(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼スラグが投入されるスラグ容器と、該スラグ容器を収容して密閉し、２．０ＭＰａ以下まで加圧することができる圧力容器と、圧力容器内の圧力を計測する圧力計と、圧力容器内に加圧したＣＯ２含有ガスを供給するＣＯ２配管と、圧力容器内に供給されるＣＯ２含有ガスの総流量を計測する積算流量計と、圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排気する排気配管と、該排気配管からの排気を止める排気配管バルブとを備えて、前記ＣＯ２配管と圧力容器との接続口であるＣＯ２供給口が、前記排気配管と圧力容器との接続口である排気口よりも鉛直方向の下側に位置しており、前記圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する際には、前記ＣＯ２供給口から吹き込まれたＣＯ２含有ガスにより、圧力容器内の雰囲気ガスが前記排気口から排出されるようにし、前記圧力容器内の鉄鋼スラグを炭酸化処理する際には、前記排気配管バルブを閉めて圧力容器内を加圧状態のＣＯ２含有ガス雰囲気にして行うことを特徴とする鉄鋼スラグの処理装置。
【請求項２】
鉄鋼スラグが投入されるスラグ容器と、該スラグ容器を収容して密閉することができる圧力容器と、圧力容器内に加圧した水蒸気を供給する水蒸気配管と、圧力容器内に加圧したＣＯ２含有ガスを供給するＣＯ２配管と、圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排出する排気配管とを備えて、前記水蒸気配管と圧力容器との接続口である水蒸気供給口が、前記排気配管と圧力容器との接続口である排気口よりも鉛直方向の上側に位置すると共に、前記ＣＯ２配管と圧力容器との接続口であるＣＯ２供給口が、前記排気配管と圧力容器との接続口である排気口よりも鉛直方向の下側に位置しており、圧力容器内を水蒸気雰囲気に置換する際には、前記水蒸気供給口から吹き込まれた水蒸気により、圧力容器内の雰囲気ガスが前記排気口から排出され、また、圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する際には、前記ＣＯ２供給口から吹き込まれたＣＯ２含有ガスにより、圧力容器内の雰囲気ガスが前記排気口から排出されるようにした接続口位置関係を有することを特徴とする鉄鋼スラグの処理装置。
【請求項３】
前記圧力容器内を水蒸気雰囲気に置換する際に雰囲気ガスを排出する水蒸気排気配管と、前記圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する際に雰囲気ガスを排出するＣＯ２排気配管とを個別に備えて、これらの排気配管と圧力容器との接続口が、それぞれ前記接続口位置関係を満たす請求項２に記載の鉄鋼スラグの処理装置。
【請求項４】
前記圧力容器内を水蒸気雰囲気に置換する際に雰囲気ガスを排出する排気配管と、前記圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する際に雰囲気ガスを排出する排気配管とが共用され、この排気配管と圧力容器との接続口が、前記接続口位置関係を満たす請求項２に記載の鉄鋼スラグの処理装置。
【請求項５】
前記ＣＯ２供給口から吹き込まれるＣＯ２含有ガスの流れを減速させる又は鉛直方向の下側に向けるガス速度調整手段を備える請求項１に記載の鉄鋼スラグの処理装置。
【請求項６】
前記水蒸気供給口から吹き込まれる水蒸気の流れを減速させる又は鉛直方向の上側に向けるガス速度調整手段を備えると共に、前記ＣＯ２供給口から吹き込まれるＣＯ２含有ガスの流れを減速させる又は鉛直方向の下側に向けるガス速度調整手段を備える請求項２に記載の鉄鋼スラグの処理装置。
【請求項７】
圧力容器から外部に漏れ出すＣＯ２濃度を計測するＣＯ２濃度計を備える請求項１又は２に記載の鉄鋼スラグの処理装置。
【請求項８】
請求項２に記載の処理装置を用いて鉄鋼スラグを処理する方法であって、
鉄鋼スラグが投入されたスラグ容器を収容した圧力容器内に水蒸気配管から加圧した水蒸気を供給すると共に排気配管から圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排出して水蒸気雰囲気に置換した上で、圧力容器内を０．１ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下の水蒸気雰囲気にして鉄鋼スラグの蒸気エージングを行うエージング工程と、
鉄鋼スラグが投入されたスラグ容器を収容した圧力容器内にＣＯ２配管から加圧したＣＯ２含有ガスを供給すると共に排気配管から圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排出してＣＯ２含有ガス雰囲気に置換した上で、圧力容器内を０．１ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下のＣＯ２含有ガス雰囲気にして鉄鋼スラグの炭酸化処理を行う炭酸化工程とを備えたことを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
【請求項９】
前記エージング工程後にスラグ容器を圧力容器から一旦外部に取り出して、スラグ容器内の鉄鋼スラグを９０℃以下の温度に冷却した上で、再びスラグ容器を圧力容器に収容して炭酸化工程を行う請求項８に記載の鉄鋼スラグの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄鋼スラグの処理装置、及びこれを用いた鉄鋼スラグの処理方法に関し、詳しくは、鉄鋼スラグを天然砕石、骨材等の土木材料、建築材料等の代替品をはじめとして、海域環境を修復する資材等として利用した際に、鉄鋼スラグから高アルカリ水や白濁水が溶出するのを抑制したり、これに加えて、更に鉄鋼スラグの膨張を防ぐことができる鉄鋼スラグの処理装置、及びこれを用いた鉄鋼スラグの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所での製鉄過程や精錬過程において発生する高炉スラグや製鋼スラグ等の鉄鋼スラグ（以下、単にスラグと称する場合がある）は、道路の路盤材を始めとして、土木材料、建築材料、海域環境修復資材等として広く利用されているが、スラグに含まれた遊離ＣａＯが水と接触してＣａ(ＯＨ)２となると体積が約２倍に膨張することから、例えば、路盤材として利用した際に、亀裂や隆起を発生させてしまうおそれがある。また、遊離ＣａＯやＣａ(ＯＨ)２等のような水可溶性カルシウム成分（水可溶性Ca成分）は、雨水等の水と接触するとｐＨ値の高いスラグ溶出水（pHが約12.5の高アルカリ水）を溶出し、更には、このスラグ溶出水中のカルシウム成分が大気中の二酸化炭素と反応して炭酸カルシウムを生成すると、スラグ溶出水中の水分が蒸発した後に白色沈殿物として残存し、白色痕として周辺の美観を損ねる等の環境保全の面で問題となるおそれがある。
【０００３】
そこで、スラグを土木材料、建築材料等として利用するにあたり、一般には、スラグ中の遊離ＣａＯの膨張を事前に進行させて割れ等の発生を防止するエージング処理が行われる。また、高アルカリ水等の溶出を防ぐには、スラグ中に含まれる水可溶性カルシウム成分を事前にＣＯ２と反応させて不溶化させる炭酸化処理がある。
【０００４】
このうち、エージング処理については、スラグを野外で山積みし、３〜６月以上放置して雨水等により水和反応を行わせて遊離ＣａＯを安定化させる大気エージングや、側壁三方をコンクリート擁壁で囲ったピット等にスラグを堆積させ、その上面に保温シートを被せて下方から蒸気を供給して水和反応させる蒸気エージングのほか、圧力容器内にスラグを収容し、加圧した水蒸気を供給して所定の圧力の水蒸気雰囲気下でスラグをエージング処理する加圧式蒸気エージングが知られている（例えば特許文献１参照）。このような加圧式蒸気エージングによれば、大気下で行われるエージング処理に比べてスラグ中の遊離ＣａＯの水和反応速度が向上して、例えば、JIS A5015“道路用鉄鋼スラグ”で規定される路盤材膨張抑制のための水浸膨張比１．５％以下までの処理時間を大幅に短縮することができる。
【０００５】
一方、炭酸化処理としては、積み上げられたスラグの左右側面と上面の三方をビニールシートや鉄板等の囲繞材で囲むと共に前後の面を開閉可能な囲繞材で囲み、その底部のガス配管からＣＯ２含有ガスを供給してスラグの炭酸化処理を行う固定床式の炭酸化処理装置を用いるほか、炭酸化を促進させるために、例えば、内部に攪拌羽等を備えた回転ドラムにスラグを入れてＣＯ２含有ガスを供給し、スラグに機械攪拌を加えるロータリー式の処理装置を用いた方法が知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
ちなみに、この炭酸化処理は、スラグ中の水可溶性Ｃａ成分（CaOやCa(OH)2）が水に溶解して生成するＣａ２＋イオンと、ＣＯ２が水に溶解して生成するＣＯ３２−イオンとが反応し、水に不溶性のＣａＣＯ３を生成するという水可溶性Ｃａ成分の炭酸化反応を利用するものであり、その際、水は水可溶性Ｃａ成分を溶解する媒体として働く。
【０００７】
ところで、上記で説明したように、スラグのエージング処理では、遊離ＣａＯと水との反応によりＣａ(ＯＨ)２を形成するのに対して、炭酸化処理では、エージング処理で生成したＣａ(ＯＨ)２や残された遊離のＣａＯにＣＯ２を反応させて、不溶性のＣａＣＯ３を形成するため、これらは異なる反応を利用した処理である。その際、仮に炭酸化処理を先に行うと、スラグ表面に形成された不溶性のＣａＣＯ３がスラグ内部への水の浸入を阻害するため、エージング処理を十分に行うことができず、また、同時に行ったとしても、やはりエージング処理が不十分になってしまう。そのため、通常は、スラグのエージング処理を行った後に炭酸化処理が行われ、また、これらの反応速度を向上させるために、それぞれの処理に即した異なる装置が用いられる。そして、エージング処理が終わったスラグは、一旦ヤード等に仮置きされ、数ヶ月から半年程度保管された後に、ホイルローダー等の重機で炭酸化処理装置まで搬送して、炭酸化処理を行っているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−４１２３４号公報
【特許文献２】特開２００５−２００２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明者らは、エージングや炭酸化といったスラグの処理を効率よく行うための手段について鋭意検討した結果、上述した特許文献１に記載されるような加圧式蒸気エージングに用いる装置を一部改良することで、スラグからの高アルカリ水等の溶出を抑制する炭酸化反応の速度が向上して、しかも、炭酸化処理を効率よく行うことができるようになることを見出した。
そして、この改良した装置でスラグのエージング処理と炭酸化処理とを共用することで、スラグの膨張を防ぐ水和反応と高アルカリ水等の溶出を抑制する炭酸化反応とを共に効率よく行うことができ、ヤード等の仮置きから重機による搬送といったこれまでの処理で掛かる手間やコストを大幅に削減することができるようになることから、本発明を完成させた。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、スラグの炭酸化における反応速度を高めて、しかも効率よく炭酸化処理することができる処理装置を提供することにあり、また、スラグのエージングと炭酸化とを共用できる処理装置を提供することにある。
【００１１】
更に、本発明の別の目的は、上記の処理装置を用いることで、従来に比べて効率よくスラグのエージングと炭酸化とを行って処理することができるスラグの処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）鉄鋼スラグが投入されるスラグ容器と、該スラグ容器を収容して密閉し、２．０ＭＰａ以下まで加圧することができる圧力容器と、圧力容器内の圧力を計測する圧力計と、圧力容器内に加圧したＣＯ２含有ガスを供給するＣＯ２配管と、圧力容器内に供給されるＣＯ２含有ガスの総流量を計測する積算流量計と、圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排気する排気配管と、該排気配管からの排気を止める排気配管バルブとを備えて、前記ＣＯ２配管と圧力容器との接続口であるＣＯ２供給口が、前記排気配管と圧力容器との接続口である排気口よりも鉛直方向の下側に位置しており、前記圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する際には、前記ＣＯ２供給口から吹き込まれたＣＯ２含有ガスにより、圧力容器内の雰囲気ガスが前記排気口から排出されるようにし、前記圧力容器内の鉄鋼スラグを炭酸化処理する際には、前記排気配管バルブを閉めて圧力容器内を加圧状態のＣＯ２含有ガス雰囲気にして行うことを特徴とする鉄鋼スラグの処理装置。
（２）鉄鋼スラグが投入されるスラグ容器と、該スラグ容器を収容して密閉することができる圧力容器と、圧力容器内に加圧した水蒸気を供給する水蒸気配管と、圧力容器内に加圧したＣＯ２含有ガスを供給するＣＯ２配管と、圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排出する排気配管とを備えて、前記水蒸気配管と圧力容器との接続口である水蒸気供給口が、前記排気配管と圧力容器との接続口である排気口よりも鉛直方向の上側に位置すると共に、前記ＣＯ２配管と圧力容器との接続口であるＣＯ２供給口が、前記排気配管と圧力容器との接続口である排気口よりも鉛直方向の下側に位置しており、圧力容器内を水蒸気雰囲気に置換する際には、前記水蒸気供給口から吹き込まれた水蒸気により、圧力容器内の雰囲気ガスが前記排気口から排出され、また、圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する際には、前記ＣＯ２供給口から吹き込まれたＣＯ２含有ガスにより、圧力容器内の雰囲気ガスが前記排気口から排出されるようにした接続口位置関係を有することを特徴とする鉄鋼スラグの処理装置。
（３）前記圧力容器内を水蒸気雰囲気に置換する際に雰囲気ガスを排出する水蒸気排気配管と、前記圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する際に雰囲気ガスを排出するＣＯ２排気配管とを個別に備えて、これらの排気配管と圧力容器との接続口が、それぞれ前記接続口位置関係を満たす（２）に記載の鉄鋼スラグの処理装置。
（４）前記圧力容器内を水蒸気雰囲気に置換する際に雰囲気ガスを排出する排気配管と、前記圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する際に雰囲気ガスを排出する排気配管とが共用され、この排気配管と圧力容器との接続口が、前記接続口位置関係を満たす（２）に記載の鉄鋼スラグの処理装置。
（５）前記ＣＯ２供給口から吹き込まれるＣＯ２含有ガスの流れを減速させる又は鉛直方向の下側に向けるガス速度調整手段を備える（１）に記載の鉄鋼スラグの処理装置。
（６）前記水蒸気供給口から吹き込まれる水蒸気の流れを減速させる又は鉛直方向の上側に向けるガス速度調整手段を備えると共に、前記ＣＯ２供給口から吹き込まれるＣＯ２含有ガスの流れを減速させる又は鉛直方向の下側に向けるガス速度調整手段を備える（２）に記載の鉄鋼スラグの処理装置。
（７）圧力容器から外部に漏れ出すＣＯ２濃度を計測するＣＯ２濃度計を備える（１）又は（２）に記載の鉄鋼スラグの処理装置。
なお、排気配管バルブについて、以下では、単に、排気配管のバルブという場合がある。
【００１３】
（８）（２）に記載の処理装置を用いて鉄鋼スラグを処理する方法であって、
鉄鋼スラグが投入されたスラグ容器を収容した圧力容器内に水蒸気配管から加圧した水蒸気を供給すると共に排気配管から圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排出して水蒸気雰囲気に置換した上で、圧力容器内を０．１ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下の水蒸気雰囲気にして鉄鋼スラグの蒸気エージングを行うエージング工程と、
鉄鋼スラグが投入されたスラグ容器を収容した圧力容器内にＣＯ２配管から加圧したＣＯ２含有ガスを供給すると共に排気配管から圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排出してＣＯ２含有ガス雰囲気に置換した上で、圧力容器内を０．１ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下のＣＯ２含有ガス雰囲気にして鉄鋼スラグの炭酸化処理を行う炭酸化工程とを備えたことを特徴とする鉄鋼スラグの処理方法。
（９）前記エージング工程後にスラグ容器を圧力容器から一旦外部に取り出して、スラグ容器内の鉄鋼スラグを９０℃以下の温度に冷却した上で、再びスラグ容器を圧力容器に収容して炭酸化工程を行う（８）に記載の鉄鋼スラグの処理方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明におけるスラグの処理装置によれば、スラグからの高アルカリ水等の溶出を抑制する炭酸化処理を効率よく行うことができ、しかも、炭酸化反応の速度を向上させることができる。また、本発明の処理装置によれば、スラグのエージングと炭酸化とを共用することができ、スラグの膨張を防ぐ水和反応と高アルカリ水等の溶出を抑制する炭酸化反応とを効率よく行え、ヤード等の仮置きから重機による搬送といったこれまでの処理で掛かる手間やコストを大幅に削減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明に係るスラグの処理装置（第１の処理装置）を示す模式説明図である。
【図２】図２は、本発明に係るスラグの処理装置（第２の処理装置）を示す模式説明図である。
【図３】図３は、第２の処理装置において、圧力容器に対する給排気配管の接続口位置関係の一例を示した模式説明図である。
【図４】図４は、接続口位置関係の変形例を示した模式説明図である。
【図５】図５は、ＣＯ２置換試験で使用した試験用圧力容器を示す模式説明図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、試験用圧力容器におけるガス速度調整手段を説明するための模式図である。
【図７】図７は、ＣＯ２置換試験におけるＣＯ２ガスの供給時間と排出されるガスのＣＯ２濃度との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例でスラグＡを炭酸化処理した際の炭酸化時間とスラグ溶出水のｐＨとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明に係るスラグの処理装置について、先ず、第１の処理装置としては、スラグの炭酸化処理を行うものであって、鉄鋼スラグが投入されるスラグ容器と、該スラグ容器を収容して密閉することができる圧力容器とを備えて、スラグの炭酸化処理の際には、ＣＯ２配管から圧力容器内に加圧したＣＯ２含有ガスが供給されて、スラグ中のＣａ(ＯＨ)２やエージング処理で残った遊離のＣａＯ（これらをまとめて水可溶性Ca成分と言う）を加圧状態で炭酸化反応させることができる。
【００１７】
詳しくは、図１に示した例のように、開閉蓋2aを有して内部にスラグ容器１を収容して密閉することができる円筒状の圧力容器２には、加圧したＣＯ２含有ガスが供給されるＣＯ２配管５と、圧力容器内の雰囲気ガスが外部に排出される排気配管（CO2排気配管）８とが備え付けられており、また、これらの給排気配管はそれぞれバルブ９を備える。
【００１８】
ここで、スラグの炭酸化処理を行う場合には、予め、ＣＯ２配管５のバルブとＣＯ２排気配管８のバルブとを開放して、ＣＯ２配管５から加圧したＣＯ２含有ガスを供給すると共にＣＯ２排気配管８から圧力容器２内の雰囲気ガスを外部に排出して圧力容器２内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換した上で、所定の圧力のＣＯ２含有ガス雰囲気下でスラグの炭酸化処理を行う。その際、ＣＯ２配管５と圧力容器２との接続口であるＣＯ２供給口は、ＣＯ２排気配管８と圧力容器２との接続口であるＣＯ２排気口よりも鉛直方向の下側に位置して、空気より重いＣＯ２（CO2の分子量は44）が圧力容器２内の下方から徐々に充満して、圧力容器２内の雰囲気ガス（空気）が鉛直方向の上側に位置するＣＯ２排気口より排出されるようにする。仮に、ＣＯ２供給口とＣＯ２排気口との位置関係が、上記とは逆であると、圧力容器内に供給されたＣＯ２含有ガスはＣＯ２排気口から排出される方が支配的となり、圧力容器内をＣＯ２含有ガスで満たすのが困難になる。特にＣＯ２の場合は、系外に放出される量が多くなることは環境面や健康面で望ましくない。
【００１９】
また、本発明に係る第２の処理装置としては、スラグのエージングと炭酸化とで共用するものであり、鉄鋼スラグが投入されるスラグ容器と、該スラグ容器を収容して密閉することができる圧力容器とを備えると共に、エージング処理の際には水蒸気配管から圧力容器内に加圧した水蒸気が供給されて、スラグ中の遊離ＣａＯを水和反応させ、また、炭酸化処理の際にはＣＯ２配管から圧力容器内に加圧したＣＯ２含有ガスが供給されて、スラグ中の水可溶性Ｃａ成分を炭酸化反応させる。このように、エージング処理における遊離ＣａＯの水和反応と、炭酸化処理における水可溶性Ｃａ成分の炭酸化反応とを、いずれも加圧状態で行うことで、それぞれの反応速度が向上する。
【００２０】
詳しくは、図２に示した例のとおり、第１の処理装置として説明したものに加えて、第２の処理装置では、更に、加圧した水蒸気が供給される水蒸気配管４と、圧力容器２内の雰囲気ガスが外部に排出される排気配管（水蒸気排気配管）７とを備えており、これらの給排気配管はそれぞれバルブ９を有する。
【００２１】
先ず、この第２の処理装置によりスラグのエージング処理を行う場合には、水蒸気配管４のバルブと水蒸気排気配管７のバルブとを開放して、水蒸気配管４から加圧した水蒸気を供給すると共に水蒸気排気配管７から圧力容器２内の雰囲気ガスを外部に排出して圧力容器２内を水蒸気雰囲気に置換した上で、所定の圧力の水蒸気雰囲気下でスラグの蒸気エージングを行う。その際、水蒸気配管４と圧力容器２との接続口である水蒸気供給口は、水蒸気排気配管７と圧力容器２との接続口である水蒸気排気口よりも鉛直方向の上側に位置しており、空気より軽い水蒸気（H2Oの分子量は18）が圧力容器２内の上方から徐々に充満して、圧力容器２内の雰囲気ガス（空気）が鉛直方向の下側に位置する水蒸気排気口より排気されるようにする。また、スラグの炭酸化処理を行う場合には、第１の処理装置と同様にして圧力容器２内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換した上で、所定の圧力のＣＯ２含有ガス雰囲気下でスラグの炭酸化処理を行う。このような圧力容器に対する給排気配管の接続口位置関係を有することで、それぞれの処理における圧力容器内の雰囲気ガスの置換を効率よく行うことができる。
【００２２】
第２の処理装置では、例えば図３に示したように、エージング処理で圧力容器２内を水蒸気雰囲気に置換する際に雰囲気ガスを排出する排気配管６と、炭酸化処理で圧力容器２内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する際に雰囲気ガスを排出する排気配管６とを共通にして、それぞれの処理で使用するようにしてもよい。すなわち、この場合には、水蒸気配管４と圧力容器２との接続口である水蒸気供給口4aが、排気配管６と圧力容器２との接続口である排気口6aよりも鉛直方向の上側に位置し、また、ＣＯ２配管５と圧力容器２との接続口であるＣＯ２供給口5aが、排気配管６の排気口6aよりも鉛直方向の下側に位置するようにすればよい。
【００２３】
それぞれの処理における圧力容器内の雰囲気ガスの置換効率をより高めるためには、好ましくは、例えば図４に示したように、排気配管６として、水蒸気雰囲気に置換する際に用いる水蒸気排気配管７とＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する際に用いるＣＯ２排気配管８とを個別に備えるようにするのがよい。その際、例えば地面に横向きに据え置いた円筒状の圧力容器２の頂上部付近に水蒸気配管４の水蒸気供給口4aを設けると共に底面部付近に水蒸気排気配管７の排気口7aを設け、同様に、圧力容器２の底面部付近にＣＯ２配管５のＣＯ２供給口5aを設けると共に頂上部付近にＣＯ２排気配管８の排気口8aを設けるなどして、それぞれの給排気配管の接続口の距離をできるだけ離して、上記で説明したような接続口位置関係を満たすようにするのが望ましい。
【００２４】
また、本発明に係る処理装置では、第１及び第２の処理装置において、ＣＯ２供給口から圧力容器内に吹き込まれるＣＯ２含有ガスの流れを減速させる、又はこのＣＯ２含有ガスの流れを鉛直方向の下側に向けるガス速度調整手段を備えるようにしたり、水蒸気供給口から圧力容器内に吹き込まれる水蒸気の流れを減速させる、又はこの水蒸気の流れを鉛直方向の上側に向けるガス速度調整手段を備えるようにしてもよい。すなわち、ＣＯ２供給口や水蒸気供給口から吹出される加圧したガスの流速を抑えたり、向きを変えるなどして調整することで、圧力容器内をそれぞれの雰囲気に置換する際の置換効率をより確保しやすくすることができる。このようなガス速度調整手段については特に制限はないが、例えば、図３中に示したように、ＣＯ２供給口5aからの吹き出し方向に設けてＣＯ２含有ガスの流れを下側に向ける調整板１４や、水蒸気供給口4aからの吹き出し方向に設けて水蒸気の流れを上側に向ける調整板１４のほか、これらの調整板をハニカム構造等からなる多孔体で形成して、それぞれのガスの速度を減速させたり、或いは、図４中で示したように、これらの供給口を配管の径より大きくすることで、配管内でのガス流速に比べて圧力容器内でのガスの流速を抑えることができる。
【００２５】
また、本発明における第１の処理装置には、圧力容器２に圧力計１１を設けて圧力容器２内の圧力を計測したり、ＣＯ２配管５に積算流量計１２を設けて圧力容器２内に供給されるＣＯ２含有ガスの総流量を計測するようにしてもよい。エージング処理の場合、スラグの持ち込み熱や圧力容器からの放熱等の影響でドレンが発生するため、正確な管理が行えないが、炭酸化処理ではドレンが発生することがないため、圧力容器内の圧力や加圧したＣＯ２含有ガスの総供給量に基づいて、炭酸化反応の状況を予測することが可能である。そのため、圧力計や積算流量計を設けることで、炭酸化処理の終点を管理するようにしてもよい。更には、圧力容器２にＣＯ２濃度計１３を取り付けて、圧力容器２から外部に漏れ出たり、スラグの炭酸化処理後に開閉蓋2aを開けてスラグ容器１を取り出す際のＣＯ２濃度を計測するようにしてもよい。
【００２６】
一方、第２の処理装置については、第１の処理装置と同様に、圧力計１１、積算流量計１２、及びＣＯ２濃度計１３のほか、更に、圧力容器２にドレン配管１０を設けて、エージング処理で発生したドレンを外部に排出するようにしてもよい。
【００２７】
また、本発明に係るスラグの処理装置におけるスラグ容器１は、第１及び第２の処理装置ともに、処理対象のスラグが投入されて、非密閉状態で圧力容器２内に収容されるものであれば特に制限はなく、公知のものを用いることができる。その際、例えば、スラグ容器１内のスラグに水蒸気やＣＯ２含有ガスが通風可能なように、スラグ容器の側面には通風孔やスリットを設けるようにしてもよい。また、このスラグ容器１は、スラグ容器搬入搬出装置３を使って圧力容器２内に収容されるようにしてもよい。更には、上記のような接続口位置関係を有するようにして、スラグ容器１の内部に水蒸気配管やＣＯ２配管を配置して、スラグ容器内のスラグに加圧した水蒸気やＣＯ２含有ガスを直接供給するようにしてもよい。
【００２８】
本発明において、上記のような第２の処理装置でスラグのエージングを行うには、先ず、スラグが投入されたスラグ容器を圧力容器に収容し、水蒸気配管と排気配管のバルブを開けて、水蒸気配管から加圧した水蒸気を供給すると共に排気配管から圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排出して、圧力容器内を水蒸気雰囲気に置換する。その際、好ましくは、圧力容器内が大気圧下で水蒸気濃度が８０vol％以上になるようにするのがよい。次いで、排気配管のバルブを閉めて、圧力容器内を０．１ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下、好ましくは０．４ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下の水蒸気雰囲気にして、スラグの蒸気エージングを行うことができる（エージング工程）。
【００２９】
また、上記のような第１又は第２の処理装置を用いてスラグの炭酸化処理を行うには、先ず、スラグが投入されたスラグ容器を圧力容器に収容し、ＣＯ２配管と排気配管のバルブを開けて、ＣＯ２配管から加圧したＣＯ２含有ガスを供給すると共に排気配管から圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排出して、圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する。その際、好ましくは、圧力容器内が大気圧下でＣＯ２濃度が８０vol％以上になるようにするのがよい。次いで、排気配管のバルブを閉めて、圧力容器内を０．１ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下、好ましくは０．４ＭＰａ以上２．０ＭＰａ以下のＣＯ２含有ガス雰囲気にして、スラグの炭酸化を行うことができる（炭酸化工程）。ここで、炭酸化処理に用いるＣＯ２含有ガスについては、二酸化炭素（CO2）を含有したものであればよく、工業用の炭酸ガスをはじめ、排ガスのようなＣＯ２濃度が数％程度のものを用いるようにしてもよい。
【００３０】
第２の処理装置を用いてスラグのエージングと炭酸化とを行う場合には、エージング終了後に圧力容器内を大気圧に開放した上で、圧力容器の開閉蓋を開けるなどしてスラグ容器を一旦外部に取り出す。その際、エージング処理での加圧した水蒸気の供給により、スラグ容器内のスラグは１００℃程度まで昇温している場合もあることから、スラグ容器内のスラグを９０℃以下の温度に冷却した後、再びスラグ容器を圧力容器に収容して炭酸化工程を行うようにするのがよい。
【００３１】
また、本発明で処理対象とする鉄鋼スラグとしては、製鉄所での製鉄過程や精錬過程において発生する高炉スラグや製鋼スラグ等を挙げることができる。なかでも、靭性・加工性のある鋼にする製鋼工程で生じる製鋼スラグは石灰分を主体としたものであり、遊離のＣａＯを多く含むことから、本発明に係る処理装置で処理するのに比較的適している。
【実施例】
【００３２】
以下、試験例等に基づいて、本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の内容に制限されるものではない。
【００３３】
〔試験例１〕
第１及び第２の処理装置を用いてスラグを炭酸化処理するにあたり、圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換する上での置換効率を確認するＣＯ２置換試験を行った。この試験では、図５に示したような、直径８０ｃｍ×長さ１２０ｃｍの円筒状の試験用圧力容器（容量530L）を用意し、長さ方向の一端面の中心（地面に横向きに据え置いた圧力容器の底面側から高さ約40cmの位置）に、加圧したＣＯ２含有ガスを供給するためのＣＯ２配管（内径25mm）が接続したＣＯ２供給口を設けた。また、この一端面から約７５ｃｍ離れた位置であって圧力容器の頂上部には、排気配管（内径25mm）が接続した排気口Ａを設けると共に、底面部にも同じく排気配管（内径25mm）が接続した排気口Ｂを設けて、試験用圧力容器とした。
【００３４】
そして、大気圧下におかれたこの試験用圧力容器を用いて、以下の試験条件１〜５により試験用圧力容器内をＣＯ２含有ガス雰囲気に置換しながら、排気口から排出されるガスのＣＯ２濃度を測定した。
すなわち、ＣＯ２供給口から試験用圧力容器内にＣＯ２含有ガスを吹き込むと共に、試験用圧力容器内の雰囲気ガスを排気口Ａから排出する場合（試験条件１）、ＣＯ２供給口から試験用圧力容器内にＣＯ２含有ガスを吹き込むと共に、試験用圧力容器内の雰囲気ガスを排気口Ｂから排出する場合（試験条件２）のほか、ガス速度調整手段として、図６（ａ）に示したように、ＣＯ２供給口にハニカム構造を有した多孔体を取り付けて、ＣＯ２配管内での流速に比べて減速したＣＯ２含有ガスが吹き込まれるようにした以外は試験条件１と同様とした場合（試験条件３）、図６（ｂ）に示したように、ＣＯ２含有ガスの吹き出し方向に傾斜板（調整板）を取り付けて、圧力容器内の鉛直方向下側に向けてＣＯ２含有ガスが流れるようにした以外は試験条件１と同様とした場合（試験条件４）、及び、図６（ｃ）に示したように、ＣＯ２供給口の吹き出し口をＣＯ２配管の径より大きくして、ＣＯ２配管内での流速に比べて減速したＣＯ２含有ガスが吹き込まれるようにした以外は試験条件１と同様とした場合（試験条件５）である。なお、試験条件１〜５の内容を表１にまとめて示した。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
これらの各試験条件において、圧力容器内にＣＯ２配管から３０Ｌ／minの流量でＣＯ２ガス（濃度100vol%）を供給しながら、排気口（Ａ又はＢ）から排出されたガスのＣＯ２濃度を測定し、圧力容器内へのＣＯ２ガスの供給時間と排気口から排出されるガスのＣＯ２濃度との関係を調べた。結果は表２及び図７に示したとおりであり、ＣＯ２ガスの供給開始から１０分までは、ＣＯ２供給口よりも鉛直方向下側にある排気口Ｂから排出されるガス（試験条件２）の方が、ＣＯ２供給口よりも鉛直方向上側にある排気口Ａから排出されるガス（試験条件１、３〜５）に比べてＣＯ２濃度が高いが、ＣＯ２ガスの供給開始から１５分経過した以降ではこの関係が逆転する。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
すなわち、試験条件２において初期のＣＯ２濃度が高いのは、圧力容器内に供給されたＣＯ２ガスの一部がそのまま排気口Ｂから流れ出たものであり、また、ＣＯ２ガスの供給開始から時間が経っても排気口Ａを使用した他の試験条件に比べてＣＯ２濃度が高くならないのは、圧力容器内の上側に残った空気により容器内がなかなかＣＯ２ガスで置換できなかったためと考えられる。これに対して、試験条件１、３〜５では、初期のＣＯ２濃度が低いのは容器内の空気が排出されたためであり、試験条件３や５ではＣＯ２ガスの供給開始から１５分で、残りの試験条件１や４でも開始から２０分で排気口Ａから排出されたガスのＣＯ２濃度が８０vol％に達し、それ以降の排出ガスのＣＯ２濃度がほぼ飽和することから、これらのタイミングで容器内が濃度８０vol％以上のＣＯ２ガスで置換されたと考えられる。
【００３９】
また、表３には、排気口から排出されたガスのＣＯ２濃度が８０vol％に達するまでに圧力容器内に供給されたＣＯ２ガス供給量（L）と排気口から排出されたＣＯ２排出量(L)とを示している。この場合には、排出口Ａを使用すれば、排出口Ｂに比べて１／２以下のＣＯ２ガス供給量で済むことが分かり、また、ＣＯ２排気量も１／５から１／３０程度まで削減できることが分かる。
【００４０】
【表３】
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【００４１】
〔実施例１〕
試験用のスラグ処理装置を用いて、下記表４に示した組成を有するスラグＡのエージング処理と炭酸化処理とを行った。ここで、スラグＡは、銑鉄を脱リン処理と脱炭処理とに分けて精錬する精錬工程において脱リン処理で排出されたスラグであり、粒度範囲０−３５ｍｍに粒度調整されたものである。また、この試験用スラグ処理装置は、図２に示したような第２の処理装置を構成しており、縦４０ｃｍ×横８０ｃｍ×高さ２５ｃｍであってスラグＡが投入されるスラグ容器１と、このスラグ容器１を収容して密閉することができる直径８０ｃｍ×長さ１２０ｃｍの円筒状の圧力容器２（容量530L）とを備えると共に、地面に横向きに据え置いた圧力容器２の頂上部側には水蒸気配管４とＣＯ２排気配管８とが接続され、圧力容器２の底面部側にはＣＯ２配管５と水蒸気排気配管７とが接続されて、これらの接続口は本発明に係る接続口位置関係を有している。
【００４２】
【表４】
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【００４３】
先ず、上記のスラグ容器１にスラグＡを１００ｋｇ入れ、圧力容器２にスラグ容器１ごと収容して開閉蓋2aを閉じた。そして、この圧力容器内に水蒸気配管４から加圧した水蒸気を供給すると共に水蒸気排気配管７から圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排出して、圧力容器２内が大気圧下で水蒸気濃度が９０vol％になるまで置換した。次いで、水蒸気排気配管７のバルブ９を閉めて、圧力容器２内が水蒸気により圧力０．５ＭＰａＧで維持されるようにして、スラグＡの蒸気エージングを５時間行った。ここまでの処理時間は、スラグＡが投入されたスラグ容器１を圧力容器２に入れて蓋をしてからエージング終了までおよそ５．５時間であった。また、このエージング終了後のスラグＡについて、JIS A5015“道路用鉄鋼スラグ”で規定される水浸膨張比を測定したところ1.2％であった。
【００４４】
エージング終了後、圧力容器２内を大気圧に開放した上で、圧力容器２の開閉蓋2aを開けてスラグ容器１を一旦外に取り出し、１時間程度外気に晒してスラグ容器１内の全てのスラグＡの温度が８０℃以下に低下したところで、再びスラグ容器１ごと圧力容器２に収容して開閉蓋2aを閉じた。このとき、スラグＡが投入されたスラグ容器１を圧力容器２に入れて蓋をするまでに要した時間はおよそ５分である。
【００４５】
そして、この圧力容器内にＣＯ２配管５から加圧したＣＯ２ガス（濃度100vol%）を供給すると共にＣＯ２排気配管８から圧力容器内の雰囲気ガスを外部に排出して、圧力容器２内が大気圧下でＣＯ２濃度が８０vol％になるまで置換した。このガス置換に要した時間はおよそ２０分である。次いで、ＣＯ２排気配管８のバルブ９を閉めて、圧力容器２内がＣＯ２ガスにより圧力０．０２ＭＰａＧで維持されるようにして、６０分間スラグＡを炭酸化反応させた。炭酸化終了後、圧力容器２内を大気圧に開放した上で、圧力容器２の開閉蓋2aを開けてスラグ容器１を取り出して処理を終了した。なお、スラグ容器１を外部に取り出すのに要した時間はおよそ５分であり、この取り出し時間を含めると、表５に示したとおり、スラグＡが投入されたスラグ容器１を圧力容器２に入れて蓋をしてから炭酸化を終了させるまでに要した合計時間はおよそ９０分であった。
【００４６】
【表５】
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【００４７】
炭酸化終了後のスラグＡについて、水中に入れて炭酸化処理後のスラグＡから溶出されるスラグ溶出水のｐＨを測定した。このｐＨ測定にあたっては、JIS K0058-1を参考にして、スラグ４０g（S）と純水１リットル（L）とを混合し（液固比：L/S=25）、１５０ｒｐｍの回転速度で溶液部分を攪拌しながら２４時間静置した後、ガラス電極式ｐＨ計を用いて測定した。その結果、実施例１で得られた炭酸化終了後のスラグＡのスラグ溶出水のｐＨはｐＨ＝１０．４まで低下していた。また、後述する実施例２及び３と比較するために、炭酸化反応の時間を３０分にした以外は上記実施例１と同様にした場合と、同じく炭酸化反応の時間を９０分にした以外は上記実施例１と同様にした場合とについて、それぞれ取り出したスラグＡのスラグ溶出水のｐＨを測定した。結果は図８に示したとおりである。
【００４８】
〔実施例２〕
実施例１と同様にしてエージング処理したスラグＡについて、炭酸化処理での圧力容器内の圧力を０．５０ＭＰａＧにし、炭酸化反応時間を３０分にした以外は実施例１と同様にして炭酸化処理を行った。このとき、炭酸化処理のためにスラグＡが投入されたスラグ容器１を圧力容器２に入れて蓋をするまでに要した時間は５分であり、また、圧力容器内をＣＯ２ガスで置換するのに２０分、圧力容器内の圧力を０．５０ＭＰａＧに昇圧するのに３分、炭酸化反応に３０分、及びスラグ容器１を外部に排出するのに５分を要し、炭酸化処理に要した合計時間は６３分であった。
【００４９】
上記で得られた炭酸化終了後のスラグＡについて、実施例１と同様にスラグ溶出水のｐＨを測定したところ、ｐＨ＝１０．２まで低下していた。また、この実施例２において炭酸化反応の時間を１５分、６０分、及び９０分にした以外は上記実施例２と同様にした場合について、それぞれ取り出したスラグＡのスラグ溶出水のｐＨを測定したところ結果は図８に示したとおりであった。
【００５０】
〔実施例３〕
実施例１と同様にしてエージング処理したスラグＡについて、炭酸化処理での圧力容器内の圧力を０．９５ＭＰａＧにし、炭酸化反応時間を１５分にした以外は実施例１と同様にして炭酸化処理を行った。このとき、炭酸化処理のためにスラグＡが投入されたスラグ容器１を圧力容器２に入れて蓋をするまでに要した時間は５分であり、また、圧力容器内をＣＯ２ガスで置換するのに２０分、圧力容器内の圧力を０．９５ＭＰａＧに昇圧するのに３分、炭酸化反応に３０分、及びスラグ容器１を外部に排出するのに７分を要し、炭酸化処理に要した合計時間は５２分であった。
【００５１】
上記で得られた炭酸化終了後のスラグＡについて、実施例１と同様にスラグ溶出水のｐＨを測定したところ、ｐＨ＝１０．３まで低下していた。また、この実施例３において炭酸化反応の時間を３０分、及び６０分にした以外は上記実施例３と同様にした場合について、それぞれ取り出したスラグＡのスラグ溶出水のｐＨを測定した。結果は、図８に示したとおりであった。
【００５２】
これらの結果から分かるように、本発明に係るスラグ処理装置を用いれば、スラグの積み替え作業や重機の使用等を要せずに、スラグのエージング処理から炭酸化処理まで効率よく行うことができる。特に、炭酸化処理については、例えば、海域利用や土工利用用途での白濁水溶出リスクの心配のないスラグ溶出水のｐＨ（ｐＨ＝１０．５以下）までいずれも６０分以内の炭酸化反応時間で達成している。なかでも、炭酸化処理の圧力条件を０．５０ＭＰａＧとした場合（実施例２）や０．９５ＭＰａＧとした場合（実施例３）には、圧力条件が０．０２ＭＰａＧの実施例１に比べてより短時間でスラグ溶出水のｐＨを低下させることができる。しかも、これら実施例２、３では、スラグ溶出水のｐＨを炭酸化処理の理論値近傍まで（炭酸カルシウム（CaCO3）の溶解平衡がおよそpH=10）低下させることが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１…スラグ容器、２…圧力容器、2a…開閉蓋、３：スラグ容器搬入搬出装置、４…水蒸気配管、4a…水蒸気供給口、５…ＣＯ２配管、5a…ＣＯ２供給口、６…排気配管、７…水蒸気排気配管、８…ＣＯ２排気配管、6a，7a，8a…排気口、９…バルブ、１０…ドレン配管、１１…圧力計、１２…積算流量計、１３…ＣＯ２濃度計、１４…調整板。
【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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【図７】
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【図８】
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