃／ｍｉｎ未満であるので、固溶体が析出しなかった。
【００８９】
同じ組成で冷却速度が異なる実施例６及び１０と、比較例１６を比較すると、１０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度では、固溶体相が１５質量％以上になっている。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
前述したように、本発明によれば、酸化鉄を含むが、リン酸濃度が高く、肥料効果の高いリン酸肥料原料とその製造方法を提供することができる。よって、本発明は、鉄鋼産業及び植物育成産業において利用可能性が高いものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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