(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼スラグを加工して、高い硬化能力を有する水硬性鉱物結合材を生成し、かつ鉄を回収するための方法であって、
鉄化合物、およびＭｎＯを有する、製鋼スラグを含む供給生成物であって、前記ＭｎＯが前記製鋼スラグに含有されていてもよい供給生成物を提供するステップと、
前記供給生成物を炉内で融解物として加工するステップと、
９０から１１０の間の鉱物融解部分の石灰飽和度を達成するために、前記融解物に還元剤を組み込んで前記鉄化合物を還元するステップであって、前記還元剤の組込みが、非酸化炉内雰囲気中で実施されるステップと、
規定された冷却を行うステップであって、前記融解物を遅くとも１５分で凝固させるステップと、
元素状鉄の少なくとも一部を、前記凝固した融解物から機械的に分離するステップと、
水硬性鉱物結合材として使用するために、鉄分が低く、かつエーライト分が少なくとも４０重量％であり、結晶質相の含量が少なくとも６０重量％である、前記凝固した融解物を引き続き直接供給するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記供給生成物が、ＭｎＯを０．１から１０重量％含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記供給生成物に、Ａｌ２Ｏ３が最大５重量％および／またはＣａＯが３０〜５０重量％および／またはＳｉＯ２が１０から２０重量％含有されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記融解物が、前記還元の前および／または前記還元の間に１４５０℃から１８００℃の温度を有することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記非酸化炉内雰囲気が還元雰囲気であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、炭素、ケイ素、および／またはその他の金属、または半金属が前記還元剤として使用されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記還元剤の少なくとも一部が前記融解物中に吹き込まれることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記融解物中に吹き込まれた前記還元剤が、不活性ガス流を用いて吹き込まれることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、フラックスが前記融解物中に組み込まれることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、液体の元素状鉄が、前記還元の後、前記融解物を凝固する前に、分離されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、前記融解物が、遅くとも３分後に凝固していることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、前記規定された冷却が、乾式造粒用または湿式造粒用のデバイスを用いて実施されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、前記規定された冷却が、能動冷却デバイスを用いて実施されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、前記元素状鉄の前記機械的な分離が、研削プロセスおよび分類プロセスを用いて行われることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載される、製鋼スラグ（ｓｔｅｅｌ  ｓｌａｇ）を加工して高い硬化能力を有する水硬性鉱物結合材（ａ  ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｍｉｎｅｒａｌ  ｂｉｎｄｅｒ）を生成し、かつ鉄を回収するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＤスラグ、ＬＤＳ（Ｌｉｎｚ−Ｄｏｎａｗｉｔｚスラグ）、電気炉スラグ（ＥＦＳ）またはＳＷＳ（鋼鉄製品スラグ（ｓｔｅｅｌｗｏｒｋ  ｓｌａｇ））とも呼ばれる製鋼スラグは、プロセスによっては、非常に大量の鉄を含有したままでありうる。この鉄は、一部が金属形態で存在するが、主に、鉱物によってスラグに結合された酸化物の形で存在する。スラグ中に存在するこれらの酸化鉄は、スラグ母材に固定状態で組み込まれているので、純粋に機械的な方法で回収することができず、最初に熱化学的還元を経て元素状金属の形態に変換しなければならない。スラグ母材は、主に、典型的な酸化物、酸化カルシウム、二酸化ケイ素、および酸化アルミニウムからなる。しかし、例えば高炉スラグなどのその他のスラグ形態とは対照的に、製鋼スラグは、水硬活性相中では生じず、したがってセメントでの高品質再利用には適していない。したがって製鋼スラグは、ほとんど高速道路建設での塊スラグ、したがってグリットとしてのみ使用される。
【０００３】
欧州登録特許第１３７０５０１号は、例えば、水硬性結合材の性質を持つスラグを提供するために、製鋼スラグを処理する方法を開示する。得られた生成物は、ポルトランドセメントクリンカと少なくとも同等であることが記述されている。この場合、スラグの全重量に対して少なくとも４５重量％の酸化カルシウムと３０重量％未満のＦｅ２Ｏ３とを含有する製鋼スラグは、１から１５ｂａｒの範囲の圧力、１６５０℃から１４００℃の範囲の温度で、酸素または空気による酸化処理を受ける。石灰源をこのスラグに添加し、必要に応じて二酸化ケイ素源または酸化アルミニウム源を補う。石灰源と任意選択の二酸化ケイ素または酸化アルミニウム源との割合は、スラグが、その変換後の室温で、少なくとも１３重量％のＦｅ２Ｏ３含量と、少なくとも４０重量％の鉱物学的相または鉱物相Ｃ３Ｓおよび１０重量％超の鉱物学的相Ｃ２ＦまたはＣ４ＡＦの形をとる塩化カルシウム／フッ化カルシウムを含んだ鉱物学的組成物とを有するように選択される。
【０００４】
この方法の欠点は、スラグ中に存在する鉄が回収されず、生成されたＣ３Ｓを安定化するのに大規模な冷却対策を必要とすることである。
【０００５】
製鋼スラグを加工するための別の方法は、欧州登録特許第１６９７２７１号に記載されている。この場合、水硬性結合材は、少なくとも２５重量％のアルミノケイ酸カルシウムおよびアルミノケイ酸マグネシウム、少なくとも５重量％の鉱物酸化物および／またはハロゲン化物、ならびに最大３１重量％の酸化アルミニウム、多くて１０重量％のカルシウムアルミノフェライト、および多くて０．０１重量％の炭素を有するものが生成される。この生成物を得るために、製鋼スラグも含めた開始材料を、還元雰囲気中で、対応する量を融解させる。得られた生成物を単離する。これは、例えば水または空気での急冷によって、さらに徐冷によっても実施することができる。
【０００６】
冷却のタイプにかかわらず、顕著な量の主なクリンカ相エーライトは明らかに形成されない。ここでは任意の元素状鉄が分離されるか否か、およびどのように分離されるのかが記述されていない。
【０００７】
ＷＯ９６／２４６９６は、酸化鉄含有スラグから銑鉄およびセメントクリンカを生成するための方法を提示する。これは例えば鋼鉄製品スラグに関するものとすることができる。鉄鉱またはスケールなどの酸化鉄担体ならびに石灰をさらにスラグに添加し、かつ炭素を添加することによってフェライトスラグを還元することができるようになっており、鉄相および焼結相が形成される。焼結相は、酸化環境で再焼結され、次いでクリンカとして除去される。クリンカ相はこのように、回転炉における従来のクリンカ生成と同様に酸化条件下で生成される。
【０００８】
ＧＢ１５５６８３３は、添加剤および還元を利用して、製鋼スラグから鉄を回収するための方法について記述する。製鋼スラグは、鉄の一部分が分離された後、チョークなどのさらなる添加剤と共に燃焼することによって、ポルトランドセメントに変換される。
【０００９】
また、米国特許出願公開第２０１２／００７３４０６（Ａ１）号からは、鉄を製鋼スラグから回収するための方法が公知である。したがってスラグには、存在する酸化鉄の部分（ｓｈａｒｅ）を還元するための還元剤が装填される。その後、水蒸気を用いてスラグを起泡させる。鉄の部分を分離した後および冷却した後、残りのスラグは、フライアッシュまたはスラグ砂と同様にセメント材料として使用されるべきである。製鋼スラグから鉄を回収し残されたスラグをフライアッシュまたはスラグ砂として使用するための類似の方法が、特開２０１２−００１７９７および特開昭５１−１２２６７０から公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許第１３７０５０１号明細書
【特許文献２】欧州特許第１６９７２７１号明細書
【特許文献３】国際特許出願公開第９６／２４６９６号パンフレット
【特許文献４】英国特許出願公開第１５５６８３３号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１２／００７３４０６号明細書
【特許文献６】特開２０１２−００１７９７号公報
【特許文献７】特開昭５１−１２２６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって本発明の目的は、製鋼スラグを加工するための方法であって、高い硬化能力を持つ水硬性鉱物結合材を生成することができると共に鉄を回収することもできる方法を示すことである。本発明のさらなる目的は、好ましくは主に反応性エーライト相の形成に基づく、高い硬化能力を持つ水硬性鉱物結合材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、請求項１の特徴を有する製鋼スラグを加工するための方法を経て、本発明により達成される。
【００１３】
本発明の有利な実施形態は、従属項および記述に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による方法の実施形態の、概略的なフローチャートを示す図である。
【図２】本発明による水硬性鉱物結合材の熱生成速度を明らかにする、棒グラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明による方法では、まず、特に酸化物形態にある鉄化合物と、ＭｎＯ、即ち酸化マンガンとを有する、製鋼スラグを含む供給生成物であって、このＭｎＯ、即ち酸化マンガンが製鋼スラグに含有されていてもよい供給生成物が提供される。この供給生成物は、鉱物融解部分において９０から１１０の間の石灰飽和度（ａ  ｌｉｍｅ  ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  ｆａｃｔｏｒ）を達成するために、鉄化合物が還元されるよう還元剤を融解物に組み込むことによって、好ましくは炉内で、融解物としてさらに加工され、この還元剤は、非酸化雰囲気に組み込まれるものである。非酸化条件はこのように炉内の雰囲気中に行き渡る。その後、融解物を規定された方法で冷却し、融解物を遅くとも１５分後に凝固させる。次いで元素状鉄の少なくとも一部を、凝固した融解物から機械的に分離する。少なくとも４０重量％の還元鉄分およびエーライト分を有しかつ少なくとも６０重量％の結晶質相を持つ、凝固した融解物を、水硬性鉱物結合材として使用するために提供する。言い換えれば、還元鉄分を含む凝固した融解物は、類似の結晶質相を示すので、ポルトランドセメントの種類として直接使用されてもよい。
【００１６】
本発明の意味によれば、供給生成物は、製鋼スラグを意味するものとし、必要に応じてさらにＭｎＯまたはＳｉＯ２などの補正成分を意味するものとする。本明細書では十分なＭｎＯ、即ち酸化マンガンがスラグ中に既に存在していてもよく、これはＭｎＯを補正成分として添加する必要がないことを意味する。これは少なくとも、いくらかの製鋼スラグが検査される場合に当てはまる。鉄化合物は、ほとんどの場合、ハロゲン化鉄、硫化鉄、セレン化鉄、および特にＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、またはＦｅ３Ｏ４などの酸化鉄として製鋼スラグ中に存在する。
【００１７】
供給生成物は、適切な容器（ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）内で加熱して融解させることができ、または融液状態で外部から提供することもできる。特に３相密閉型の電気アーク炉は、例えば供給生成物を融解するのにまたは融解物をさらに加熱するのに使用されてもよい。
【００１８】
還元剤の導入により、鉄化合物は、元素状金属の形態に変換される。これにより、鉱物融解部分では、９０から１１０の間の範囲、好ましくは９５から１０５の間の範囲にある石灰飽和度が達成される。この場合、鉱物融解部分は、元素状鉄が少ない融解物であると理解することができる。石灰飽和度（ＫＳｔ）は、最大の場合にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、およびＦｅ２Ｏ３と大規模な燃焼および冷却条件下で結合することができる、それぞれのＣａＯ含量のパーセンテージとして、原材料またはクリンカ中に実際に存在するＣａＯ含量を示す。
【００１９】
石灰飽和度は、下記の方程式：
【数１】
0006461964.tif 000002
（式中、ＫＳｔ＝石灰飽和度）
により定義される。
【００２０】
非酸化雰囲気中で還元を実施することにより、既に還元された鉄の逆酸化が防止され、したがって元素状鉄の収量が増加する。これはさらに、石灰飽和度の達成に寄与する。
【００２１】
鉄のかなりの割合が、スラグの残りの部分よりも密度が高いことに起因して、融解槽の下方領域に沈降する。その他の部分は液滴の形で残され、冷却されたスラグに含まれる。生成されたＦｅのかなりの割合を、槽から除去することができる。これは流出（ｒｕｎ−ｏｆｆ）に類似した融解物−液体状態で、またはサラマンダに類似した凝固状態で、実施することができる。
【００２２】
融解物が凝固した後、ある割合の元素状鉄を機械的に分離し、さらなる利用のために供給することができる。
【００２３】
還元された鉄分を有するスラグは、水硬性鉱物結合材として使用することができる。この結合材は、ＬＤＳ結合材として以下に記述される。
【００２４】
本発明による方法は、簡単かつ効率的な手法で、元素状鉄を高い割合で製鋼スラグから回収することが可能であり、さらに、高品質結合材用の複合材料としてまたは独立したクリンカ材料として著しく適している極めて反応性の高い水硬性鉱物結合材を得ることが可能である。このＬＤＳ結合材は、非常に高い反応性および硬化能力ならびにそのクリンカ相によって特徴付けられる。そのエーライト含量（Ｃ３Ｓ）は少なくとも４０重量％であり、結晶質相の含量は少なくとも６０重量％である。結晶質相は大部分がエーライトおよびビーライト（Ｃ２Ｓ）を含み、８０重量％から９０重量％の間とすることもできる。
【００２５】
本発明は、本質的に、３つの相互に作用する概念に基づく。第１に、ＭｎＯを融解物に含めて提供することであり；第２に、鉱物融解部分において、示される石灰飽和度に到達するまで、鉄を還元することであり；第３に、速いと規定された冷却（ｒａｐｉｄ  ｄｅｆｉｎｅｄ  ｃｏｏｌｉｎｇ）を行うことである。
【００２６】
規定された冷却プロセスは、高いエーライト含量を含む結晶質相を非常に高い割合で形成させる。
【００２７】
得られるエーライト相の特に高い反応性は、エーライト相の格子構造に組み込まれておりかつこの格子構造を乱すＭｎ２＋イオンの存在に起因し、その結果、ＬＤＳ結合材の硬化能力は、特にエーライト相によってかなり増大する。
【００２８】
本発明の、還元条件下での融解物の加工では、Ｍｎは、その２価の形でＭｎ２＋として存在する。したがってエーライトの格子中への導入が可能であり、それによってＣａは格子内で置き換えられる。最大２％の組込み率（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ｒａｔｅ）が、本明細書では実現される。
【００２９】
これは従来のセメントクリンカ生産では不可能である。Ｍｎ化合物がセメント原材料中に存在する限りにおいて、Ｍｎは、Ｍｎ３＋としてセメントクリンカ生産の酸化プロセスを経て存在することになる。このようにＭｎ３＋は、Ｃ４ＡＦ中のＦｅの格子サイトに組み込まれる傾向がある。エーライトまたはビーライトのＣａ格子サイトへのＭｎ３＋の組込みは、不可能である。
【００３０】
その結果、これと同等のエーライトの反応性の増大は、酸化雰囲気中での従来のセメントクリンカ生産において不可能であるが、それはマンガンが存在する場合にはＭｎ３＋として存在するからである。同じことが、酸化条件下で実施される、製鋼スラグを処理するための全ての方法に当てはまる。
【００３１】
反応性の増大に加え、エーライト相へのマンガンの組込みは、選択された冷却条件とは無関係に、この相を安定化させ、かつビーライトおよび生石灰への崩壊を防止することができる。
【００３２】
最後に、必要とされる石灰飽和度は、本発明によれば、エーライトの割合が高くかつＬＤＳ結合材の反応性が高い状態にある、高い割合の結晶質相においても、決定的な役割を演ずる。
【００３３】
原則として、ＭｎＯの任意の量が供給材料中に存在してもよい。しかし、供給生成物は、ＭｎＯを０．１重量％から１０重量％、特に０．５重量％から５重量％有する場合が有利である。酸化マンガンのこの含量レベルで、有意な量のＭｎ２＋イオンがエーライト相の結晶格子に組み込まれ、それによって結晶構造が乱れることが保証される。 
【００３４】
供給生成物が、最大５重量％のＡｌ２Ｏ３および／または３０から５０重量％のＣａＯおよび／または１０から２０重量％のＳｉＯ２を含有する場合が有利である。供給生成物が、３から５重量％のＡｌ２Ｏ３および／または３５から４５重量％のＣａＯおよび／または１５から２０重量％のＳｉＯ２を含有する場合がさらにより有利である。
【００３５】
これらの相組成により、エーライト相およびさらなる結晶質相の形成は、熱化学的見地に鑑みて増強される。さらに、関係する酸化物がこれらの濃度範囲にあると、９０から１１０の間の石灰飽和度、またはさらにより好ましくは９５から１０５の間の石灰飽和度が達成される可能性が非常に高い。前述の組成物が、供給された製鋼スラグ材料中に既に含有されない場合には、不足している酸化物を、融解プロセスの前または融解プロセスの間に任意選択で添加することができる。
【００３６】
融解物は、有利には、還元の前および／または還元の間に、約１４５０℃から約１８００℃の温度、特に１５５０℃から１７５０℃、好ましくは、高くて１６５０℃の温度を有する。供給生成物の全ての成分は、特に酸化物部分において、この温度範囲で完全に融解し、還元反応は、還元プロセスの素早い進行がエネルギおよび熱化学的見地からも保証されるように、十分迅速に生ずる。
【００３７】
非酸化雰囲気は、還元雰囲気とすることができる。固体形態に添加された還元剤によって主に生ずる還元プロセスは、その雰囲気によってさらに支援される。
【００３８】
好ましくは、炭素、ケイ素、および／またはその他の金属もしくは半金属が、還元剤として使用される。特に石油コークスは、非常に高い比表面積とそれに対応して高い反応性を有するので、適切な炭素の変性（ｃａｒｂｏｎ  ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）である。ケイ素、カルシウム、およびアルミニウムには、酸化物がスラグの一部を形成できるというさらなる利点がある。
【００３９】
還元剤の少なくとも一部を、例えば不活性ガス流を用いて融解物中に吹き込むことができる。中空の電極は、電気アーク炉を使用する場合、特に、融解物中に還元剤を吹き込むのに適している。融解物中の還元剤の特に効率的な分布に加え、この吹き込みによって、混合へのさらなる寄与が実現される。不活性ガスの使用により、望ましくない２次反応、特に融解物中に含有される還元剤および酸化物成分の酸化が、確実に回避される。アルゴンは、例えば、不活性ガスとして使用するのに適している。しかし、還元剤を融解物−液体スラグに組み込みまたは吹き込むのに、その他の方法を使用することもできる。異なる割合の還元剤を、ある特定の比で供給スラグと任意選択で事前に混合することができる。これは特に、再生されたスラグの融解の場合に可能である。しかしエネルギに関しては、上流プロセスから事前に融解物−液体スラグを得ることがより好ましい。この場合、還元剤全体に吹き込むことが好ましいとすることができる。
【００４０】
炭素を還元剤として使用する場合、一酸化炭素および二酸化炭素は、酸化物の還元の副生成物として生成することができる。これらの副生成物ガスは融解物から逃げ、その結果、融解物の起泡をもたらす可能性がある。起泡を低減させるため、フラックス、例えばホウ砂などの酸化物形態にあるホウ素を、融解物に組み込むことが有利と考えられる。
【００４１】
本発明による方法の好ましい実施形態によれば、液体の元素状鉄は、還元プロセスの後、融解物の凝固の前に、分離する。液体の元素状鉄は、融解相よりも高い密度を有するので、融解炉の底部で収集され、そこから比較的簡単に除去することができる。融解炉または融解ユニットは、追加のエネルギ入力を経て融解物を液体状態で保持するのを可能にする、融解相を受け取るための容器、例えば電気アーク炉を意味することが、本発明の範囲内で理解することができる。
【００４２】
原則として、融解物は、１５分の閾値に到達する前に凝固するような方法で冷却される。この場合の本質的な特徴は、変態温度よりも低く、約８５０℃に冷却されることである。
【００４３】
異なる方法を、融解物を冷却するのに使用することができる。本質的な特徴は、所望の最長冷却時間が満たされることである。従来のクリンカ冷却で使用されたもの、例えば火格子冷却器に類似したデバイス、または白色セメントクリンカの生成（水冷）におけるようなデバイスであって、１５分未満、例えば１０分から１５分の間または７分から９分の間に凝固するように融解物を素早く冷却するデバイスを使用することが可能である。
【００４４】
融解物が、例えば３分後またはそれ未満で凝固するように、融解物がさらになお素早く冷却される場合、造粒プロセスと組み合わせた冷却方法が選択肢になる。
【００４５】
融解物は、例えば湿式または乾式で造粒することができ、同時に冷却することができる。湿式冷却およびそれぞれの造粒の場合、冷却速度は約１６００℃／分である。対照的に、空気造粒と共に冷却する間、冷却速度はほとんどの場合にこの値よりも下となる。水または空気流量などの周囲条件に応じ、２分以下の範囲、例えば１分または３０秒未満などの冷却時間を実現することができる。湿式造粒の範囲内で（水硬性反応性材料が生成されるように）この材料は冷却後に可能な限り素早く乾燥されるべきとみなされる。
【００４６】
空気による冷却プロセスの範囲内で、空気から吸収されたエネルギを回収することができる。これに関連して、造粒プロセスにより加熱された空気の熱を、例えば水蒸気生成のために使用することができる。次いでこの水蒸気を使用して、水蒸気タービンを動作させ、発電機を用いて電気エネルギを生成することができる。次いでこのエネルギを、本発明による方法でまたはその他の目的で使用することができる。明らかに、その他の冷却方法が素早い凝固を十分に容易にする場合には、その他の冷却方法を使用することも可能である。
【００４７】
本発明による方法の好ましい実施形態によれば、元素状鉄の機械的分離は、研削プロセスおよび分類（分級）プロセスを用いて行われる。この方法ステップでは、特に国際特許出願の国際公開第２０１１／１０７１２４Ａ１号に開示される方法が適している。鉄は、研削プロセス中に解放され、次いで鉄と鉱物学的母材との間の密度差によって研削プレート上に分離される。その後、プレート縁部に放出され、任意選択でその後に行われる選別および分類プロセスを通してさらに高精度に分離される。凝固した融解物を磨砕させかつ解凝集させるために、好ましくはＬＯＥＳＣＨＥ型のローラミルを使用する。
【００４８】
さらに本発明は、エーライト（Ｃ３Ｓ）が少なくとも４０重量％の鉱物学的組成を有しかつ石灰飽和度が約９０から１１０である水硬性鉱物結合材に関する。５０重量％、特に６０重量％という、より高いエーライト含量が好ましい。ビーライト含量は、好ましくは１５重量％から２５重量％の間である。水硬性鉱物結合材は、本発明による方法を用いて生成することができ、ＬＤＳ結合材としても本発明の範囲内で記述される。
【００４９】
ＬＤＳ結合材は、ガラス相が最大３０重量％、好ましくは２０重量％未満の鉱物学的組成を有する。残りの含量パーセンテージは、結晶質相に本質的に存在する。
【００５０】
本発明を、図を参照することにより、概略的な例示的な実施形態の助けを借りて、より詳細に以下に説明する。
【００５１】
供給生成物は、図１によるフローチャートのステップＩで提供される。この供給生成物は、本質的にＬＤスラグを含む。供給生成物は、１重量％から５重量％の範囲のＭｎＯ含量を有する。ＳＷＳとも記述される多くのＬＤスラグは、所望の範囲のＭｎＯ含量を既に有する。そうでない場合は、ＭｎＯをスラグに添加する。さらなる補正物質、例えばＳｉＯ２含有物質を、後で必要な石灰飽和度を実現するために、この時にまたは別の時に添加することもできる。還元剤を、このステップで供給生成物に前もって添加することができる。例えば石油コークスが、この目的には適している。
【００５２】
後続のステップＩＩでは、必要に応じて供給生成物を融解物にする加工が行われる。スラグは、上流プロセスから融解液体状態として予め得ることができ、または冷却固体形態として予め存在させることができる。スラグの融解および／または加熱は、電気アーク炉で行うことができる。この炉は、黒鉛の耐火組成物または炭素含有耐火材料を用いて抵抗操作（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）で運転することができる。電気アーク炉は、融解ユニットと記述することもできる。
【００５３】
融解物は、還元剤の添加がステップＩＩＩで開始される前に、約１６００℃から１７５０℃の間の温度に到達すべきである。
【００５４】
融解物中で鉄化合物を還元することにより、一酸化炭素および／または二酸化炭素が生成され、融解物からガスとして逃げる可能性がある。これは、融解物の起泡をもたらす可能性がある。起泡を低減させるために、フラックス、例えば少量のホウ砂を融解物に添加することができる。それにより融解物の粘度は低減する。
【００５５】
還元鉄の再酸化を抑制するために、炉の雰囲気の不活性ガス、例えばアルゴンの濃度を高める。アルゴンは、融解物中に直接導入することもできる。次いである割合の還元剤を、アルゴン流と共に、融解物中に直接吹き込むこともできる。融解物中を流れるアルゴンは、融解浴に渦を形成し、それが金属分離に良い影響を与える。
【００５６】
供給生成物中に存在する本質的に全ての鉄化合物が低減されたらすぐに、残りの鉱物融解部分は９０から１１０の間の石灰飽和度を有するべきである。これは、供給生成物の組成と共に注目すべきである。所望の石灰飽和度は、多くのＬＤスラグで達成することができる。
【００５７】
大部分の鉄（約８０％から９０％）は、分離相として、融解ユニットの底部に沈降する。この相は、液体相でも分離することができる。次いでステップＩＶにおいて、残りの液体融解物を除去し、１５分未満で凝固するように冷却に供する。この冷却は、例えば、２分未満の空冷を用いる乾式造粒を通して、実現することができる。
【００５８】
金属相の一部は、凝固した顆粒中に例えば液滴の形でまたは鉱物部分に包含された状態で残されるので、金属収量を増大させるには機械加工が必要である。
【００５９】
元素状鉄のこの機械的分離は、ＬＯＥＳＣＨＥローラミルを用いた研削プロセスにより、かつ後続の分類により、段階Ｖで行われる。この場合、鉄は、鉱物学的部分との密度の差によって分離することができる。国際公開第２０１１／１０７１２４Ａ１号に記述される方法は、この目的に特に適している。
【００６０】
残りの鉱物部分は、段階ＶＩで存在する、本発明によるＬＤＳ結合材である。この結合材は、高品質水硬性鉱物結合材として利用することができる。クリンカ相の占有率が高いことを特徴とするので、焼結または燃焼プロセスはもはや必要ではない。
【００６１】
表１は、未処理のＬＤスラグである供給生成物、および本発明による方法を用いて得られたＬＤＳ結合材の化学組成を列挙する。値は、それぞれの場合においてここでは重量％で示す。例えば湿式造粒を通してここで得られたＬＤＳ結合材は、数分以内で水を用いて冷却された。
【００６２】
【表１】
0006461964.tif 000003
【００６３】
表１によれば、ベーススラグの石灰飽和度は７０．１であり、ＬＤＳ結合材の場合は１０４．６である。表２は、ベーススラグおよびＬＤＳ結合材の結晶質組成（重量％）を再現する。
【００６４】
【表２】
0006461964.tif 000004
【００６５】
表２から推測できるように、本発明による方法では、多量のエーライト部分５６．３重量％を得ることが可能であり、ＬＤＳ結合材における結晶質相が少なくとも７６．２重量％になる。
【００６６】
しかし、僅か約２０重量％のガラス相が生成されたことが確認されるが、同様の冷却は、通常９０重量％をはるかに超えるガラス相からなるスラグ砂の生成の場合に使用される。
【００６７】
図２は、参照セメント（ＣＥＭ  Ｉ  ４２．５Ｒ）、参照セメント７０％およびＬＤＳ結合材３０％の混合物、参照セメント７０％およびスラグ砂３０％の混合物の、４８時間までの初期水和中に硬化した場合の熱生成速度の棒グラフを示す。ＬＤＳ結合材は、造粒（ｇｒａｎｕｌａｔｅ）として図２に示される。
【００６８】
熱生成速度を参照することにより、反応性に関する結論を描くことができる。明らかに目に見えるように、反応性は、スラグ砂の添加を通して明らかに低減する。対照的に、熱生成の時間、したがって主な反応性は、本発明によるＬＤＳ結合材が添加される場合、本質的にさらに押し戻されるだけである。
【００６９】
上記から、ＬＤＳ結合材そのものは高い水硬活性を示し、したがって、セメント用複合材料としてまたは独立したクリンカ材料として極めて十分に適していると結論付けることができる。
【００７０】
まとめると、本発明による方法を通して、製鋼スラグから鉄を回収すること、および驚くほど良好な硬化能力を有する水硬性鉱物結合材を生成することが可能であることを、確実にすることができる。
【図１】
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【図２】
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