(57)【要約】【課題】未炭酸化Ｃａ含有材以外の材料を原料として適量配合することにより、当該材料の利材化をも図ることができる炭酸固化体を提供する。【解決手段】粉粒状の未炭酸化Ｃａ含有材を主体とする原料を炭酸化反応で固結させて得られた炭酸固化体であって、原料の一部として生物由来材料を含むことを特徴とする。原料の一部として生物由来材料を用い、これを安定に保持することができるので、本来は廃棄物として廃棄されるような生物由来材料の利材化を可能ならしめるとともに、使用される生物由来材料の性状、形態、構成成分に応じた炭酸固化体の表面性状、含有成分および内部組織が得られるため、炭酸固化体に種々の付加的な機能を付与することもできる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒状の未炭酸化Ｃａ含有材を主体とする原料を炭酸化反応で固結させて得られた炭酸固化体であって、原料の一部として生物由来材料を含むことを特徴とする炭酸固化体。
【請求項２】
生物由来材料の少なくとも一部が貝殻であることを特徴とする請求項１に記載の炭酸固化体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼スラグなどのような粉粒状の未炭酸化Ｃａ含有材を主体とする原料を炭酸ガスと接触させ、炭酸化反応によって生成した炭酸カルシウムを主たるバインダーとして固結させることで得られる炭酸固化体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼スラグ（鉄鋼製造プロセスで発生するスラグ）の利材化方法の一つとして、粉粒状のスラグをこれに含まれる未炭酸化Ｃａ（ＣａＯ及び／又はＣａ(ＯＨ)２）を利用して炭酸固化させることにより、ブロック化された炭酸固化体（石材）を得る方法が知られている（例えば、特許文献１，２）。この方法では、例えば、水分を添加した粉粒状のスラグを型枠に充填し、このスラグ充填層に炭酸ガスを吹き込むことによってスラグに含まれる未炭酸化Ｃａに炭酸化反応を生じさせ、この炭酸化反応で生成した炭酸カルシウムを主たるバインダーとしてスラグ充填層を固結させ、ブロック化された炭酸固化体を得るものである。このようにして得られた炭酸固化体を、特許文献１では藻礁用や魚礁用などの海中沈設用材料として、また、特許文献２では河川等の淡水系水域沈設用材料として、それぞれ利用するものである。
【０００３】
この炭酸固化体の製造技術は、スラグやその他のＣａＯ含有廃材を原料として利用できるため、資源のリサイクル化という観点から非常に有用なものである。また、製造された炭酸固化体を水中沈設用材料として利用した場合、海藻類の生育や水中生物の棲息に好ましい環境を提供するという面で、コンクリート製品に較べて優れた性能を有することが判っている。
【特許文献１】特許第３１７５６９４号公報
【特許文献２】特許第３１７５７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の炭酸固化体の製造技術は、未炭酸化Ｃａ含有材それ自体の利材化を主眼としたものであるため、未炭酸化Ｃａ含有材に他の原料を配合して炭酸固化体を製造することや、そのような他の原料に関する検討はほとんどなされていない。特許文献１，２には、未炭酸化Ｃａ含有材に粉粒状の添加材を添加することが示されているが、これは水中に鉄分やケイ酸を溶出させるための鉄源や可溶性シリカ源を少量添加するというものに過ぎず、原料として未炭酸化Ｃａ含有材を単味で使用することと実質的には変わらない。
したがって本発明の目的は、未炭酸化Ｃａ含有材を主体とする原料を炭酸化反応で固結させて得られる炭酸固化体であって、未炭酸化Ｃａ含有材以外の材料を原料として適量配合することにより、当該材料の利材化をも図ることができる炭酸固化体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は以下を要旨とするものである。
［1］粉粒状の未炭酸化Ｃａ含有材を主体とする原料を炭酸化反応で固結させて得られた炭酸固化体であって、原料の一部として生物由来材料を含むことを特徴とする炭酸固化体。
［2］上記［1］の炭酸固化体において、生物由来材料の少なくとも一部が貝殻であることを特徴とする炭酸固化体。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の炭酸固化体は、原料の一部として生物由来材料を用い、これを安定に保持することができる。このため従来は廃棄物として廃棄（例えば、焼却や埋め立て処理など）されていたような生物由来材料の利材化を可能ならしめるとともに、使用される生物由来材料の性状、形態、構成成分に応じた炭酸固化体の表面性状、含有成分および内部組織が得られるため、炭酸固化体に種々の付加的な機能を付与することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の炭酸固化体は、粉粒状の未炭酸化Ｃａ含有材を主体とする原料を炭酸化反応で固結させて得られた炭酸固化体であって、原料の一部として生物由来材料を含むものである。
炭酸固化体の主原料となる未炭酸化Ｃａ含有材は、未炭酸化Ｃａ（ＣａＯ及び／又はＣａ（ＯＨ）２）が少なくとも固体粒子の組成の一部として含まれるものであればよく、したがって、鉱物としてのＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）２の他に、２ＣａＯ・ＳｉＯ２、３ＣａＯ・ＳｉＯ２、ガラスなどのように組成の一部として固体粒子中に存在するものも含まれる。
【０００８】
未炭酸化Ｃａ含有材としては、上記のように少なくとも組成の一部として未炭酸化Ｃａを含むものであれば特に制限はないが、未炭酸化Ｃａの含有率が高く、しかも資源のリサイクルを図ることができるという点で、鉄鋼スラグ（鉄鋼製造プロセスで発生するスラグ）、廃コンクリート材などのようなコンクリートが特に好ましい。一般に、鉄鋼スラグのＣａＯ濃度は約１３〜５５mass％、また、コンクリート（例えば、廃コンクリート）のＣａＯ濃度は約５〜１５mass％（セメント中のＣａＯ濃度：５０〜６０mass％）であり、また、これらは入手も容易であるため、未炭酸化Ｃａ含有材として極めて好適なものであるといえる。したがって、未炭酸化Ｃａ含有材は、その少なくとも一部、望ましくは主体が鉄鋼スラグ及び／又はコンクリートであることが好ましい。
【０００９】
鉄鋼スラグとしては、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグなどの高炉系スラグ、予備処理、転炉、鋳造などの工程で発生する脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、鋳造スラグなどの製鋼系スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、また、２種以上のスラグを混合して用いることもできる。
また、鉄鋼スラグには相当量の鉄分（粒鉄などの鉄分）が含まれており、このようなスラグをそのまま使用すると、この鉄分の分だけ原料中でのＣａＯ濃度が低下するため、スラグとしては地金（鉄分）回収処理を経たスラグを用いることが好ましい。
【００１０】
また、コンクリートとしては、例えば、建築物や土木構造物の取壊しなどにより生じた廃コンクリートなどを用いることができる。
また、未炭酸化Ｃａ含有材としては、上記の鉄鋼スラグやコンクリート以外に、モルタル、ガラス、アルミナセメント、ＣａＯ含有耐火物などが挙げられ、これらの１種以上を単独でまたは混合して、或いは鉄鋼スラグ及び／又はコンクリートと混合して使用することもできる。
これらの材料は必要に応じて細粒状に破砕処理され、原料として用いられる。
【００１１】
未炭酸化Ｃａ含有材の粒度にも特別な制限はないが、ＣＯ２との接触面積を確保して反応性を高めるためには、ある程度粒度が細かい方が好ましい。また、未炭酸化Ｃａ含有材の粒度が大き過ぎると、原料粒子内部に炭酸化しきれないＣａが残存するため、製造された炭酸固化体中の原料粒子が膨張崩壊し、亀裂などの原因となる場合もある。以上の観点から、未炭酸化Ｃａ含有材は実質的に（すなわち、不可避的に含まれる粒度の大きい固体粒子を除き）１０ｍｍ以下、より望ましくは５ｍｍ以下、特に望ましくは３ｍｍ以下の粒度のものが好ましい。
【００１２】
未炭酸化Ｃａ含有材に配合する生物由来材料は、生物由来の材料であれば特に制限はない。生物由来材料としては、例えば、貝殻、死サンゴ、骨、木材、穀物殻、有機堆積物、堆肥、草木の剪定材や葉、おが屑、植物又は動物繊維（糸、織布など）、食品又は飲料原料の絞り滓（例えば、サトウキビや果実の絞り滓）などが挙げられ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
これらの生物由来材料は、炭酸固化体の一部としてその内部に安定に保持されるので、本来は廃棄物として廃棄されるような生物由来材料であっても炭酸固化体用原料として利材化することができる。さらに、使用される生物由来材料の性状、形態、構成成分に応じた炭酸固化体の表面性状、含有成分および内部組織が得られるため、炭酸固化体に種々の付加的な機能を付与することもできる。
【００１３】
例えば、生物由来材料が貝殻、死サンゴ、木材（木材チップなど）である場合には、炭酸固化体の表面に凹凸や粗さが付与され、炭酸固化体を生物着生用基盤や漁礁などとして水中に沈設した場合に海藻やサンゴなどの生物の付着性が向上する。また、生物由来材料が有機堆積物、堆肥などである場合には、炭酸固化体を生物着生用基盤や漁礁などとして水中に沈設した場合に、生物由来材料から海藻などの生育に有効な成分が水中に溶出する。すなわち、炭酸固化体の内部には無数の微細貫通気孔が存在し、水中に沈設された炭酸固化体の微細貫通気孔は水で満たされていることから、有機堆積物や堆肥に含まれる有効成分が微細貫通気孔を通じて水中に溶出する。
さらに、生物由来材料の種類に応じて、内部空隙率などの炭酸固化体の内部組織も変化するので、生物由来材料の種類やその配合率を調整することにより、炭酸固化体の比重や有効成分の溶出性を自在に制御することができる。
【００１４】
生物由来材料が貝殻や木材などのような固形物の場合でも、それらの大きさに特別な制限はないが、あまりに大きいと炭酸固化体用原料として不適となるので、粒度は１００ｍｍ未満、好ましくは１０ｍｍ未満程度が適当である。したがって、生物由来材料は必要に応じて上記の粒度に破砕または粉砕若しくは細断されることが好ましい。
また、原料中での生物由来材料の配合率にも特別な制限はなく、炭酸固化体の著しい強度低下を招かない限度で配合すればよいが、通常は主原料である未炭酸化Ｃａ含有材の５〜５０質量％、好ましくは５〜３０質量％程度の配合量が適当である。
【００１５】
なお、本発明の炭酸固化体には、未炭酸化Ｃａ含有材および生物由来材料以外の固体粒子を、炭酸固化体の著しい強度低下を招かない限度で配合してもよい。このような固体粒子としては、例えば、天然石、砂、可溶性シリカ、金属（例えば、金属鉄、酸化鉄）などが挙げられる。
本発明の炭酸固化体は、海藻やサンゴなどの生物を着生させるための生物着生用基盤や漁礁などの水中沈設用途に好適なものであるが、これに限定されるものではなく、水域または陸域の任意の用途に使用することができる。
【００１６】
本発明の炭酸固化体の一般的な製法は、主原料である粉粒状の未炭酸化Ｃａ含有材に生物由来材料を配合し、さらに必要に応じて他の材料を配合した原料に適量の水を添加した後、型枠などに充填して原料充填層を形成し、この原料充填層内に炭酸ガス（又は炭酸ガス含有ガス）を吹き込み、原料充填層を炭酸固化させる。通常、原料充填層の含水率は３〜１２mass％、好ましくは５〜１０mass％程度が適当である。原料充填層内を通過する炭酸ガスは、原料粒子からその表面付着水に溶出したＣａイオンと反応し、原料粒子の表面にＣａＣＯ３が析出し、これがバインダーとなって原料充填層の固結が進行する。
炭酸ガスの供給を所定時間行った後、固結した原料充填層を脱型し、炭酸固化体を取り出す。
【００１７】
使用される炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスとしては、例えば、一貫製鉄所内で排出される石灰焼成工場排ガス（通常、ＣＯ２：２５vol％前後）や加熱炉排ガス（通常、ＣＯ２：６．５vol％前後）などが好適であるが、これらに限定されるものではない。また、ガス中のＣＯ２濃度が低すぎると処理効率が低下するという問題を生じるが、それ以外の問題は格別ない。したがって、ＣＯ２濃度は特に限定しないが、効率的な処理を行うには３vol％以上のＣＯ２濃度とすることが好ましい。