(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｐ２Ｏ５：２％以上８％以下、
ＭｎＯ：３％以上１０％以下、
ホウ素：０．００５％以上０．０５％未満、
全鉄：７％以上１５％未満、
ＣａＯ：３８％以上４８％以下、
ＳｉＯ２：２２％以上３０％以下、
硫黄：０．１％以上０．６％以下、
ＭｇＯ：１％以上８％以下、
Ａｌ２Ｏ３：０．５％以上３％以下、
を含有し、
前記Ｐ２Ｏ５中の可溶性Ｐ２Ｏ５の割合が、５０％以上であり、
前記ＭｎＯ中のく溶性ＭｎＯの割合が、８０％以上であり、
（ＣａＯ含有量／ＳｉＯ２含有量）で表されるスラグ塩基度が、１．５超過２．２以下であり、
かさ比重が、１．９以上２．８以下である、肥料原料用製鋼スラグ。
【請求項２】
２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体、及び、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体をそれぞれ含有する、請求項１に記載の肥料原料用製鋼スラグ。
【請求項３】
前記ホウ素中のく溶性ホウ素の割合が、９５％以上である、請求項１又は２に記載の肥料原料用製鋼スラグ。
【請求項４】
粒径が、全体として５ｍｍ未満であり、かつ、粒径が６００μｍ未満であるものの質量割合が、全質量に対して６０％以上である、請求項１〜３の何れか一項に記載の肥料原料用製鋼スラグ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法であって、
転炉型鍋に対し、（炉口から溶銑液面までの長さに対応するフリーボード／炉口から炉内底までの長さに対応する炉内高）で表される空隙比率が０．５以上０．９以下となるように、高炉溶銑を注入し、
前記転炉型鍋中の前記高炉溶銑に対して、マンガン鉱石、マンガン含有脱炭スラグ、及び、フェロマンガンの少なくとも何れかを添加し、
前記高炉溶銑内に挿入したランスから、前記高炉溶銑に対して、平均粒径が１ｍｍ以下である、生石灰及び／又は炭酸カルシウムと、酸素と、を吹き込み、
１３００℃以上１４００℃以下でスラグをフォーミングさせて脱リン処理を行い、
（ＣａＯ含有量／ＳｉＯ２含有量）で表されるスラグ塩基度が、１．５超過２．２以下となり、かつ、スラグ中のＭｎＯ含有量が３質量％以上１０質量％以下となるように製造する、肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
【請求項６】
前記脱リン処理後の溶融スラグを皿状の耐熱性容器内に注入し、急速冷却することで固化させる、請求項５に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
【請求項７】
散水を行うことで、前記脱リン処理後の溶融スラグを急速冷却する、請求項６に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
【請求項８】
前記転炉型鍋を傾けることで、前記脱リン処理後の溶融スラグをスラグ鍋に傾注した後、前記スラグ鍋中の前記溶融スラグを、傾転可能な第１の耐熱性容器へと傾注し、
前記第１の耐熱性容器内で散水を行うことで前記溶融スラグを急速冷却して固化させた上で、固化したスラグを破砕し、
前記第１の耐熱性容器を傾転させて、固化した前記スラグを第２の耐熱性容器内に滑り落とすことで破砕する、請求項５〜７の何れか一項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
【請求項９】
急速冷却により、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体、及び、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体をそれぞれ形成させる、請求項５〜８の何れか１項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
【請求項１０】
粒径が、全体として５ｍｍ未満であり、かつ、粒径が６００μｍ未満であるものの質量割合が全質量に対して６０％以上となるように、スラグを粉砕する、請求項５〜９の何れか１項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の肥料原料用製鋼スラグ、又は、請求項５〜１０の何れか１項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法で製造された肥料原料用製鋼スラグを粉化する、肥料の製造方法。
【請求項１２】
粉化後の前記肥料原料用製鋼スラグに対して所定の結合剤を添加した後、造粒する、請求項１１に記載の肥料の製造方法。
【請求項１３】
得られた肥料に対し、更に有機物を混合する、請求項１１又は１２に記載の肥料の製造方法。
【請求項１４】
前記有機物は、家畜ふん、植物残渣、及び、魚介類から得られる堆肥の少なくとも何れかである、請求項１３に記載の肥料の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の肥料原料用製鋼スラグ、請求項５〜１０の何れか１項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法で製造された肥料原料用製鋼スラグ、又は、請求項１１〜請求項１４の何れか１項に記載の肥料の製造方法で製造された肥料を含む肥料を、
ｐＨ（Ｈ２Ｏ）が４以上６以下であり、（ｐＨ（Ｈ２Ｏ）−ｐＨ（ＫＣｌ））で表される値が１以上であり、かつ、有効態リン酸が５ｍｇ／１００ｇ乾土以下である土壌に対して施肥する、施肥方法。
【請求項１６】
前記肥料の施用量が、前記肥料原料用製鋼スラグとして、０．０５ｔ／ｈａ以上２ｔ／ｈａ以下である、請求項１５に記載の施肥方法。
【請求項１７】
前記肥料を、播種あるいは苗植え前に、作土層表面に撒くか、又は、当該作土層と混合する、請求項１５又は１６に記載の施肥方法。
【請求項１８】
前記肥料を、栽培する植物体の近傍の作土層表面に撒くか、又は、当該作土層中に混合する、請求項１５又は１６に記載の施肥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肥料原料用製鋼スラグ、肥料原料用製鋼スラグの製造方法、肥料の製造方法及び施肥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
植物の生長に必須な元素として、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）、硫黄（Ｓ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ホウ素（Ｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、塩素（Ｃｌ）が知られている。【０００３】
上記元素のうち、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、カリウム（Ｋ）は、肥料の三要素と呼ばれ、植物が多量に必要とする元素であることが知られている。また、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、硫黄（Ｓ）は、二次要素と呼ばれ、上記の三要素に次いで植物が必要とする元素といわれている。更に、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ホウ素（Ｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、塩素（Ｃｌ）は、植物が微量を必要とするため、微量要素と呼ばれている。【０００４】
更に、上記元素のうちホウ素（Ｂ）は、近年、植物の根の細胞の細胞壁の形成に必要な元素であることが判明されつつある。また、米、小麦、トウモロコシなど世界の人口の主要な食糧作物は、上記元素のほかに、ケイ素（Ｓｉ）を大量に必要とするケイ酸作物である。【０００５】
Ｃａ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂ、Ｓの各元素を、植物に対して供給するための方法の一つに、葉面散布がある。葉面散布では、各元素について、例えば下記の物質が用いられる。
Ｃａ：塩化カルシウム
Ｐ  ：第一リン酸カリウム
Ｍｇ：硫酸マグネシウム
Ｆｅ：硫酸第一鉄
Ｍｎ：硫酸マンガン
Ｂ  ：ホウ酸、
Ｓｉ：ケイ酸カリウム、
Ｓ  ：硫酸カルシウム（石膏）、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン【０００６】
しかしながら、葉面散布は作業に手間の掛かる方法であるため、葉面散布に依らずに上記のような各元素を根から吸収させることが可能な方法が希求されている。【０００７】
一方、製鉄業の溶銑予備処理及び脱炭処理で得られる製鋼スラグは、その構成成分として各種ミネラルを含むため、以下の特許文献１〜特許文献９に開示されているように、肥料や土壌改良資材として用いられている。【０００８】
例えば、以下の特許文献１では、製鉄プロセスにおける高炉溶銑の溶銑予備処理の際に脱リン処理で回収されるケイ酸リン酸肥料用原料と、かかるケイ酸リン酸肥料用原料の製造方法について、報告されている。【０００９】
以下の特許文献２では、製鉄プロセスの溶銑予備処理プロセスから得られる製鋼スラグを原料として鉱さいリン酸肥料を製造する方法が、報告されている。【００１０】
以下の特許文献３では、製鉄プロセスの製鋼スラグからなるスラグ粒に水稲の増収効果があり、温室効果ガスの抑制効果もあることが報告されている。【００１１】
以下の特許文献４及び特許文献５では、一つの転炉型精錬炉を用いて、脱珪処理及び脱リン処理を順に実施する溶銑予備処理方法が報告されており、以下の特許文献６では、製鉄プロセスの溶銑予備処理工程でケイ酸質肥料を製造する方法が報告されている。【００１２】
以下の特許文献７では、不溶出性のケイ酸のみを含む石炭灰を、溶融した状態のステンレス鋼のスラグと混合することで、ケイ酸の溶出を可能化したケイ酸質肥料が報告されている。【００１３】
以下の特許文献８では、肥料用リン酸含有スラグの製造方法が報告されており、以下の特許文献９では、製鉄プロセスから得られるリン酸質肥料原料の製造方法が報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第５１０５３２２号
【特許文献２】特許第６０４００６４号
【特許文献３】特許第５８８１２８６号
【特許文献４】特許第５９８３９００号
【特許文献５】特開２０１６−２９２０６号公報
【特許文献６】特許第４２４６７８２号
【特許文献７】特許第４０４０５４２号
【特許文献８】特許第６１１９３６１号
【特許文献９】特許第６０１１５５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
Ｐ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｓなどの各元素を含む多種類の物質を、各元素の肥料効果が期待できる割合で施用することは、コストと手間がかかる。また、各元素を含む物質を土壌に施用する場合、物質ごとに比重が異なるため、比重が小さな物質は、降雨量が多い地域や河川の氾濫が多い地域の土壌では流亡してしまう可能性がある。その結果、植物が栽培される一作の期間において、元素ごとのバランスを欠いた条件で植物を栽培しなければならなくなることが懸念される。【００１６】
特に、酸性の土壌では、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂなどの元素が流亡して不足する可能性がある。また、アルミニウムの含有量が高い酸性の土壌では、アルミニウムがイオン化してリン酸と結合する結果リン酸アルミニウムとなり、植物の根によるリン酸吸収が阻害されることも懸念される。【００１７】
降雨量が多い地域や河川の氾濫が多い地域の酸性の土壌、特に、アルミニウムの含有量が高い酸性の土壌で、米、小麦、トウモロコシなどのケイ酸植物を安定に栽培できることは、食糧の安定供給の観点からも極めて重要である。【００１８】
従って、降雨量が多い地域や河川の氾濫が多い地域の酸性の土壌、特に、アルミニウムの含有量が高い酸性の土壌においては、肥料の三要素のうちＰが不足すると考えられ、更に、微量要素のうちＦｅ、Ｍｎ、Ｂなどが不足すると考えられる。【００１９】
また、二次要素のうち、Ｃａ、Ｍｇは、植物の根の生長や光合成に必要な元素である。また、かかるＣａ、Ｍｇは、石灰、苦土としてアルカリ性を示し、肥料分析法等で測定されるアルカリ分の主要な構成元素であり、酸性土壌のｐＨを高めて植物の栽培に適するｐＨへと改良する効果がある元素でもある。【００２０】
また、二次要素のうち、Ｓは、硫黄含有アミノ酸の生合成に必須な元素であり、ニンニク、タマネギ、ネギなどのヒガンバナ科又はユリ科植物の栽培には、特に必要な元素である。ただし、Ｓは、土壌に添加したのち、酸化されて硫酸になり土壌を酸性化させたり、あるいは、硫酸塩還元細菌の作用で還元されて硫化水素になり根腐れの原因になったりし得る元素である。【００２１】
また、Ｓｉは、米、小麦、トウモロコシなどのケイ酸植物を安定に栽培するのに必要な元素であり、食糧の安定供給の観点からも極めて重要である。【００２２】
このように、Ｐ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓ、Ｂという多種類の元素を、降雨量が多い地域や河川の氾濫が多い地域の酸性の土壌であっても、水流による流亡なしに容易かつ低コストで、植物の肥料として供給可能な、肥料及び施肥方法の開発が求められている現状にある。【００２３】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、降雨量が多い地域や河川の氾濫が多い地域の酸性の土壌であっても、水流による流亡なしに容易かつ低コストで、多種類の元素を植物の肥料として供給可能な、肥料原料用製鋼スラグ、肥料原料用製鋼スラグの製造方法、肥料の製造方法及び施肥方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明者等は、上記課題に鑑みて鋭意検討した結果、Ｐ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｓという多種類の元素を供給するために、肥料原料用に特化した製鋼スラグ及びその製造方法と、これら各元素を供給可能な肥料の製造方法及び施肥方法と、を開発し、本発明を完成するに至った。
本発明の要旨は、以下の通りである。【００２５】
［１］質量％で、Ｐ２Ｏ５：２％以上８％以下、ＭｎＯ：３％以上１０％以下、ホウ素：０．００５％以上０．０５％未満、全鉄：７％以上１５％未満、ＣａＯ：３８％以上４８％以下、ＳｉＯ２：２２％以上３０％以下、硫黄：０．１％以上０．６％以下、ＭｇＯ：１％以上８％以下、Ａｌ２Ｏ３：０．５％以上３％以下、を含有し、前記Ｐ２Ｏ５中の可溶性Ｐ２Ｏ５の割合が、５０％以上であり、前記ＭｎＯ中のく溶性ＭｎＯの割合が、８０％以上であり、（ＣａＯ含有量／ＳｉＯ２含有量）で表されるスラグ塩基度が、１．５超過２．２以下であり、かさ比重が、１．９以上２．８以下である、肥料原料用製鋼スラグ。
［２］２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体、及び、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体をそれぞれ含有する、［１］に記載の肥料原料用製鋼スラグ。
［３］前記ホウ素中のく溶性ホウ素の割合が、９５％以上である、［１］又は［２］に記載の肥料原料用製鋼スラグ。
［４］粒径が、全体として５ｍｍ未満であり、かつ、粒径が６００μｍ未満であるものの質量割合が、全質量に対して６０％以上である、［１］〜［３］の何れか一つに記載の肥料原料用製鋼スラグ。
［５］［１］〜［４］の何れか１つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法であって、
転炉型鍋に対し、（炉口から溶銑液面までの長さに対応するフリーボード／炉口から炉内底までの長さに対応する炉内高）で表される空隙比率が０．５以上０．９以下となるように、高炉溶銑を注入し、前記転炉型鍋中の前記高炉溶銑に対して、マンガン鉱石、マンガン含有脱炭スラグ、及び、フェロマンガンの少なくとも何れかを添加し、前記高炉溶銑内に挿入したランスから、前記高炉溶銑に対して、平均粒径が１ｍｍ以下である、生石灰及び／又は炭酸カルシウムと、酸素と、を吹き込み、１３００℃以上１４００℃以下でスラグをフォーミングさせて脱リン処理を行い、（ＣａＯ含有量／ＳｉＯ２含有量）で表されるスラグ塩基度が、１．５超過２．２以下となり、かつ、スラグ中のＭｎＯ含有量が３質量％以上１０質量％以下となるように製造する、肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
［６］前記脱リン処理後の溶融スラグを皿状の耐熱性容器内に注入し、急速冷却することで固化させる、［５］に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
［７］散水を行うことで、前記脱リン処理後の溶融スラグを急速冷却する、［６］に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
［８］前記転炉型鍋を傾けることで、前記脱リン処理後の溶融スラグをスラグ鍋に傾注した後、前記スラグ鍋中の前記溶融スラグを、傾転可能な第１の耐熱性容器へと傾注し、前記第１の耐熱性容器内で散水を行うことで前記溶融スラグを急速冷却して固化させた上で、固化したスラグを破砕し、前記第１の耐熱性容器を傾転させて、固化した前記スラグを第２の耐熱性容器内に滑り落とすことで破砕する、［５］〜［７］の何れか一つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
［９］急速冷却により、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体、及び、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体をそれぞれ形成させる、［５］〜［８］の何れか１つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
［１０］粒径が、全体として５ｍｍ未満であり、かつ、粒径が６００μｍ未満であるものの質量割合が全質量に対して６０％以上となるように、スラグを粉砕する、［５］〜［９］の何れか１つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
［１１］［１］〜［４］の何れか１つに記載の肥料原料用製鋼スラグ、又は、［５］〜［１０］の何れか１つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法で製造された肥料原料用製鋼スラグを粉化する、肥料の製造方法。
［１２］粉化後の前記肥料原料用製鋼スラグに対して所定の結合剤を添加した後、造粒する、［１１］に記載の肥料の製造方法。
［１３］得られた肥料に対し、更に有機物を混合する、［１１］又は［１２］に記載の肥料の製造方法。
［１４］前記有機物は、家畜ふん、植物残渣、及び、魚介類から得られる堆肥の少なくとも何れかである、［１３］に記載の肥料の製造方法。
［１５］［１］〜［４］の何れか１つに記載の肥料原料用製鋼スラグ、［５］〜［１０］の何れか１つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法で製造された肥料原料用製鋼スラグ、又は、［１１］〜［１４］の何れか１つに記載の肥料の製造方法で製造された肥料を含む肥料を、ｐＨ（Ｈ２Ｏ）が４以上６以下であり、（ｐＨ（Ｈ２Ｏ）−ｐＨ（ＫＣｌ））で表される値が１以上であり、かつ、有効態リン酸が５ｍｇ／１００ｇ乾土以下である土壌に対して施肥する、施肥方法。
［１６］前記肥料の施用量が、前記肥料原料用製鋼スラグとして、０．０５ｔ／ｈａ以上２ｔ／ｈａ以下である、［１５］に記載の施肥方法。
［１７］前記肥料を、播種あるいは苗植え前に、作土層表面に撒くか、又は、当該作土層と混合する、［１５］又は［１６］に記載の施肥方法。
［１８］前記肥料を、栽培する植物体の近傍の作土層表面に撒くか、又は、当該作土層中に混合する、［１５］又は［１６］に記載の施肥方法。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように本発明によれば、降雨量が多い地域や河川の氾濫が多い地域の酸性の土壌であっても、水流による流亡なしに容易かつ低コストで、多種類の元素を植物の肥料として供給することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００２８】
（本発明者らが行った検討内容について）
本発明の実施形態について説明するに先立ち、本発明者らが実施した、先だって説明したような肥料及び施肥方法への要請に関する検討結果について、詳細に説明する。
【００２９】
＜特許文献１に開示されている技術に関する検討＞
先だって説明したような要請に関して、上記特許文献１で開示されているケイ酸リン酸肥料用原料は、（ＣａＯ含有量／ＳｉＯ２含有量）で表される塩基度が１．０以上１．４以下という、低めの塩基度であるため、酸性土壌に効果が出にくい。また、上記特許文献１で開示されているケイ酸リン酸肥料用原料は、可溶性ＣａＯの含有量が３０質量％以下と低く、塩基性が弱いため、やはり酸性土壌に効果が出にくい。
【００３０】
更には、上記特許文献１において、Ａｌ２Ｏ３含有量は１０質量％以下である旨が記載されているが、実施例をみると、Ａｌ２Ｏ３含有量は４．８４質量％以上６．３３質量％以下であり、４質量％を超える高い値になっている。Ａｌはリン酸イオンと結合しやすく、かつ、植物のリン吸収を妨げる原因となる物質であるため、より低いＡｌ２Ｏ３含有量が望まれる。
【００３１】
また、上記特許文献１では、ホウ素の含有に関する記載、及び、ホウ素の肥料効果に関する記載は存在しない。
【００３２】
＜特許文献２に開示されている技術に関する検討＞
上記特許文献２では、製鉄プロセスの溶銑予備処理プロセスから得られる製鋼スラグを原料として、鉱さいリン酸肥料を製造する方法が開示されているが、鉱さいリン酸肥料の原料となる製鋼スラグの製造方法に関する記載が存在しない。また、上記特許文献２の実施例から、原料となる製鋼スラグのく溶性リン酸含有量は、２．５６質量％以上２．６２質量％以下であり、鉱さいリン酸肥料の規格となる「く溶性リン酸含有量３質量％以上」という条件を満足できていないことがわかる。また、上記特許文献２には、ホウ素とマンガンの含有に関する記載、及び、ホウ素及びマンガンの肥料効果に関する記載が存在しない。
【００３３】
＜特許文献３に開示されている技術に関する検討＞
上記特許文献３では、リン酸の含有量が１．５質量％以上５質量％以下である旨は記載されているが、そのうち、どれだけの割合が植物に有効に作用できる、可溶性リン酸（ペーテルマンクエン酸アンモニウム液で溶出するリン酸）であるかに関して、記載は存在しない。
【００３４】
特許文献３では、ＣａＯの含有量が２０質量％以上５０質量％以下である旨が記載されている。かかる含有量の理由として、製鉄工程においては、ＣａＯ含有量が２０質量％未満、又は、５０質量％超の製鋼スラグはほとんど発生しないことが示されている。
【００３５】
また、特許文献３では、製鋼スラグからなるスラグ粒が、ＳｉＯ２を１０質量％以上３０質量％以下含有する旨が記載されている。特許文献３では、その理由として、ＳｉＯ２が１０質量％未満である場合、溶出する可給態ケイ酸の量が少なくなるため、水を張った水田の土壌表面で光合成により酸素を発生させる機能を有する珪藻の生育を促進する効果が期待できなくなることが示されている。また、特許文献３では、製鉄工程でＳｉＯ２を３０質量％超含むような製鋼スラグはほとんど発生しないため、入手しづらいことが示されている。
【００３６】
かかる特許文献３には、スラグの塩基度（＝ＣａＯ／ＳｉＯ２）に関する記載が存在しないため、上記のように、ＣａＯの含有量は２０質量％以上５０質量％以下であり、かつ、ＳｉＯ２の含有量は１０質量％以上３０質量％以下であればよいこととなり、スラグの塩基度は、０．６７（ＣａＯ：２０質量％、ＳｉＯ２：３０質量％）から５（ＣａＯ：５０質量％、ＳｉＯ２：１０質量％）までの非常に広い範囲の値をとり得る。スラグの塩基度は、リン、鉄、マンガンなどの肥料有効成分の溶出に強く関係しているため、これら肥料有効元素の溶出に適した塩基度の設定が必要と考えられる。
【００３７】
更に、特許文献３では、製鋼スラグからなるスラグ粒が、ＭｎＯを３．５質量％以上１０質量％以下含有する旨が記載されている。特許文献３では、その理由として、ＭｎＯの含有量が３．５質量％未満である場合には、水田土壌の酸化還元電位を上昇させるのに十分な多価マンガンの溶出が起こらない可能性があることが示されている。ここで、特許文献３で記載されている施用量は、０．５ｔ／ｈａ以上５ｔ／ｈａであり、かかる範囲の施用量において、水田土壌の酸化還元電位を上昇させるのに十分な多価マンガンの溶出がおこることが想定されている。施用量が上記範囲より少ない場合には、より効率的にマンガンが溶出する条件を検討することが必要になると考えられる。
【００３８】
上記のように、特許文献３では、スラグの塩基度に関する記載が存在しないため、特許文献３のＣａＯ含有量及びＳｉＯ２含有量から想定される塩基度０．６７〜５の範囲において、リンやマンガンの効率的な溶出に適した塩基度については、一切検討されていない。
【００３９】
また、特許文献３では、ホウ素に関する記載は存在せず、スラグのどのような組織から、リン、カルシウム、ケイ素、マンガンなどが溶出するのかに関する記載も存在しない。加えて、施用量に関しても０．５ｔ／ｈａ以上５ｔ／ｈａとなっており、多めの施用を必要とするため、肥料にかかるコストとまくための労作に関するコストがかかり、不利である。
【００４０】
＜特許文献４、特許文献５に開示されている技術に関する検討＞
特許文献４及び特許文献５で開示されている溶銑予備処理方法では、一つの転炉型精錬炉を用いて、脱珪処理及び脱リン処理を順に行なうことで、肥料に有効なケイ酸を含有するスラグと、リン酸を含有するスラグとが、分けて回収されることになる。しかしながら、肥料としては、ケイ酸とリン酸とが共に含有されていることが好ましい。また、脱珪処理と脱リン処理とを別々に行うことは、肥料の原料となるスラグを得るという観点からは、手間とコストがかかる。また、特許文献４及び特許文献５では、製造される脱リンスラグの組成について、一切開示されておらず、また、肥料に関する記載も存在しない。従って、これら特許文献４及び特許文献５に開示されているスラグが肥料に適したものであるか否かについては、判断することができない。
【００４１】
また、製造されるスラグの組成を適切に制御するために、本発明者らは、以下で詳述するように、転炉型鍋におけるフリーボード（すなわち、炉口から溶銑液面までの長さ）は重要な条件の一つと考えている。しかしながら、特許文献４では、一つの転炉型精錬炉を用いて、脱珪処理及び脱リン処理を順に行なう際のフリーボードについて、一切開示されていない。また、特許文献５では、脱珪処理のみについてフリーボードの比率の記載があるが、脱リン処理については、フリーボードに関する記載が存在しない。
【００４２】
＜特許文献６に開示されている技術に関する検討＞
特許文献６では、製鉄プロセスの溶銑予備処理工程で珪酸質肥料を製造する方法が開示されており、溶銑予備処理によって生ずる転炉スラグにく溶性リン酸を添加して、く溶性リン酸５質量％以上とする旨が記載されている。また、特許文献６では、元来のスラグのリン酸含有量について、１質量％以上４質量％以下である旨が記載されている。加えて、特許文献６には、ホウ素の含有、及び、ホウ素の肥料効果について、一切記載されていない。また、特許文献６では、スラグ製造の際のフリーボードに関する記載がなく、スラグの排滓による回収方法や冷却方法に関する記載も存在しない。
【００４３】
＜特許文献７に開示されている技術に関する検討＞
特許文献７では、不溶出性のケイ酸のみを含む石炭灰を、溶融した状態のステンレス鋼のスラグと混合することで、ケイ酸の溶出を可能化したケイ酸質肥料が開示されている。しかしながら、かかるケイ酸質肥料は、ステンレス鋼のスラグであるために、クロムを多く含有する。そのため、かかるスラグを原料とする肥料を大量に施用したり、長期間施用したりすると、土壌のクロム含有量が高くなることが懸念される。また、石炭灰を混合する必要があるため、操作増によるコスト増の要因となる。
【００４４】
＜特許文献８に開示されている技術に関する検討＞
特許文献８では、肥料用リン酸含有スラグの製造方法が開示されており、かかる肥料用リン酸含有スラグのリン酸含有量は、１８．３２質量％以上とされている。しかしながら、かかるリン酸含有量は、通常の製鉄プロセスの溶銑予備処理や脱炭処理で製造可能な製鋼スラグのリン酸含有量を大きく逸脱しており、通常の製鉄プロセスの溶銑予備処理や脱炭処理では、製造が不可能である。そのため、かかるスラグを製造するためには特別な工程が必要となり、コスト増の要因となる。
【００４５】
＜特許文献９に開示されている技術に関する検討＞
特許文献９にも、製鉄プロセスから得られるリン酸質肥料原料の製造方法が開示されており、かかるリン酸質肥料原料となるスラグのリン酸含有量は、１５質量％以上とされている。しかしながら、かかるリン酸含有量は、通常の製鉄プロセスの溶銑予備処理や脱炭処理で製造可能な製鋼スラグのリン酸含有量を大きく逸脱しており、通常の製鉄プロセスの溶銑予備処理や脱炭処理では、製造が不可能である。そのため、かかるスラグを製造するためには特別な工程が必要となり、コスト増の要因となる。
【００４６】
以上詳細に説明したように、製鉄プロセスの製鋼スラグを肥料原料として製造する、又は、製鉄プロセスの製鋼スラグを多様なミネラルを供給できる肥料原料として用いる場合には、解決すべき様々な問題点が存在する。
【００４７】
本発明者等は、上記問題点について鋭意検討した結果、Ｐ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｓという多種類の元素を供給するために、肥料原料用に特化した製鋼スラグ及びその製造方法と、これら各元素を供給可能な肥料の製造方法及び施肥方法と、を開発し、より容易かつ低コストで、多種類の元素を植物の肥料として供給することが可能な肥料原料用の製鋼スラグを得ることができた。以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００４８】
（実施形態）
＜一般的な製鋼スラグについて＞
本発明の実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグについて詳細に説明するに先立ち、比較のために、一般的な製鋼スラグについて、簡単に説明する。
【００４９】
一般的に肥料に用いられる製鋼スラグとしては、例えば、鉄鋼製造プロセスの溶銑予備処理工程で副生される製鋼スラグの一種である、脱リンスラグを挙げることができる。なお、脱リンスラグとは、溶銑に含まれるリンを除くために溶銑に脱リン剤として石灰、酸化鉄などを加え、酸素等のガスを吹き込むことにより副生される、リンを含有するスラグであり、製鋼スラグの一種である。
【００５０】
鉄鋼スラグ協会では、代表的な製鋼スラグ（転炉スラグ）の組成を公開しており（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｌｇ．ｊｐ／ｃｈａｒａｃｔｅｒ．ｈｔｍｌ）、その代表的な組成は、以下の通りである。
ＣａＯ：４５．８、ＳｉＯ２：１１．０、全鉄：１７．４、ＭｇＯ：６．５、
Ａｌ２Ｏ３：１．９、Ｓ：０．０６、Ｐ２Ｏ５：１．７、ＭｎＯ：５．３（各質量％）
【００５１】
以下で詳述する、本発明の実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、脱リンスラグの一種であるが、以下で詳述するように、上記のような代表的な製鋼スラグの組成と比較すると、Ｐ２Ｏ５及びＳｉＯ２の含有量が高く、全鉄の含有量が低いことが特徴である。また、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、く溶性ホウ素の含有量についても、上記のような代表的な製鋼スラグの組成と比較して、高いことが特徴である。
【００５２】
＜肥料原料用製鋼スラグについて＞
以下に、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグについて、詳細に説明する。
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、所定量の成分を含有しており、高炉溶銑に対して脱リン処理を行うことによって得られる製鋼スラグであり、Ｃａ、Ｐ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂ、Ｓ、Ａｌ等といった各種の元素を、所定量含有している。
【００５３】
より詳細には、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、質量％で、Ｐ２Ｏ５：２％以上８％以下、ＭｎＯ：３％以上１０％以下、ホウ素：０．００５％以上０．０５％未満、全鉄：７％以上１５％未満、ＣａＯ：３８％以上４８％以下、ＳｉＯ２：２２％以上３０％以下、硫黄：０．１％以上０．６％以下、ＭｇＯ：１％以上８％以下、Ａｌ２Ｏ３：０．５％以上３％以下を含有する。また、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、上記成分以外に、各種の不純物を含有していることもある。
以下、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグが含有する各成分について、詳細に説明する。
【００５４】
［ＣａＯ：３８質量％以上４８質量％以下］
まず、Ｃａについて説明する。
Ｃａは、植物に必須な肥料元素である。肥料や製鋼スラグにおいては、Ｃａの含有量を表記する際には、酸化物のＣａＯに換算して含有量が表記されるため、以下では、ＣａＯとしてＣａの含有量を表わす。
【００５５】
ＣａＯは、アルカリ性を示す化合物であり、酸性土壌の改良に効果を有する。製鋼スラグ中のＣａＯの含有量が３８質量％未満となる場合には、アルカリ性が弱くなるため、鉄過剰症が発生している酸性土壌において、酸性土壌の改良が不十分となり、製鋼スラグに含まれるＦｅが鉄過剰症を増悪させることが懸念される。一方、製鋼スラグ中のＣａＯ含有量が４８質量％を超える場合には、ＣａＯ含有量が高すぎるため、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグに含まれる他の成分である、Ｐ２Ｏ５、ＭｎＯ、ホウ素、全鉄、硫黄、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の含有量との合計を１００％以下とするために、これらの他の成分の含有量のいずれかを所望の値よりも下げなければならなくなるため、好ましくない。また、本実施形態において用いられる製鋼スラグは、大量に安定供給できることが好ましく、通常の製鉄プロセスで生成できるものであることが好ましい。かかる観点からも、本実施形態にかかる肥料原料用製鋼スラグのＣａＯの含有量は、３８質量％以上４８質量％以下とする。ＣａＯの含有量は、好ましくは、３９質量％以上４７質量％以下であり、より好ましくは、４０質量％以上４６質量％以下である。
【００５６】
なお、かかるＣａＯの含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析法により測定可能である。
具体的には、ＣａＯの含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光Ｘ線分析装置により準備した測定サンプルのＣａ由来の蛍光Ｘ線強度を測定する。得られたＣａ由来の蛍光Ｘ線強度と、ＣａＯの含有量と、を用いて、ＣａＯの含有量と蛍光Ｘ線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するＣａＯの含有量が未知の試料について、蛍光Ｘ線分析装置によりＣａ由来の蛍光Ｘ線強度を測定し、得られた蛍光Ｘ線強度と、検量線と、を用いて、ＣａＯの含有量を特定することができる。
【００５７】
ここで、着目する試料は、以下のようにサンプルを採取した上で、以下のような手順で準備し、以下に示す測定条件で蛍光Ｘ線強度を測定する。
すなわち、分析試料を振動ミル（川崎重工業株式会社製  Ｔ−１００型）にセットして、分析試料を粉末状に粉砕する（装置条件：粉砕時間３０秒、１０００ｒｐｍ）。粉砕した試料を、目開き２１２μｍの篩を用いて、振分けを実施する。続いて、白金皿に、四ホウ酸リチウム（融剤）６ｇ、上記目開き（２１２μｍ）の篩を通過した試料０．３ｇ、ヨウ化リチウム（剥離材）耳かきさじ２杯程度を投入し、ビードサンプラーにて１，１５０℃×１０分×３〜４回融解を実施して、ガラスビードを作製する。同様に、標準物質についてもガラスビード状に加工実施する。蛍光Ｘ線分析装置（理学電気工業社製  ＺＳＸ  ＰｒｉｍｕｓＩＩ）にて検量線を作成し、上記目開き（２１２μｍ）の篩を通過した試料の定量及び標準物質による確認分析を実施する。本分析方法は、ＪＩＳ規格「ＪＩＳ  Ｍ  ８２０５」に準拠したものである。
【００５８】
［ＳｉＯ２：２２質量％以上３０質量％以下］
続いて、Ｓｉについて説明する。
Ｓｉは、植物の必須要素ではないものの、稲、小麦、トウモロコシなどの、イネ科のケイ酸植物にとって、非常に重要な元素である。稲の植物体の乾燥質量の約５％をケイ酸（ＳｉＯ２）が占める。肥料や製鋼スラグにおいては、Ｓｉの含有量を表記する際には、酸化物のＳｉＯ２に換算して含有量が表記されるため、以下、ＳｉＯ２としてＳｉの含有量を表わす。
【００５９】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、先だって言及したように、代表的な製鋼スラグの組成と比較して、ＳｉＯ２を多く含有している。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、植物に有効な可給態ケイ酸を多く含むことから、イネ科植物等に対してＳｉを供給するために、有効である。
【００６０】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグのＳｉＯ２の含有量が２２質量％未満である場合には、植物に対し、十分にＳｉを供給できなくなる可能性が高まるため、好ましくない。一方、ＳｉＯ２の含有量が３０質量％を超える場合には、後述する塩基度についての制約からＣａＯ含有量も高くなるため、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグに含まれる他の成分である、ＭｎＯ、ホウ素、全鉄、硫黄、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３の含有量との合計を１００％以下とするために、これら他の成分の含有量のいずれかを所望の値よりも下げなければならなくなるため、好ましくない。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、ＳｉＯ２の含有量は、２２質量％以上３０質量％以下とする。ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは、２３質量％以上２９質量％以下であり、より好ましくは、２４質量％以上２８質量％以下である。
【００６１】
なお、かかるＳｉＯ２の含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析法により測定可能である。
具体的には、ＳｉＯ２の含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光Ｘ線分析装置により準備した測定サンプルのＳｉ由来の蛍光Ｘ線強度を測定する。得られたＳｉ由来の蛍光Ｘ線強度と、ＳｉＯ２の含有量と、を用いて、ＳｉＯ２の含有量と蛍光Ｘ線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するＳｉＯ２の含有量が未知の試料について、蛍光Ｘ線分析装置によりＳｉ由来の蛍光Ｘ線強度を測定し、得られた蛍光Ｘ線強度と、検量線と、を用いて、ＳｉＯ２の含有量を特定することができる。
【００６２】
ここで、着目する試料の準備方法及び蛍光Ｘ線強度の測定条件については、ＣａＯの場合と同様である。
【００６３】
［塩基度（ＣａＯ含有量／ＳｉＯ２含有量）：１．５超過２．２以下］
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、上記のようなＣａＯ含有量及びＳｉＯ２含有量に関する条件を共に満足し、かつ、（ＣａＯ含有量／ＳｉＯ２含有量）で表される塩基度が、１．５超過２．２以下となる。
【００６４】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、ＣａＯの含有量は、３８質量％以上４８質量％以下であるから、ＳｉＯ２の含有量は、塩基度を０．１刻みで考えるとすると、以下のように規定される。
塩基度が１．８の場合：２１質量％以上２７質量％以下
塩基度が１．７の場合：２２質量％以上２８質量％以下
塩基度が１．６の場合：２４質量％以上３０質量％以下
塩基度が１．５の場合：２５質量％以上３２質量％以下
塩基度が１．４の場合：２７質量％以上３４質量％以下
【００６５】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて規定されるＳｉＯ２の含有量（２２質量％以上３０質量％以下）の範囲内になるのは、上記のように、塩基度が１．６〜１．７の範囲内となる場合である。
【００６６】
一方、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、ＳｉＯ２の含有量は、２２質量％以上３０質量％以下であるから、ＣａＯ含有量は、塩基度を０．１刻みで考えるとすると、以下のようになる。
塩基度が２．１の場合：４６質量％以上６３質量％以下
塩基度が２．２の場合：４８質量％以上６６質量％以下
塩基度が２．３の場合：５１質量％以上６９質量％以下
【００６７】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて規定されるＣａＯの含有量（３８質量％以上４８質量％以下）の範囲内に上記の結果が含まれるものは、塩基度が２．１〜２．２の範囲内となる場合である。
【００６８】
従って、１．５超過２．２以下という塩基度は、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、ＣａＯ含有量及びＳｉＯ２含有量に関する条件を満足することが可能な塩基度であると言える。
【００６９】
なお、上記の説明で、塩基度１．４〜１．８付近、及び、塩基度２．１〜２．３付近に着目した理由は、以下の通りである。
【００７０】
スラグの性状を最も特徴づける特性は、塩基性である。ＣａＯは、スラグの塩基性の主因となる成分である。また、実際の製鉄工程において、溶銑予備処理の脱リン処理で得られる製鋼スラグの塩基度の多くは、１．５〜１．８程度であり、入手が容易である。また、ケイ酸、リン酸、マンガン、ホウ素などといった肥料有効成分の溶出をより一層バランスよく実現できるスラグの塩基度が１．５〜１．８付近にあることを、本発明者らは試験検討した結果見出した。このため、上記の説明では、塩基度１．４〜１．８付近に着目した。
【００７１】
一方、上記のように、実際の製鉄工程において、溶銑予備処理の脱リン処理で得られる製鋼スラグの塩基度の多くは、１．５〜１．８程度であるため、塩基度が２以上となる製鋼スラグを製造するためには、ＣａＯの含有量を高くするための操業を行うか、ＳｉＯ２の含有量を低くするための操業を行うこととなる。ここで、ＣａＯの含有量を高くするための操業では、ＣａＯ源として添加される石灰の添加量を増加させることとなるため、費用が掛かる。そのため、ＳｉＯ２の含有量を相対的に低くする操業を行うことで、コストの増加を抑制しながら上記のような製鋼スラグを得ることができる。塩基度が２以上である製鋼スラグを肥料原料として用いることで、より多くのＣａＯを肥料原料用製鋼スラグに含ませることができる。ＣａＯはアルカリ性であり、ｐＨが低い酸性土壌の改良に効果を発揮するため、通常の製鉄工程とは異なる操業を行ったとしても、上記のような塩基度を実現する意義がある。そのため、上記の説明では、塩基度２．１〜２．３付近に着目したのである。
【００７２】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、塩基度が１．５以下である場合には、肥料原料用という観点から考えると、ＣａＯの含有量が相対的に低くなるため、酸性土壌の改良効果が弱くなるため好ましくない。一方、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、塩基度が２．２を超える場合には、肥料原料用という観点から考えると、酸性土壌の改良に必要なＣａＯよりも過多なＣａＯを施肥する可能性があり、ＣａＯ源として添加される石灰のコスト増の原因となるため好ましくない。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、塩基度は、１．５超過２．２以下としたのである。塩基度を１．５超過２．２以下とすることで、肥料原料用という観点で、酸性土壌の適度な改善効果とＣａＯ含有量を高めるために添加する石灰のコストをおさえることが可能となる。塩基度は、好ましくは、１．６以上２．１以下であり、より好ましくは、１．６以上２．０以下である。
【００７３】
また、塩基度を１．５超過２．２以下に調整することで、製造された製鋼スラグ中には、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体、及び、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体が共に形成されやすくなる。また、以下で詳述するように、製鋼スラグの製造過程において、スラグを固化させる際に急冷することで、上記のような２種類の固溶体がより一層形成されやすくなる。これらの固溶体は、以下で詳述するように、ケイ酸のほか、リン酸やマンガンやホウ素の溶出を促進させるため、肥料原料用の製鋼スラグとして、これらの固溶体を共に有していることが好ましい。
【００７４】
［Ｐ２Ｏ５：２質量％以上８質量％以下、可溶性Ｐ２Ｏ５の割合：５０％以上］
次に、Ｐについて説明する。
Ｐは、Ｎ、Ｋとともに植物の必須要素である。Ｐは、遺伝子であるＤＮＡやＲＮＡ、ＡＴＰなどのエネルギー代謝物質、細胞膜の構成物質などに必要な元素である。また、Ｐは、根の生長点に作用し、根の生長に効果がある元素である。Ｐが不足すると、根の生長が抑制される。
【００７５】
肥料や製鋼スラグにおいては、Ｐの含有量を表記する際には、酸化物のＰ２Ｏ５に換算して含有量が表記されるため、以下では、Ｐ２Ｏ５としてＰの含有量を表わす。
【００７６】
酸性であり、かつ、ＡｌやＦｅがイオン化して溶出しやすい条件の土壌では、Ｐは、リン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ４）やリン酸鉄（ＦｅＰＯ４）として不溶化されてしまい、植物の根がＰを含むリン酸イオン（ＰＯ４３−）を吸収できなくなる可能性がある。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、ＣａＯやＭｇＯを含有し、かつ、アルカリ性であるため、酸性土壌を改良して土壌からＡｌやＦｅがイオン化して溶出するのを防ぎながら、かつ、Ｐを、リン酸イオン（ＰＯ４３−）として徐々に溶出することが可能である。
【００７７】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、Ｐは、Ｃａ２ＳｉＯ４−Ｃａ３（ＰＯ４）２の組成で主に存在している。土壌中では、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを含む肥料から、Ｃａ、Ｓｉとともに、Ｐは、ＰＯ４３−として徐々に溶出する。従って、稲など作物の一作に当たる数か月レベルの長期間において、ＡｌやＦｅにより不溶化されることなく、植物に対し、Ｐを徐々に供給することが可能である。
【００７８】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、Ｐ２Ｏ５の含有量が２質量％未満である場合には、上記のような効果を確実に実現することができない。そのため、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、Ｐ２Ｏ５の含有量は、２質量％以上とする。
【００７９】
一方、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、Ｐ２Ｏ５の含有量が８質量％を超える場合には、肥料原料用という観点から鑑みると、土壌にＰ２Ｏ５が、他の肥料三大要素である窒素及びカリウムとのバランスを欠いて過多に供給される可能性があり、好ましくない。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、Ｐ２Ｏ５の含有量は、８質量％以下とする。
【００８０】
なお、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、Ｐ２Ｏ５の含有量は、好ましくは、３質量％以上８質量％以下であり、より好ましくは、３質量％以上６質量％以下である。
【００８１】
肥料取締法では、鉱さいリン酸肥料として、く溶性Ｐ２Ｏ５の含有量を３質量％以上と定めている。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、必ずしも鉱さいリン酸肥料の規格を満たすものではないが、上記の理由から、Ｐの肥料効果が期待できる。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、Ｐ２Ｏ５の含有量が２質量％以上となることで、く溶性Ｐ２Ｏ５の含有量は、おおよそ１．０質量％以上に相当する。
【００８２】
一方、２％クエン酸水溶液で溶出するく溶性Ｐ２Ｏ５よりは、中性のクエン酸アンモニウム水溶液（ペーテルマンクエン酸アンモニウム液）で溶出する可溶性Ｐ２Ｏ５の方が、実際に植物が根から吸収できるＰ２Ｏ５に関して、より適した値になることが知られている。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、スラグの組成と組織制御により、スラグに含まれるＰ２Ｏ５のうち、可溶性Ｐ２Ｏ５の割合を５０％以上に高めることに成功したものである。すなわち、以下で詳述するような肥料原料用製鋼スラグの製造方法に則して、肥料原料用製鋼スラグを製造することで、スラグに含まれるＰ２Ｏ５中の可溶性Ｐ２Ｏ５の質量割合を、５０％以上とすることができる。スラグに含まれるＰ２Ｏ５中の可溶性Ｐ２Ｏ５の質量割合の上限値は、特に規定するものではなく、高ければ高いほど良いが、実際に製鋼スラグ試料を数多く作製して分析した結果から鑑みて１００％とすることはできず、上限値は、約８５％程度である。スラグに含まれるＰ２Ｏ５中の可溶性Ｐ２Ｏ５の質量割合は、好ましくは６０％以上であり、より好ましくは７０％以上である。
【００８３】
なお、Ｐ２Ｏ５の含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析法により測定可能である。
具体的には、Ｐの含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光Ｘ線分析装置により準備した測定サンプルのＰ由来の蛍光Ｘ線強度を測定する。得られたＰ由来の蛍光Ｘ線強度と、Ｐの含有量から算出したＰ２Ｏ５の換算量と、を用いて、Ｐ２Ｏ５の換算量と蛍光Ｘ線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するＰの含有量が未知の試料について、蛍光Ｘ線分析装置によりＰ由来の蛍光Ｘ線強度を測定し、得られた蛍光Ｘ線強度と、検量線と、を用いて、Ｐ２Ｏ５の含有量を特定することができる。
【００８４】
ここで、着目する試料の準備方法及び蛍光Ｘ線強度の測定条件については、ＣａＯの場合と同様である。
【００８５】
また、可溶性Ｐ２Ｏ５の含有量は、ペーテルマンクエン酸アンモニウム液を用いた、バナドモリブデン酸アンモニウム吸光光度法により測定可能である。測定したＰ２Ｏ５の含有量及び可溶性Ｐ２Ｏ５の含有量を用いて、Ｐ２Ｏ５中の可溶性Ｐ２Ｏ５の質量割合を算出することができる。
【００８６】
［ＭｇＯ：１質量％以上８質量％以下］
続いて、Ｍｇについて説明する。
Ｍｇは、植物にとって必要な元素であり、二次要素とされている。
【００８７】
一般に、製鋼スラグのＭｇＯ含有量は、ＣａＯ含有量よりかなり低い値となる。製鋼スラグに含まれるＭｇは、主に焼結工程での添加や転炉の炉壁の耐火レンガから溶出するＭｇに起因する。肥料や製鋼スラグにおいては、Ｍｇの含有量を表記する際には、酸化物のＭｇＯに換算して含有量が表記されるため、以下、ＭｇＯとしてＭｇの含有量を表わす。
【００８８】
ＭｇＯはアルカリ性であり、ＣａＯとともに酸性土壌の改良に効果を有する。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、ＭｇＯの含有量が１質量％未満となる場合には、上記のような酸性土壌の改良効果を奏することができない。一方、肥料原料用という観点から鑑みると、理想的な石灰／苦土比は２．５〜６程度とされている。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグでは、ＣａＯ含有量が３８％〜４８％と高いため、上記の石灰／苦土比を満足するためには、例えば、石灰／苦土比が最大の６の場合であっても、苦土含有量は６．３％〜８％となる。しかしながら、実際の製鉄プロセスにおいてＭｇＯ源を追加して添加することでもしない限り、ＭｇＯ含有量を８質量％を超えるようにすることは困難である。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、ＭｇＯ含有量は、１質量％以上８質量％以下とする。ＭｇＯの含有量は、好ましくは、２質量％以上８質量％以下であり、より好ましくは、３質量％以上８質量％以下である。
【００８９】
なお、ＭｇＯの含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析法により測定可能である。
具体的には、Ｍｇの含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光Ｘ線分析装置により準備した測定サンプルのＭｇ由来の蛍光Ｘ線強度を測定する。得られたＭｇ由来の蛍光Ｘ線強度と、Ｍｇの含有量から算出したＭｇＯの換算量と、を用いて、ＭｇＯの換算量と蛍光Ｘ線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するＭｇの含有量が未知の試料について、蛍光Ｘ線分析装置によりＭｇ由来の蛍光Ｘ線強度を測定し、得られた蛍光Ｘ線強度と、検量線と、を用いて、ＭｇＯの含有量を特定することができる。
【００９０】
ここで、着目する試料の準備方法及び蛍光Ｘ線強度の測定条件については、ＣａＯの場合と同様である。
【００９１】
［全鉄：７質量％以上１５質量％未満］
続いて、Ｆｅについて説明する。
Ｆｅは、植物に必要な微量要素であり、特殊肥料として含鉄物が使われている。しかしながら、酸性の土壌において、Ｆｅは植物に鉄過剰症を発生させる可能性があるため、植物に有害になり得る元素でもある。
【００９２】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、ＣａＯを３８質量％以上４８質量％以下で含有し、かつ、ＭｇＯを１質量％以上８質量％以下で含有することから、アルカリ性であり、かつ、後述するように全鉄を７質量％以上１５質量％未満と相対的に低い含有量に抑えているため、酸性土壌での鉄過剰症の心配がある土壌であっても、微量要素としてのＦｅを植物に供給することが可能である。
【００９３】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを含む肥料の特徴として、かさ比重が大きいために雨水で流亡せず、残留して長期間肥料効果のある各元素を溶出可能であるという特徴がある。Ｆｅは、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを含む肥料のかさ比重を高めるためにも、重要な元素である。
【００９４】
Ｆｅは、各種の製鋼スラグにおいて、不可避的に含有される元素である。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、全鉄の含有量が７質量％未満となる場合にはかさ比重が小さくなり、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを含む肥料が雨水で流亡する可能性が高くなる。一方、全鉄の含有量が１５質量％以上となると、酸性土壌において植物に鉄過剰症を発生させる可能性が高まるため、好ましくない。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグの全鉄の含有量は、７質量％以上１５質量％未満とする。全鉄の含有量は、好ましくは、８質量％以上１４質量％以下であり、より好ましくは、９質量％以上１３質量％以下である。
【００９５】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグをＸ線回折装置により分析すると、ＦｅＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系に帰属される鉱物のピークが観測される。一方で、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを水に長期間浸漬した後に組織を電子線マイクロアナライザ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＥＰＭＡ）により観察すると、ＦｅとＭｎが重なって存在する部分に濃度低下の痕跡が見られる。このことから、ＭｎＯとＦｅＯが固溶しあったＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体が形成されると、Ｆｅと共に土壌中へのＭｎの溶出がより促進されると考えられる。このようなＦｅの酸化状態は、以下で詳述するような肥料原料用製鋼スラグの製造方法に則して、肥料原料用製鋼スラグを製造することで、実現される。なお、本実施形態における固溶体の名称は、主な化学成分を明示したのであり、その性質上、明示されていない成分も含みうる。例えば、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体には、ＭｇＯが固溶するものも含まれる。
【００９６】
なお、以下で詳述するような肥料原料用製鋼スラグの製造方法に則して、肥料原料用製鋼スラグを製造することで、製造された肥料原料用製鋼スラグは、一般的な転炉工程で製造される製鋼スラグと比較して、全鉄の含有量が相対的に低くなり、上記のような含有量の範囲が実現されるとともに、上記のようなＦｅの酸化状態が実現される。
【００９７】
なお、全鉄の含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析法で測定可能である。
具体的には、全鉄の含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光Ｘ線分析装置により準備した測定サンプルのＦｅ由来の蛍光Ｘ線強度を測定する。得られたＦｅ由来の蛍光Ｘ線強度と、全鉄の含有量と、を用いて、全鉄の含有量と蛍光Ｘ線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目する全鉄の含有量が未知の試料について、蛍光Ｘ線分析装置によりＦｅ由来の蛍光Ｘ線強度を測定し、得られた蛍光Ｘ線強度と、検量線と、を用いて、全鉄の含有量を特定することができる。
【００９８】
ここで、着目する試料の準備方法及び蛍光Ｘ線強度の測定条件については、ＣａＯの場合と同様である。
【００９９】
［ＭｎＯ：３質量％以上１０質量％以下、く溶性マンガンの割合：８０％以上］
続いて、Ｍｎについて説明する。
Ｍｎも、微量要素として植物への肥料効果がある元素である。肥料や製鋼スラグにおいては、Ｍｎの含有量を表記する際には、酸化物のＭｎＯに換算して含有量が表記されるため、以下、ＭｎＯとしてＭｎの含有量を表わす。
【０１００】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、ＭｎＯの含有量が３質量％未満となる場合には、ＭｎＯの含有量が少ないために、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを含む肥料からのＭｎの溶出が十分ではなくなり、Ｍｎの肥料効果が発揮できなくなる。一方、ＭｎＯの含有量が１０質量％を超える場合には、特に酸性土壌において、植物にマンガン過剰症を発生させる原因となるため、好ましくない。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、ＭｎＯの含有量は、３質量％以上１０質量％以下とする。ＭｎＯの含有量は、好ましくは、４質量％以上９質量％以下であり、より好ましくは、５質量％以上８質量％以下である。
【０１０１】
また、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグ中に、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体、及び、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体を共に形成させることで、上記のようなＭｎの溶出がより促進されるほか、ケイ酸やリン酸やホウ素の溶出を促進することが可能となる。
【０１０２】
植物は、根から有機酸を分泌することが知られており、２％クエン酸水溶液に溶出するマンガンであるく溶性マンガンを、植物が利用可能なマンガンとみなすことが、一つの指標となる。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、組成や組織制御により、製鋼スラグに含まれるＭｎＯのうち、８０％以上をく溶性ＭｎＯとすることに成功している。すなわち、以下で詳述するような肥料原料用製鋼スラグの製造方法に則して、肥料原料用製鋼スラグを製造することで、スラグに含まれるＭｎＯ中のく溶性ＭｎＯの質量割合を、８０％以上とすることができる。スラグに含まれるＭｎＯ中のく溶性ＭｎＯの質量割合の上限値は、特に規定するものではなく、高ければ高いほど良いが、実際に製鋼スラグ試料を数多く作製して分析した結果から鑑みて１００％とすることはできず、上限値は、約９５％程度である。スラグに含まれるＭｎＯ中のく溶性ＭｎＯの質量割合は、好ましくは８５％以上であり、より好ましくは９０％以上である。
【０１０３】
なお、ＭｎＯの含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析法で測定可能である。
具体的には、Ｍｎの含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光Ｘ線分析装置により準備した測定サンプルのＭｎ由来の蛍光Ｘ線強度を測定する。得られたＭｎ由来の蛍光Ｘ線強度と、Ｍｎの含有量から算出したＭｎＯの換算量と、を用いて、ＭｎＯの換算量と蛍光Ｘ線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するＭｎの含有量が未知の試料について、蛍光Ｘ線分析装置によりＭｎ由来の蛍光Ｘ線強度を測定し、得られた蛍光Ｘ線強度と、検量線と、を用いて、ＭｎＯの含有量を特定することができる。
【０１０４】
ここで、着目する試料の準備方法及び蛍光Ｘ線強度の測定条件については、ＣａＯの場合と同様である。
【０１０５】
また、く溶性ＭｎＯの含有量は、２％クエン酸水溶液を用いた溶出とフレーム原子吸光法という、独立行政法人  農林水産消費安全技術センター（Ｆｏｏｄ  ａｎｄ  Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒ：ＦＡＭＩＣ）により規定された肥料等試験法（２０１６）に記載されている方法を用いることで、測定可能である。測定したＭｎＯの含有量及びく溶性ＭｎＯの含有量を用いて、ＭｎＯ中のく溶性ＭｎＯの質量割合を算出することができる。
【０１０６】
［ホウ素：０．００５質量％以上０．０５質量％未満、く溶性ホウ素の割合：９５％以上］
続いて、ホウ素について説明する。
ホウ素は、植物に必要な微量要素であり、ホウ素が欠乏すると、植物にホウ素欠乏症が起きることが知られている。ホウ素は、植物の細胞壁の合成に必要な元素である。
【０１０７】
一方、土壌のホウ素含有量が５ｍｇ／ｋｇを超える場合、植物にホウ素過剰症が起こる可能性があることが知られている。５ｍｇ／ｋｇというホウ素含有量は、非常に低い値である。市販されているホウ素を含有する肥料として、例えば、ホウ酸塩肥料（く溶性ホウ素３５％以上）、熔成ホウ素肥料（く溶性ホウ素２４％程度）、熔成微量要素複合肥料（ＦＴＥ）（く溶性ホウ素５〜９％）があるが、いずれも多量のホウ素を含むため、これら肥料の過剰な使用によってホウ素過剰症が起こることが懸念される。これら市販の肥料を土壌に施用して土壌のホウ素含有量を５ｍｇ／ｋｇ以下にすることは、容易ではない。
【０１０８】
例えば、ホウ素含有量５％の肥料を土壌１ｋｇに施用する場合、土壌にホウ素が含有されていなかったとして、土壌のホウ素含有量を５ｍｇ／ｋｇ以下とするには１００ｍｇ以下という少量の肥料を均一になるように土壌と混合して施用する必要がある。そのため、一般的な施用量では、ホウ素が過剰に施用される懸念が大きい。これら多量のホウ素を含む肥料を少量用いて均一に施用するためには水に溶解あるいは分散させて施用することも考えられるが、従来の肥料では雨水等により、流亡しやすいことが考えられる。従って、土壌にホウ素を最適に供給するためには、ホウ素の含有量が低く、かつ、流亡しないタイプの肥料が好ましいと考えられる。
【０１０９】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、ホウ素の含有量が０．００５質量％（＝５０ｍｇ／ｋｇ）未満である場合、土壌に対して本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを含む肥料を施用しても、ホウ素の供給量が少ないため、植物に対するホウ素の肥料効果を発揮できない。一方、ホウ素の含有量が０．０５質量％以上となるような製鋼スラグは、通常の製鉄プロセスにおいては得られず、ホウ素含有量を高めるために敢えてホウ砂などのホウ素源を追加添加することは、コスト増要因になるため好ましくない。また、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、含有ホウ素中のく溶性ホウ素の割合が従来のホウ素系肥料に比べて非常に高いため、ホウ素含有量が０．０５質量％未満であっても、従来のホウ素系肥料と同程度のホウ素供給能がある。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、ホウ素の含有量は、０．００５質量％以上０．０５質量％未満とする。ホウ素の含有量は、好ましくは、０．０１質量％以上０．０５質量％以下であり、より好ましくは、０．０２質量％以上０．０５質量％以下である。
【０１１０】
上記のように、植物は、根から有機酸を分泌することが知られており、２％クエン酸水溶液に溶出するホウ素であるく溶性ホウ素を、植物が利用可能なホウ素とみなすことが、一つの指標となる。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、ＣａＯとＳｉＯ２の含有量の比である塩基度を１．５超過２．２以下とし、溶融スラグ生成時の温度とスラグ固化時の冷却方法とを工夫することで組織制御を行い、ホウ素を例えば、ＳｉＯ２の化合物中のＳｉＯ２の一部分をＢ２Ｏ３で置き換えた化合物などとして生成させることで、土壌中で溶けやすい形態のホウ素を含ませることに成功し、製鋼スラグに含まれるホウ素のうち９５％以上を、く溶性ホウ素とすることができた。すなわち、以下で詳述するような肥料原料用製鋼スラグの製造方法に則して、肥料原料用製鋼スラグを製造することで、スラグに含まれるホウ素中のく溶性ホウ素の質量割合を、９５％以上とすることができる。く溶性ホウ素の割合を高めたことで、肥料原料用製鋼スラグに含まれるホウ素の含有量が低いにも関わらず、高い施肥効果が得ることができる。
【０１１１】
なお、ホウ素の含有量は、例えば、ＩＣＰ発光分析法により測定可能である。
具体的には、試料０．５ｇと試薬（炭酸ナトリウム２ｇ、過酸化ナトリウム３ｇ）をＮｉ坩堝にいれて、アルカリ融解（バーナー加熱）を実施する。アルカリ融解後のＮｉ坩堝をビーカーに入れ、水と塩酸（１：９）を入れてＮｉ坩堝内容物が溶けたら、Ｎｉ坩堝を取り出し、ビーカーを加熱して、試料を溶解させる。得られた溶解試料を高周波誘導結合プラズマ中（装置：日立ハイテクサイエンス  ＳＰＳ３１００）に導入し、ホウ素による発光を波長２４９．７５３ｎｍで測定して、ホウ素を定量する。本分析方法は、ＪＩＳ  Ａ  ５０１１−３  附属書Ａ  に準拠した方法である。
【０１１２】
また、く溶性ホウ素の含有量は、２％クエン酸水溶液を用いた溶出とアゾメチンＨ法という、独立行政法人  農林水産消費安全技術センター（Ｆｏｏｄ  ａｎｄ  Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒ：ＦＡＭＩＣ）により規定された肥料等試験法（２０１６）に記載されている方法を用いることで、測定可能である。測定したホウ素の含有量及びく溶性ホウ素の含有量を用いて、ホウ素中におけるく溶性ホウ素の質量割合を算出することができる。
【０１１３】
［硫黄：０．１質量％〜０．６質量％］
続いて、硫黄について説明する。
硫黄は、システイン、メチオニンなど、含硫黄アミノ酸の生合成、更には、タンパク質の生合成に必要な元素であり、ネギ、タマネギ、ニンニクなどの生育には欠かせない元素である。
【０１１４】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグの硫黄含有量が０．１質量％未満である場合、土壌に本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを用いた肥料を施用したとしても、硫黄の供給量が少ないために、植物に対する硫黄の肥料効果を発揮できない可能性がある。一方、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグの硫黄含有量が０．６質量％を超える場合、肥料から供給される硫黄が原因となって土壌で硫化水素が発生し、根を腐らせるなどの問題が生じる可能性がある。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグの硫黄含有量は、０．１質量％以上０．６質量％以下とする。硫黄の含有量は、好ましくは、０．２質量％以上０．６質量％以下であり、より好ましくは、０．３質量％以上０．６質量％以下である。
【０１１５】
なお、かかる硫黄の含有量は、例えば、アルカリ融解とＩＣＰ発光分析法により測定可能である。
具体的には、試料０．５ｇと試薬（炭酸ナトリウム２ｇ、過酸化ナトリウム３ｇ）をＮｉ坩堝にいれて、アルカリ融解（バーナー加熱）を実施する。アルカリ融解後のＮｉ坩堝をビーカーに入れ、水と塩酸（１：９）を入れてＮｉ坩堝内容物が溶けたら、Ｎｉ坩堝を取り出し、ビーカーを加熱して試料を溶解させる。得られた溶解試料を高周波誘導結合プラズマ中（装置日立ハイテクサイエンス  ＳＰＳ３１００）に導入し、硫黄による発光を波長１８２．０３６ｎｍで測定して、硫黄を定量する。本分析方法は、ＪＩＳ  Ａ  ５０１１−３  附属書Ａ  に準拠した方法である。
【０１１６】
［Ａｌ２Ｏ３：０．５質量％以上３質量％以下］
続いて、Ａｌについて説明する。
肥料や製鋼スラグにおいては、Ａｌの含有量を表記する際には、酸化物のＡｌ２Ｏ３に換算して含有量が表記されるため、以下、Ａｌ２Ｏ３としてＡｌの含有量を表わす。
【０１１７】
Ａｌは、酸性土壌中でアルミニウムイオンＡｌ３＋となり、リン酸イオンＰＯ４３−と結合してしまうため、植物の根がＰを吸収するのを抑制する作用がある。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおけるＡｌ２Ｏ３の含有量は、なるべく低いことが好ましい。
【０１１８】
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグのＡｌ２Ｏ３の含有量が３質量％を超える場合には、上記のような理由により、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを含む肥料からのＰの溶出を抑制してしまう。一方、高炉溶銑に対して脱リン処理を施す場合、スラグ中にはＡｌ２Ｏ３が不可避的に混入してしまうため、Ａｌ２Ｏ３の含有量を０．５質量％以下とすることは困難である。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、０．５質量％以上３質量％以下とする。Ａｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは、０．５質量％以上２．５質量％以下であり、より好ましくは、０．５質量％以上２質量％以下である。
【０１１９】
なお、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、例えば、蛍光Ｘ線分析法により測定可能である。
具体的には、Ａｌの含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光Ｘ線分析装置により準備した測定サンプルのＡｌ由来の蛍光Ｘ線強度を測定する。得られたＡｌ由来の蛍光Ｘ線強度と、Ａｌの含有量から算出したＡｌ２Ｏ３の換算量と、を用いて、Ａｌ２Ｏ３の換算量と蛍光Ｘ線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するＡｌの含有量が未知の試料について、蛍光Ｘ線分析装置によりＡｌ由来の蛍光Ｘ線強度を測定し、得られた蛍光Ｘ線強度と、検量線と、を用いて、Ａｌ２Ｏ３の含有量を特定することができる。
【０１２０】
ここで、着目する試料の準備方法及び蛍光Ｘ線強度の測定条件については、ＣａＯの場合と同様である。
【０１２１】
［かさ比重：１．９以上２．８以下］
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、上記のような組成を有することで、そのかさ比重（より詳細には、ゆるめかさ比重）が１．９以上２．８以下となる。かさ比重が１．９未満である場合には、多量の降雨によって、肥料が流亡する可能性が高まるため、好ましくない。一方、かさ比重が２．８を超える場合には、肥料の取扱者が重量感を感じるようになり、好ましくない。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグのかさ比重は、好ましくは、２．０以上２．７以下であり、より好ましくは、２．１以上２．６以下である。
【０１２２】
なお、肥料原料用製鋼スラグのかさ比重は、例えば、以下のような方法で測定することが可能である。すなわち、一定容積内に軽く充填した質量を、容積で除した値として、かさ比重（ゆるめかさ比重）を求めることができる。ここで、測定に用いるスラグは、ＪＩＳ  Ａ５０１５に規定されるＭＳ−２５相当粒度とし、ＪＩＳ  Ａ１１０４に準拠して単位容積質量（＝かさ比重）を測定する。
【０１２３】
［肥料原料用製鋼スラグの組織について］
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、その組織として、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体、及び、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体を共に含有することが好ましい。これらの固溶体は、以下で説明するように、肥料原料用製鋼スラグの製造時において溶融状態にあるスラグを固化させる際に、スラグを急冷することで、より効率良く形成させることが可能となる。
【０１２４】
土壌中において、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体からは、カルシウム及びケイ酸に加えて、リン酸がより効率的に溶出する。また、土壌中において、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体からは、鉄及びマンガンがより効率的に溶出する。従って、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグが、その組織として、これら固溶体を共に含有することで、より効率的に、土壌中にカルシウム、ケイ酸、リン酸、鉄、マンガンといった肥料効果を有する元素を、溶出させることが可能となる。また、以下で説明するような製造方法を経て製造される肥料原料用製鋼スラグでは、理由は定かではないが、これら固溶体中のＳｉＯ２の一部分がＢ２Ｏ３で置換されやすいため、これら固溶体を共に含有することで、ホウ素についても溶出させることが可能となる。
【０１２５】
なお、上記２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体、及び、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体は、以下に示すような方法により、存在を確認することが可能である。
【０１２６】
例えば、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを粉末にしたうえで、一般的なＸ線回折装置（例えばリガク製  Ｘ線回折装置ＳｍａｒｔＬａｂ）により、Ｘ線源はＣｏ−Ｋα（λ＝１．７９０２Å）とし、Ｘ線源負荷電力（管電圧／管電流）は５．４ｋＷ（４０ｋＶ／１３５ｍＡ）とし、検出器はシンチレーションカウンターとし、スキャン速度１．５°／ｍｉｎで、集中法（θ−２θ測定）によりＸ線回折を実施して、２ＣａＯ・ＳｉＯ２結晶及びＦｅＯ・ＣａＯ・ＳｉＯ２結晶等を確認する。また、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグをエポキシ樹脂等の公知の樹脂に包埋した後、研削及び研磨して、かかる肥料原料用製鋼スラグの平滑断面を露出させ、一般的なＥＰＭＡ装置（例えば日本電子製  ＪＸＡ−８１００型）を用いて、加速電圧１５ｋＶで断面上に観察されるスラグ組織の各元素分布をマッピングする。また、直径１００μｍの測定領域に絞ってＣａ、Ｓｉ、Ｏ、Ｐが共に観察されるスラグ組織、及び、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｏが共に観察されるスラグ組織で各元素のＥＰＭＡでのカウントをＺＡＦ法により解析、半定量することで、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体、あるいは、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体が存在していることを確認できる。
【０１２７】
［肥料原料用製鋼スラグの粒径について］
本実施形態では、以上説明したような肥料原料用製鋼スラグを粉砕等により適切な粒径に調整することで、肥料の原料として好適に用いることが可能である。かかる肥料原料用製鋼スラグの粉砕には、例えば、ジョークラッシャー、ハンマークラッシャー、ロッドミル、ボールミル、ロールミル、ローラーミルなどの公知の手段を用いることができる。
【０１２８】
上記のような粉砕方法により、肥料原料用製鋼スラグは、粒径５ｍｍ未満となることが好ましく、粒径６００μｍ未満となることが更に好ましい。なお、これらの粒径は、ＪＩＳ  Ｚ８８０１に規定された篩を用いた、篩分け法による粒径である。肥料原料用製鋼スラグの粒径が５ｍｍ以上となる場合には、肥料原料用製鋼スラグの比表面積が小さくなりすぎて、各肥料効果元素の溶出効率が低くなる可能性がある。また、肥料原料用製鋼スラグの粒径が６００μｍ未満となることで、肥料原料用製鋼スラグの比表面積がより大きなものとなり、各肥料効果元素の溶出効率をより高めることが可能となる。
【０１２９】
また、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグにおいて、粒径が６００μｍ未満となるものの質量割合は、全質量に対して６０％以上となることが好ましい。粒径が６００μｍ未満となるものの質量割合が６０％以上となることで、各肥料効果元素の溶出効率をより一層高めることが可能となる。粒径が６００μｍ未満となるものの質量割合は、より好ましくは、８０％以上である。
【０１３０】
以上、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグについて、詳細に説明した。
【０１３１】
＜肥料原料用製鋼スラグの製造方法について＞
続いて、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグの製造方法について、詳細に説明する。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、高炉溶銑に対して、以下で説明するような特定の脱リン処理を行うことで、製造される。
【０１３２】
以上説明したような、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、（１）転炉型鍋に対し、（炉口から溶銑液面までの長さに対応するフリーボード／炉口から炉内底までの長さに対応する炉内高）で表される空隙比率が０．５以上０．９以下となるように、高炉溶銑を注入し、（２）転炉型鍋中の高炉溶銑に対して、マンガン鉱石、マンガン含有脱炭スラグ、及び、フェロマンガンの少なくとも何れかを添加し、（３）高炉溶銑内に挿入したランスから高炉溶銑に対して、平均粒径が１ｍｍ以下の生石灰及び／又は炭酸カルシウムと、酸素と、を吹き込み、１３００℃以上１４００℃以下でスラグをフォーミングさせて脱リン処理を行うことで製造される。この際、（ＣａＯ含有量／ＳｉＯ２含有量）で表されるスラグ塩基度が、１．５超過２．２以下となり、かつ、スラグ中のＭｎＯ含有量が３質量％以上１０質量％以下となるように製造される。
【０１３３】
［１：高炉溶銑注入工程］
上記（１）に示した高炉溶銑注入工程は、生成された高炉溶銑を転炉型鍋に注入する工程である。高炉溶銑を、転炉型鍋に注入する際に、（フリーボード／炉内高）で表される空隙比率が０．５未満である場合には、フリーボードが小さくなりすぎる結果、溶銑液面の上方に存在する空隙が狭くなりすぎてしまうため、高炉溶銑を十分にフォーミングさせることが困難となり、十分に脱リン反応を進行させることができなくなるため好ましくない。一方、（フリーボード／炉内高）で表される空隙比率が０．９を超える場合には、脱リンする溶銑の量が少なくなり非効率となるため好ましくなく、また、転炉型鍋の中にわずかしか高炉溶銑が注入されていないことになるため、操業効率が低下し生産性が低下してしまう。（フリーボード／炉内高）で表される空隙比率は、好ましくは、０．５以上０．８以下であり、より好ましくは、０．６以上０．８以下である。
【０１３４】
［２：添加材投入工程］
上記（２）に示した添加材投入工程は、転炉型鍋中の高炉溶銑に対して、マンガン鉱石、マンガン含有脱炭スラグ、及び、フェロマンガンの少なくとも何れかを、所望のスラグ中ＭｎＯ含有量（すなわち、スラグ中ＭｎＯ含有量３質量％以上１０質量％以下）となるように投入する工程である。ここで、上記の添加材のうち、どの添加材をどのような分量で投入するかについては、特に限定されるものではなく、所望のスラグ中ＭｎＯ含有量に応じて、適宜決定すればよい。
【０１３５】
［３：脱リン処理工程］
上記（３）に示した脱リン処理工程は、ＭｎＯ含有量が調整された高炉溶銑に対して、カルシウム源及び酸素を吹き込み、所定の温度でスラグをフォーミングさせることで、高炉溶銑の脱リン処理を行う工程である。
【０１３６】
ここで、脱リン処理に用いるカルシウム源としては、平均粒径が１ｍｍ以下である、生石灰及び炭酸カルシウムの少なくとも何れかを用いる。なお、平均粒径が１ｍｍ以下の生石灰、及び、炭酸カルシウムは、ＪＩＳ  Ｚ８８０１に規定された工業用篩を用いて得ることができる。カルシウム源として生石灰を用いる場合に、その平均粒径が１ｍｍを超える場合には、未反応の生石灰が残る可能性があるため好ましくない。また、生石灰、及び、炭酸カルシウムの平均粒径が１ｍｍを超える場合、吹き込みによりランスを傷つけ、ランスの寿命を短くする可能性があり、好ましくない。ここで、生石灰及び炭酸カルシウムの平均粒径は、ＪＩＳ  Ｚ８８０１に規定された工業用篩を通過する粒度分布における積算質量％値が５０％の粒径を意味する。かかるカルシウム源の吹き込み量は、脱リン処理工程の終了時に所望の塩基度（すなわち、１．５超過２．２以下）となるような量とする。
【０１３７】
また、フォーミング時のスラグの温度は、１３００℃以上１４００℃以下とする。スラグの温度が１３００℃未満である場合には、脱リン反応が進行しないため好ましくない。一方、スラグの温度が１４００℃を超える場合には、リンが溶鋼に溶け戻る復リンの可能性があるため好ましくない。フォーミング時のスラグの温度は、好ましくは、１３１０℃以上１３９０℃以下であり、より好ましくは、１３２０℃以上１３８０℃以下である。なお、スラグの温度は、熱電対あるいは光高温計を用いて測定することができる。
【０１３８】
上記のような脱リン処理は、スラグ塩基度が、１．５超過２．２以下となり、かつ、スラグ中のＭｎＯ含有量が３質量％以上１０質量％以下となるように実施され、スラグ塩基度及びＭｎＯ含有量が上記のような範囲内となった時点で、脱リン処理は終了する。
【０１３９】
以上のような脱リン処理が実施されることで、製造された製鋼スラグの成分は、先だって説明したような特性を有するようになり、その比重も、上述の範囲内となる。
【０１４０】
以上説明した脱リン処理工程の後には、以下で説明するような（４）スラグ固化工程と、（５）スラグ粉砕工程と、が実施されることが好ましい。
【０１４１】
［４：スラグ固化工程］
上記（４）に示したスラグ固化工程は、脱リン処理後の溶融スラグを所定の方法により固化させる工程である。
【０１４２】
かかるスラグ固化工程は、例えば、脱リン処理後の溶融スラグを皿状の耐熱性容器内に注入し、急速冷却することで固化させる工程であってもよい。この際、より効果的に溶融スラグを冷却するために、溶融スラグは、皿状の耐熱性容器内に薄く広げられることが好ましく、また、薄く広げられた溶融スラグに対して散水を行うことで、溶融スラグを急速冷却（急冷）することが好ましい。
【０１４３】
また、上記の方法以外にも、スラグ固化工程として、以下のような方法を採用することも可能である。
すなわち、（ａ）転炉型鍋を傾けることで、脱リン処理後の溶融スラグをスラグ鍋に傾注した後、スラグ鍋中の前記溶融スラグを、傾転可能な第１の耐熱性容器へと傾注し、（ｂ）第１の耐熱性容器内で散水を行うことで、溶融スラグを例えば６００℃程度まで急速冷却して固化させた上で、固化したスラグを破砕し、（ｃ）第１の耐熱性容器を傾転させて、固化したスラグを第２の耐熱性容器内に滑り落とすことで破砕する。
【０１４４】
上記のような２種類のスラグ固化工程の何れにおいても、溶融スラグを固化させる際に散水等を行うことで、溶融スラグを急速冷却させることが好ましい。溶融スラグを急速冷却することで、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体、及び、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体の双方を、より確実にスラグ中に形成させることが可能となる。
【０１４５】
［５．スラグ粉砕工程］
上記（５）に示したスラグ粉砕工程は、上記のようにして固化させた製鋼スラグを、所望の粒径となるように粉砕する工程である。
【０１４６】
かかるスラグ粉砕工程では、例えば、ジョークラッシャー、ハンマークラッシャー、ロッドミル、ボールミル、ロールミル、ローラーミルなどの公知の手段を用いて、固体状態の製鋼スラグを所望の粒径となるように破砕／粉砕する。ここで、製鋼スラグの粒径は、先だって言及したように、全体の粒径が５ｍｍ未満となり、かつ、粒径が６００μｍ未満のものの質量割合が、全質量に対して６０％以上となるように、破砕／粉砕することが好ましい。
【０１４７】
以上説明したような工程を経ることで、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグが製造される。
【０１４８】
＜肥料の製造方法について＞
続いて、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを用いた肥料の製造方法について、簡単に説明する。
以上説明したような本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、その粒径を所定の範囲内（例えば、全て６００μｍ未満程度）に調整することで、そのまま肥料として使用することが可能である。すなわち、本実施形態に係る肥料の製造方法は、上記のような肥料原料用製鋼スラグの製造方法で製造された肥料原料用製鋼スラグを、公知の手段により粉化するものである。
【０１４９】
また、粉化後の肥料原料用製鋼スラグは、上記のようにそのまま肥料として使用することが可能であるが、所定の結合剤を添加した後、造粒してもよい。ここで、造粒の際に用いる結合剤については、特に限定されるものではないが、例えば、糖蜜、リグニン、リグニンスルホン酸金属塩、デンプン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等を用いることができる。
【０１５０】
更に、上記のような方法により得られた肥料に対して、更に有機物を混合してもよい。このような有機物として、例えば、牛フン、豚フン、鶏フン等の家畜ふん、植物残渣、及び、魚介類から得られる堆肥の少なくとも何れかを挙げることができる。このような有機物を更に混合することで、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを含む肥料の肥料効果を更に向上させることが可能となる。
【０１５１】
以上説明したような、本実施形態に係る肥料により、リン（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ホウ素（Ｂ）、硫黄（Ｓ）という多種類の各元素を、より効果的に供給することが可能となる。
【０１５２】
＜施肥方法について＞
続いて、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを含む肥料の施肥方法について説明する。
以上説明したような肥料原料用製鋼スラグを含む肥料は、降雨量が多い地域や河川の氾濫が多い地域の酸性の土壌であっても、水流による流亡なしに容易かつ低コストで、多種類の元素を植物の肥料として供給することができる。より詳細には、以下で説明するような方法で、特定の酸性土壌に対して施肥することで、酸性土壌のアルカリ化を図り、かつ、生育したい植物に対して、より効果的に多種類の元素を肥料として供給することができる。
【０１５３】
すなわち、本実施形態に係る施肥方法では、上記のような肥料原料用製鋼スラグ又は肥料を含む肥料を、（ｉ）ｐＨ（Ｈ２Ｏ）が４以上６以下であり、（ｉｉ）（ｐＨ（Ｈ２Ｏ）−ｐＨ（ＫＣｌ））で表される値が１以上であり、かつ、（ｉｉｉ）有効態リン酸が５ｍｇ／１００ｇ乾土以下である土壌に対して施肥する。
【０１５４】
ここで、ｐＨ（Ｈ２Ｏ）とは、土壌に対して所定の比率で水を加えて得られた懸濁液のｐＨを意味し、ｐＨ（ＫＣｌ）とは、土壌に対して所定の比率で塩化カリウム溶液を加えて得られた懸濁液のｐＨを意味する。土壌中に存在する水素イオンＨ＋は、土壌水分中に溶けているものと、土壌コロイド粒子（例えば、粘土や腐植など）の表面に電気的に吸着されているものと、の２種類が存在する。ｐＨ（Ｈ２Ｏ）は、土壌水分中に溶けているＨ＋の濃度を表し、ｐＨ（ＫＣｌ）は、土壌水分中に溶けているＨ＋と、土壌コロイド粒子に吸着しているＨ＋と、の合計濃度を表している。ｐＨ（Ｈ２Ｏ）は、植物の根の生育に直接関わる土壌酸性の強弱（活酸性）を示すのに対し、ｐＨ（ＫＣｌ）は、土壌が持つ潜在的な酸性（潜酸性）を示すものと言われている。
【０１５５】
上記（ｉｉ）に示した値は、土壌中にＡｌがどれだけ存在しているかの指標として用いることができる。また、（ｉｉｉ）に示した有効態リン酸とは、植物が吸収できるリン酸の量を示すものであり、ｐＨ３程度の硫酸液を用いたトルオーグ法等といった公知の肥料等試験法により測定することができる。土壌の有効態リン酸が５ｍｇ／１００ｇ乾土以下の土壌とは、土壌からのリン酸供給が極めて少ない土壌であることを示している。例えば、日本においては、農林水産省による農地土壌の有効態リン酸の推奨値は、１０〜７５ｍｇ／１００ｇ乾土とされている。酸性で、ｐＨ（Ｈ２Ｏ）−ｐＨ（ＫＣｌ）の値が大きな、Ａｌが多い土壌では、リン酸イオンがＡｌイオンと結合してＡｌＰＯ４として不溶化してしまい、植物が吸収可能なリン酸が不足することが懸念される。本実施形態に係る肥料は、このような有効態リン酸が不足している土壌に対してリン酸を供給でき、肥料効果を発揮する。
【０１５６】
なお、上記のｐＨ（Ｈ２Ｏ）、ｐＨ（ＫＣｌ）は、風乾土２０ｇを１００ｍｌ振とうビンに入れ、蒸留水５０ｍｌ又は１Ｎ  ＫＣｌ水溶液５０ｍｌを加えて３０分間振とう後、水溶液のｐＨをｐＨガラス電極で測定することにより測定できる。また、有効態リン酸含有量は、トルオーグ法により測定することができる。
【０１５７】
本実施形態に係る肥料は、多雨で各肥料効果元素が流亡して不足しやすい地域において、上記のような特定の酸性土壌に対して、優れた肥料効果を発揮する。
【０１５８】
ここで、本実施形態に係る肥料の施用量は、肥料原料用製鋼スラグとして、０．０５ｔ／ｈａ以上２ｔ／ｈａ以下であることが好ましい。施用量が０．０５ｔ／ｈａ未満である場合には、施用量が少なすぎて、複数の肥料効果元素を含む本実施形態に係る肥料の効果を、明確に発揮できない可能性がある。一方、施用量が２ｔ／ｈａを超える場合には、本実施形態に係る肥料を多量使用することでコストが高くなる。より好ましい施用量は、０．１ｔ／ｈａ以上１ｔ／ｈａ以下である。
【０１５９】
本実施形態に係る施肥方法では、上記のような本実施形態に係る肥料を、播種あるいは苗植え前に、作土層表面に撒くか、又は、当該作土層と混合してもよい。また、上記のような本実施形態に係る肥料を、栽培する植物体の近傍の作土層表面に撒くか、又は、当該作土層中に混合してもよい。
【０１６０】
上記のような本実施形態に係る肥料の対象作物としては、例えば、イネ科植物、カヤツリグサ科植物、ウリ科植物、マメ科植物、ヒガンバナ科植物、ユリ科植物、ナス科植物、アブラナ科植物、バラ科植物、バショウ科植物、ヤシ科植物、ブドウ科植物、サトイモ科植物、ラン科植物、ヒルガオ科植物、キク科植物、ゴマ科植物、シソ科植物、ケシ科植物、ミカン科植物、セリ科植物、コショウ科植物、アカネ科植物、イラクサ科の何れかに属する植物等を挙げることができる。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、肥料の三要素、二次要素及び微量要素を放出しやすいものであり、かかる肥料原料用製鋼スラグを用いた肥料は、以下の実施例に示すように代表的なイネ科植物である水稲で効果が実証されているため、イネ科以外の上記のような植物についても、効果が得られるものと期待される。また、上記以外の植物に対しても、本実施形態に係る肥料が適用可能であることは、言うまでもない。
【０１６１】
以上、本実施形態に係る施肥方法について、簡単に説明した。
【実施例】
【０１６２】
以下では、実施例及び比較例を示しながら、本発明に係る肥料原料用製鋼スラグと、かかる製鋼スラグを用いた肥料及び施肥方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも一例にすぎず、本発明が以下に示した例に限定されるものではない。【０１６３】
（実施例１）
以下に示す方法により、肥料原料用製鋼スラグを製造した。
すなわち、（フリーボード／炉内高）で表わされる空隙比率が０．７である転炉内で、一般的な高炉溶銑にマンガン含有脱炭スラグを追加投入した後、平均粒径１ｍｍ以下の生石灰と酸素を溶銑中に挿入したランスから吹き込み、１３５０℃でフォーミングさせながら脱リン処理を行った。出鋼後に、生成したスラグに対して、二つの冷却処理を実施した。一つは、転炉を傾けて皿状の耐熱性容器に入れ、薄く広げた上で散水することで、急冷した。もう一つは、転炉を傾けて、スラグ鍋に入れ、３０分間後、スラグ鍋を排さい場で傾けることでスラグを排さいして放置し、常温まで徐冷した。【０１６４】
上記により得られた、急冷した製鋼スラグ及び徐冷した製鋼スラグをそれぞれ粉砕して、全体の粒径５ｍｍ未満となり、かつ、粒径６００μｍ未満のものの質量割合が６０％以上となるようにした。先だって説明した方法に則して、得られた製鋼スラグの分析を行い、急冷した製鋼スラグの分析結果を、以下の表１に示した。分析に使用した蛍光Ｘ線分析装置は、理学電気工業社製ＺＳＸ  ＰｒｉｍｕｓＩＩであり、分析に使用したＩＣＰ発光分光分析装置は、島津製作所製ＩＣＰＳ−８１００である。【０１６５】
なお、急冷した製鋼スラグと徐冷した製鋼スラグの化学成分は、互いに同一であった。また、徐冷した製鋼スラグの可溶性Ｐ２Ｏ５の質量割合、く溶性ＭｎＯの質量割合、及び、く溶性ホウ素の質量割合は、それぞれ６０％、６５％、７５％であった。【０１６６】
ここで、以下の表１において、塩基度及び比重以外の項目の単位は、質量％であり、可溶性Ｐ２Ｏ５、く溶性ＭｎＯ及びく溶性ホウ素の値は、含有量換算したものである。また、以下の表１において、アルカリ分とは、その肥料が土壌の酸性を中和することができる能力を表すものであり、独立行政法人  農林水産消費安全技術センター（Ｆｏｏｄ  ａｎｄ  Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒ：ＦＡＭＩＣ）により規定された肥料等試験法（２０１６）に記載のエチレンジアミン四酢酸塩法により測定した値を示している。【０１６７】
以下の表１より、急冷した製鋼スラグは、可溶性Ｐ２Ｏ５の質量割合が８０％であり、く溶性ＭｎＯの質量割合が８３％であり、く溶性ホウ素の質量割合が１００％である。また、得られた製鋼スラグについて、ＣａＯ、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、全鉄、ＭｎＯ、ホウ素、及び、硫黄の合計含有量は、９７．７６１質量％であり、残部は、不純物であった。【０１６８】
【表１】
0006497492.tif 000002
【０１６９】
また、急冷した製鋼スラグと徐冷した製鋼スラグそれぞれの結晶相を構成する物質を、先だって説明した方法に則してＸ線回折（リガク製  Ｘ線回折装置ＳｍａｒｔＬａｂ）及びＥＰＭＡ（日本電子製  ＪＸＡ−８１００型）により調べ、得られた結果を以下の表２に示した。以下に示した表２において、「○」は、着目する固溶体が確認されたことを示しており、「×」は、着目する固溶体が確認されなかったことを示している。以下の表２から明らかなように、急冷した製鋼スラグでは、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体とＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体の双方の存在が確認できたのに対して、徐冷した製鋼スラグでは、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体の存在は確認できたものの、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体の存在は確認できなかった。【０１７０】
【表２】
0006497492.tif 000003
【０１７１】
（実施例２）
上記のような肥料を用い、以下の表３に分析結果を記した土壌において、水稲の栽培試験を実施した。かかる土壌において、ｐＨ（Ｈ２Ｏ）、ｐＨ（ＫＣｌ）、有効態リン酸含有量を、先だって説明した方法により測定したところ、ｐＨ（Ｈ２Ｏ）は、４以上６以下の範囲内にあり、ｐＨ（Ｈ２Ｏ）−ｐＨ（ＫＣｌ）の値は、１以上であって、有効態リン酸含有量も、５ｍｇ／１００ｇ乾土以下であった。【０１７２】
【表３】
0006497492.tif 000004
【０１７３】
より詳細には、上記の急冷した製鋼スラグ及び徐冷した製鋼スラグを原料とする肥料を施用する場合と、（フリーボード／炉内高）で表される空隙比率が０．４の転炉内で発生した製鋼スラグを原料とする市販の肥料を施用する場合と、製鋼スラグを原料とする肥料を施用しない場合とについて、水稲に対する肥料効果試験を行った。【０１７４】
（フリーボード／炉内高）で表される空隙比率が０．４の転炉内で発生した製鋼スラグを原料とする市販の肥料の分析結果を、以下の表４に示す。市販の肥料の分析方法は、実施例１と同様に行った。以下の表４において、塩基度及び比重以外の項目の単位は、質量％であり、可溶性Ｐ２Ｏ５、く溶性ＭｎＯ及びく溶性ホウ素の値は、含有量換算したものである。また、アルカリ分については、上記表１と同様にして測定した。【０１７５】
以下の表４より、空隙比率が０．４の転炉内で発生した製鋼スラグは、可溶性Ｐ２Ｏ５の質量割合が４４％であり、く溶性ＭｎＯの質量割合が５３％であり、く溶性ホウ素の質量割合が８０％である。また、空隙比率が０．４の転炉内で発生した製鋼スラグについて、ＣａＯ、Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、全鉄、ＭｎＯ、ホウ素、及び、硫黄の合計含有量は、８４．１０５質量％であり、残部は、不純物であった。【０１７６】
また、かかる市販の肥料は、全体の粒径が５ｍｍ未満であり、かつ、粒径６００μｍ未満のものの質量割合が６０％以上であることを確認した。【０１７７】
【表４】
0006497492.tif 000005
【０１７８】
表４に分析結果を示した製鋼スラグを原料とする肥料は、本発明に係る製鋼スラグを原料とする肥料と比較して、ＣａＯに対するＳｉＯ２の含有割合が少ないために塩基度が高く、Ｐ２Ｏ５及び可溶性Ｐ２Ｏ５の含有量が低い。また、上記表１に組成を示した２種類のスラグを原料とする肥料と比較して、全鉄量が多い割に、く溶性ＭｎＯの含有量は、やや低い。【０１７９】
上記のような市販の肥料の原料となる製鋼スラグの結晶相を構成する物質を、先だって説明した方法に則してＸ線回折及びＥＰＭＡにより調べ、得られた結果を以下の表５に示した。以下の表５における表記方法は、表２と同様である。以下の表５に示したように、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体の存在も、ＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体の存在も、それぞれ確認できなかった。【０１８０】
【表５】
0006497492.tif 000006
【０１８１】
田植え前の水田の土壌に、基肥として窒素、加里を、尿素、塩化カリウムとしてそれぞれ６０ｋｇ／ｈａずつ加えた。この水田に、０．６×０．５ｍの枠を９つ設置し、そのうち３つずつの中に、表１及び表２に分析結果を示した、急冷した製鋼スラグを原料とする肥料及び徐冷した製鋼スラグを原料とする肥料、並びに、表４及び表５に分析結果を示した、空隙比率０．４の転炉内で作製した製鋼スラグを原料とする市販の肥料（それぞれ、全体の粒径が５ｍｍ未満であり、かつ、粒径６００μｍ未満のものの質量割合が６０％以上であることを確認したもの。）を、各１５ｇずつ加えた（施用量０．５ｔ／ｈａに相当）。【０１８２】
深さ１０ｃｍの土壌とよく混合した後、水稲の苗（品種：コシヒカリ）を４本１株として６株を各枠内に植えて収穫期まで栽培した。また、対照として、資材を加えない枠３つについても同様の条件で試験を実施した。従って、３反復で試験を行った。【０１８３】
田植え後４ヶ月後に収量調査を行った。各枠内の６株全てを刈り取りし、精玄米重、千粒重を調査した。得られた結果を、以下の表６に示す。【０１８４】
【表６】
0006497492.tif 000007
【０１８５】
上記表６から明らかなように、急冷した製鋼スラグを原料とする肥料を施用することにより、収量（精玄米重）は対照区と比較して約３１％増加した。また、徐冷した製鋼スラグを施用した場合には、収量（精玄米重）は対照区と比較して約２６％増加した。一方、既存の製鋼スラグを原料とする市販の肥料を同量施用した場合、収量（精玄米重）は対照区と比較して約１０％増加した。【０１８６】
また、千粒重については、急冷した製鋼スラグを原料とする肥料を施用した場合が最も高い値となり、徐冷した製鋼スラグを原料とする肥料を施用した場合が二番目に高い値となり、製鋼スラグを原料とする肥料を施用した場合が三番目に高い値となり、製鋼スラグを原料とする肥料を施用しない場合が最も低い値となった。【０１８７】
かかる結果より、同一の化学成分の肥料原料用製鋼スラグであっても、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体とＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体とを共に含有する急冷した製鋼スラグの方が、２ＣａＯ・ＳｉＯ２−３ＣａＯ・Ｐ２Ｏ５固溶体を含有するもののＦｅＯ−ＭｎＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系固溶体を含有しない徐冷した製鋼スラグよりも、肥料効果が高いことが明らかとなった。【０１８８】
以上説明したように、本発明に係る肥料原料用製鋼スラグを原料とする肥料を用いることで、稲の収量を増加させることが可能であることが明らかとなった。【０１８９】
（実施例３）
上記実施例２に記載した、急冷した製鋼スラグを原料とする肥料、徐冷した製鋼スラグを原料とする肥料、及び、製鋼スラグを原料とする市販の肥料を用い、以下の表７に分析結果を記した土壌において、水稲の栽培試験を実施した。なお、土壌の分析方法は、実施例２と同様である。【０１９０】
【表７】
0006497492.tif 000008
【０１９１】
田植え前の水田の土壌に、基肥として窒素、加里を、尿素、塩化カリウムとしてそれぞれ６０ｋｇ／ｈａずつ加えた。この水田に、０．６×０．５ｍの枠を９つ設置し、そのうち３つずつの中に、表１及び表２に分析結果を示した、急冷した製鋼スラグを原料とする肥料及び徐冷した製鋼スラグを原料とする肥料、並びに、表４及び表５に分析結果を示した、製鋼スラグを原料とする市販の肥料（それぞれ、全体の粒径が５ｍｍ未満であり、かつ、粒径６００μｍ未満のものの質量割合が６０％以上であることを確認したもの。）を、各１５ｇずつ加えた（施用量０．５ｔ／ｈａに相当）。【０１９２】
深さ１０ｃｍの土壌とよく混合した後、水稲の苗（品種：コシヒカリ）を４本１株として６株を各枠内に植えて収穫期まで栽培した。また、対照として、資材を加えない枠３つについても同様の条件で試験を実施した。従って、３反復で試験を行った。【０１９３】
田植え後４ヶ月後に収量調査を行った。各枠内の６株全てを刈り取りし、精玄米重、千粒重を調査した。得られた結果を、以下の表８に示す。【０１９４】
【表８】
0006497492.tif 000009
【０１９５】
上記表８から明らかなように、急冷した製鋼スラグを原料とする肥料を施用することにより、収量（精玄米重）は対照区と比較して約１２％増加した。また、徐冷した製鋼スラグを施用した場合には、収量（精玄米重）は対照区と比較して約８％増加した。一方、既存の製鋼スラグを原料とする市販の肥料を同量施用した場合、収量（精玄米重）は対照区と比較して約３％増加した。【０１９６】
また、千粒重については、急冷した製鋼スラグを原料とする肥料を施用した場合が最も高い値となり、徐冷した製鋼スラグを原料とする肥料を施用した場合が二番目に高い値となり、製鋼スラグを原料とする肥料を施用した場合が三番目に高い値となり、製鋼スラグを原料とする肥料を施用しない場合が最も低い値となった。【０１９７】
以上説明したように、本発明に係る肥料原料用製鋼スラグを原料とする肥料を用いることで、ｐＨ（Ｈ２Ｏ）６．５の土壌であっても、稲の収量を増加させることが可能であることが明らかとなった。【０１９８】
ただし、実施例２の結果と比較すると、表３に分析結果を示した土壌において、本発明に係る肥料原料用製鋼スラグを用いた肥料を施用した場合の収量は、製鋼スラグ肥料を施用しない対照区の収量と比較して約３０％増であったのに対して、表７に分析結果を示した土壌においては、本発明に係る肥料原料用製鋼スラグを用いた肥料を施用した場合の収量は、製鋼スラグ肥料を施用しない対照区の収量と比較して約１２％増と増加幅が縮小した。この理由は、実施例２と比べて、製鋼スラグ肥料を施用しない対照区の収量が高かったことにある。表７に分析結果を示した土壌のｐＨ（Ｈ２Ｏ）は、水稲の生育に適したｐＨ５．５〜６．５の範囲にあり、また、有効態リン酸も１５ｍｇ／１００ｇ乾土であり、農林水産省による農地土壌の有効態リン酸の推奨値（１０〜７５ｍｇ／１００ｇ乾土）の範囲に入っているため、製鋼スラグを原料とする肥料を用いなくとも土壌からリン酸が供給できたことが理由として考えられる。【０１９９】
従って、本発明に係る肥料原料用製鋼スラグを原料とする肥料は、表７の土壌でも効果はあるものの、表３の土壌においてより顕著な効果があることが明らかになった。【０２００】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【要約】
【課題】降雨量が多い地域や河川の氾濫が多い地域の酸性の土壌であっても、水流による流亡なしに容易かつ低コストで、多種類の元素を植物の肥料として供給すること。
【解決手段】本発明に係る肥料原料用製鋼スラグは、質量％で、Ｐ２Ｏ５：２％以上８％以下、ＭｎＯ：３％以上１０％以下、ホウ素：０．００５％以上０．０５％未満、全鉄：７％以上１５％未満、ＣａＯ：３８％以上４８％以下、ＳｉＯ２：２２％以上３０％以下、硫黄：０．１％以上０．６％以下、ＭｇＯ：１％以上８％以下、Ａｌ２Ｏ３：０．５％以上３％以下を含有し、前記Ｐ２Ｏ５中の可溶性Ｐ２Ｏ５の割合が、５０％以上であり、前記ＭｎＯ中のく溶性ＭｎＯの割合が、８０％以上であり、スラグ塩基度が、１．５超過２．２以下であり、かさ比重が、１．９以上２．８以下である。
【選択図】なし