(57)【要約】【課題】固結防止剤を高炉水砕スラグ粒子に十分に行き渡らせることができ、高炉水砕スラグの固結を有効に防止することができる高炉水砕スラグの処理方法を提供すること。【解決手段】高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグの篩い分けの際に、篩３上にある高炉水砕スラグ８または篩３下へ落下している高炉水砕スラグ９に固結防止剤を添加する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグの篩い分けの際に、篩上にある高炉水砕スラグまたは篩下へ落下している高炉水砕スラグに固結防止剤を添加することを特徴とする高炉水砕スラグの処理方法。
【請求項２】
高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグの搬送にともなうベルトコンベアへのまたはベルトコンベアからの落下時に、高炉水砕スラグに固結防止剤を添加することを特徴とする高炉水砕スラグの処理方法。
【請求項３】
高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグに固結防止剤を添加し、その後高炉水砕スラグを混合または破砕することを特徴とする高炉水砕スラグの処理方法。
【請求項４】
前記固結防止剤は、有機化合物を含むものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高炉水砕スラグの処理方法。
【請求項５】
前記固結防止剤は、炭酸水溶液であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高炉水砕スラグの処理方法。
【請求項６】
前記固結防止剤は、炭酸塩、炭酸水素塩、炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウムの少なくとも１種の水溶液であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高炉水砕スラグの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉水砕スラグの処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉水砕スラグは、製銑工程において副産する高炉スラグに、加圧水を噴射して急冷、粒状化したもので、年間２０００万ｔ以上生産されている。
高炉水砕スラグは、水硬性を持つため、微粉砕し、セメント用原料に使われてきた。また、近年、天然砂が枯渇しつつあるなかで、資源保護の観点から、天然砂の代替として、土木工事用材料や、コンクリート用細骨材として、高炉水砕スラグそのもの、あるいは粉砕して粒度調整した粒度調製物として使用する機会が増えてきている。
【０００３】
ところで、高炉水砕スラグは、そのまま用いられる場合も粒度調製物として用いられる場合も、出荷待ち、あるいは使用待ちのため野積み状態または貯槽内で長時間貯蔵されることが多く、さらに船舶等により長期間をかけて輸送される場合もある。高炉水砕スラグの水硬性は、セメント原料として使用する際には必要不可欠な性質であるが、使用前の長期間の貯蔵中あるいは輸送中に、スラグ粒子同士が水和生成物を媒体に強固に固結し塊状になると、もはや細骨材として使えなくなり、その結合強度も高いことから、もとの粒子状に破砕、整粒するのに極めて労力を要する。
【０００４】
また、高炉水砕スラグを土木工事用材料として使用する場合、強固な地盤を形成させるという目的には水硬性が有利に働くが、軟弱地盤の表層処理工法のサンドマット材等に使用するには、経過日数によっては施工中に固結するため、次に、このサンドマット材にペーパードレインあるいはプラスチックドレイン等の垂直ドレイン材を打設、貫通させようとしても極めて困難になる。土木用途としては、盛土材、埋め戻し材、裏込め材などとして使用されることもあるが、この場合も、施工をした後に、数日から数年後に、その部分を掘り起こし新たに埋設物を埋める工事をしたり、植裁を施したり、さらに数十年が経過した後に再度掘り起こしたりするケースもある。これらの場合、水砕スラグの固結は、掘り起こし作業に大きな力を必要とし、さらに、配管工事などでは、既埋設物の破損を引き起こす危険性もある。したがって、従来は、この種の用途への高炉水砕スラグの使用が制約されてきた。
【０００５】
かかる固結現象は、気温の高い夏季に特に顕著であり、以下のような機構で進行すると考えられる。まず、高炉水砕スラグの粒子内、粒子間隙に存在する水分に、高炉水砕スラグからカルシウムが溶出し、水分中のｐＨが上昇する。このアルカリ刺激によりシリコンやアルミニウム等の成分が溶出する。溶出した成分によって、高炉水砕スラグ粒子近傍の液相中のカルシウム、シリコン、アルミニウム等の成分濃度が、各種水和生成物の析出条件まで上昇すると水和物の生成が始まり、エトリンガイト（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＣａＳＯ４・３２Ｈ２Ｏ）や、珪酸カルシウム水和物（Ｃ−Ｓ−Ｈ）等の水和物を生成し、次第に層厚を増し、粒子同士の固結へ至る。また、この水和物生成反応は、液相においてのみならず、高炉水砕スラグの表面近傍の粒子内部でも生じる。
【０００６】
このため、高炉水砕スラグまたはその粒度調製物の貯蔵や輸送中の固結を防止するために、従来から固結防止剤が用いられている。このような固結防止剤として、特許文献１にはポリカルボン酸重合体が、特許文献２にはリグニンスルホン酸類やオキシカルボン酸類が、特許文献３には脂肪族オキシカルボン酸、脂肪族オキシカルボン酸塩またはこれらの２種以上の混合物が、さらには特許文献４にはオキシカルボン酸および／またはその塩のアルキレンオキサイド付加物がそれぞれ開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭５８−２１７８号公報
【特許文献２】
特公昭５８−９７７９号公報
【特許文献３】
特公昭５８−３５９４４号公報
【特許文献４】
特開２００１−５８８５５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単に高炉水砕スラグに固結防止剤を添加しても、高炉水砕スラグが凝集している場合には、高炉水砕スラグ粒子の全てに固結防止剤が供給されない。この場合には高炉水砕スラグの固結防止剤が行き渡らない部分において、十分な固結防止作用を得ることができないおそれがある。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、固結防止剤を高炉水砕スラグ粒子に十分に行き渡らせることができ、高炉水砕スラグの固結を有効に防止することができる高炉水砕スラグの処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグの篩い分けの際に、篩上にある高炉水砕スラグまたは篩下へ落下している高炉水砕スラグに固結防止剤を添加することを特徴とする高炉水砕スラグの処理方法が提供される。
【００１１】
本発明の第２の観点では、高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグの搬送にともなうベルトコンベアへのまたはベルトコンベアからの落下時に、高炉水砕スラグに固結防止剤を添加することを特徴とする高炉水砕スラグの処理方法が提供される。
【００１２】
本発明の第３の観点では、高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグに固結防止剤を添加し、その後高炉水砕スラグを混合または破砕することを特徴とする高炉水砕スラグの処理方法が提供される。
【００１３】
上記第１の観点によれば、篩上にある高炉水砕スラグまたは篩下へ落下している高炉水砕スラグに固結防止剤を供給するが、その際の高炉水砕スラグは粒子がばらされた分散状態になっており、供給された固結防止剤は高炉スラグ粒子をまんべんなく覆うことができる。したがって、固結防止剤の作用を有効に発揮させることができ、高炉水砕スラグの固結を有効に防止することができる。
【００１４】
上記第２の観点によれば、高炉水砕スラグの搬送にともなうベルトコンベアへのまたはベルトコンベアからの落下時に、高炉水砕スラグ粒子に固結防止剤を供給するが、その際にも高炉水砕スラグ粒子がばらされた分散状態となり、供給された固結防止剤は高炉スラグ粒子をまんべんなく覆うことができる。したがって、固結防止剤の作用を有効に発揮させることができ、高炉水砕スラグの固結を有効に防止することができる。
【００１５】
上記第３の観点によれば、高炉水砕スラグに固結防止剤を添加した後に、高炉水砕スラグを混合または破砕するが、この混合または破砕により添加された固結防止剤を高炉水砕スラグ粒子の周囲にまんべんなく供給することができる。したがって、固結防止剤の作用を有効に発揮させることができ、高炉水砕スラグの固結を有効に防止することができる。
【００１６】
この場合に、前記固結防止剤は、リグニンスルホン酸や、オキシカルボン酸等の有機系物質や、炭酸水溶液、さらには炭酸塩、炭酸水素塩、炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウムの少なくとも１種の水溶液を好適に用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳細に説明する。
本発明の第１の実施形態においては、高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグの篩い分けの際に、篩上にある高炉水砕スラグまたは篩下へ落下している高炉水砕スラグに固結防止剤を添加する。
【００１８】
ここで、固結防止剤としては、リグニンスルホン酸、リグニンスルホン酸塩、オキシカルボン酸、オキシカルボン酸塩、オキシカルボン酸またはオキシカルボン酸塩のアルキレンオキサイド付加物、アクリル酸重合体、アクリル酸塩重合体、マレイン酸重合体、マレイン酸塩重合体等のカルボン酸重合体、カルボン酸塩重合体等の有機化合物を挙げることができる。これらは水溶液の状態で添加してもよいし、粉体として添加してもよい。この場合の添加量はその種類にもよるが、高炉水砕スラグに対して０．００２〜０．３ｍａｓｓ％が好ましく、０．０１〜０．０３ｍａｓｓ％が一層好ましい。
【００１９】
これら有機化合物の固結防止剤は、溶液として添加する場合、例えば、有効成分３０％程度からなる固結防止剤溶液をさらに水で希釈して、スプレーノズルで高炉水砕スラグへ散布することにより添加する。実操業においては、水砕スラグに対し希釈液の散布量が０．５〜１％程度になるように、固結防止剤を希釈する水の添加量を調整する。水の希釈量が多すぎると固結防止剤が高炉水砕スラグから流出しやすく、少なすぎると高炉水砕スラグへの混合が不十分となる。また、粉体として添加する場合は、粉体供給フィーダーを用いる。
【００２０】
他の固結防止剤としては炭酸水溶液を挙げることができる。固結防止剤として炭酸水溶液を用いることにより、高炉水砕スラグに含まれるＣａＯと、炭酸水溶液中の炭酸（Ｈ２ＣＯ３）とが反応し、高炉水砕スラグの粒子表面に難溶性の炭酸カルシウム皮膜を形成することができ、これによって、高炉水砕スラグと接触する水のｐＨが上昇しなくなり、高炉水砕スラグからのＣａ等の溶出が起こらなくなり、固結を防止することができる。
【００２１】
炭酸水溶液を高炉水砕スラグに添加するためには、例えば、上記水溶液を高炉水砕スラグに散布する。炭酸水溶液は、簡易な設備により比較的容易に得られるため、大規模な設備が不要である。
【００２２】
高炉水砕スラグは加圧水を噴射して急冷・粒状化したもので、製造直後には約３０％の含水比（乾スラグに対する重量割合）を有し、脱水槽と野外貯蔵の間に含水比が通常１０％以下になるが、貯蔵中に雨が降ると１０数％まで上昇することもある。このように、高炉水砕スラグはもともと数％から３０％程度の水分を含有するから、散布する場合には、散布する炭酸水溶液の量はもともと含有する水分に応じた量とすることが好ましい。つまり、最終的に高炉水砕スラグ周囲の必要な炭酸等の濃度を確保するためには、含水比が高くなるほど水溶液の量を増加させることが好ましい。そして、もともと含まれる初期含水比と同程度の水溶液の添加が適当である。ただし、水溶液の散布量が３０％を超えても効果が飽和するばかりか、むだに流出する量が多くなり散布のメリットが減じられるため、水溶液の散布量は高炉水砕スラグの３０％以下が好ましい。
【００２３】
さらに他の固結防止剤としては、炭酸塩、炭酸水素塩、炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウムを挙げることができる。炭酸塩、炭酸水素塩、炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウムは、水溶液の状態では、炭酸イオン、炭酸水素イオンの少なくとも１種を生成するため、上記の少なくとも１種の水溶液を高炉水砕スラグに添加することにより、その中に含まれるＣａＯと、水溶液中の炭酸イオンや炭酸水素イオンとが反応し、高炉水砕スラグの粒子表面に難溶性の炭酸カルシウム皮膜を形成することができ、これによって、高炉水砕スラグと接触する水のｐＨが上昇しなくなり、高炉水砕スラグからのＣａ等の溶出が起こらなくなり、固結を防止することができる。
【００２４】
上記水溶液を高炉水砕スラグに添加するためには、例えば、上記水溶液を高炉水砕スラグに散布する。上記水溶液は、上記炭酸塩等を水に溶解することにより比較的容易に得られるため、大規模な設備が不要である。
【００２５】
これら水溶液を散布する場合にも炭酸水溶液と同様、高炉水砕スラグはもともと数％から３０％程度の水分を含有するから、散布する上記水溶液の量はもともと含有する水分に応じた量とすることが好ましい。水溶液の散布量が３０％を超えても効果が飽和するばかりか、むだに流出する量が多くなり散布のメリットが減じられるため、水溶液の散布量は高炉水砕スラグの３０％以下が好ましい。
【００２６】
本実施形態では、高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグの篩い分けの際に、篩上にある高炉水砕スラグまたは篩下へ落下している高炉水砕スラグに上記のようにして固結防止剤を添加する。
【００２７】
このような篩としては、高炉水砕スラグから高炉スラグ細骨材等の粒度調整物を製造する設備に設けられている高炉水砕スラグの破砕物を篩い分けする振動篩を用いる。この振動篩ではその篩の上の高炉水砕スラグ破砕物も振動篩を通過して落下しつつある高炉水砕スラグ破砕物もいずれも分散状態であるから、この高炉水砕スラグ破砕物に固結防止剤を上述のようにして添加することにより、固結防止剤がまんべんなく高炉水砕スラグ粒子を覆うようにすることができる。
【００２８】
例えば、図１に示すように、コンベア１の下方に振動篩２を設け、その振動篩２の上方に複数のスプレーノズル５を有する固結防止剤配管４を設けて、コンベア１からその篩目３に落下された高炉水砕スラグ破砕物８に対して、スプレーノズル５から溶液状の固結防止剤を散布することができる。また、篩目３を通過した高炉水砕スラグ破砕物９がコンベア６に落下する途中でスプレーノズル７から溶液状の固結防止剤を散布することができる。なお、篩目３を通過しなかった高炉水砕スラグ破砕物は振動篩２の側壁に設けられた排出口２ａから排出され破砕装置へリターンされる。また、篩目３を通過した高炉水砕スラグ破砕物９は成品としてコンベア６により成品槽へ搬送される。固結防止剤が粉体の場合には、スプレーノズルを用いる代わりに、粉体供給フィーダーを用いて散布する。
【００２９】
この場合に、篩目３の上の高炉水砕スラグ破砕物８も篩目３を通過した後に落下しつつある高炉水砕スラグ破砕物９もいずれも分散状態にあるから、これらに上述のようにして固結防止剤を添加することにより、固結防止剤が高炉水砕スラグ粒子の周囲に行き渡り、十分な固結防止効果を得ることができる。なお、スプレーノズル５および７からの固結防止剤の散布の両方を行ってもよいし、いずれか一方であってもよい。
【００３０】
第２の実施形態においては、高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグの搬送にともなうベルトコンベアへのまたはベルトコンベアからの落下時に、高炉水砕スラグに固結防止剤を添加する。その際の固結防止剤の添加は上述のようにして行うことができる。
【００３１】
製造後の高炉水砕スラグを搬送する際には、通常、ベルトコンベアが用いられるが、コンベアの乗り継ぎの際の高炉水砕スラグの落下時、またはコンベアから成品槽等他の設備への高炉水砕スラグの落下時には高炉水砕スラグは分散状態であるから、この高炉水砕スラグに固結防止剤を上述のようにして添加することにより、固結防止剤がまんべんなく高炉水砕スラグ粒子を覆うようにすることができる。
【００３２】
例えば、図２に示すようにコンベア１１かからコンベア１２へ高炉水砕スラグ１３を落下させる際には、高炉水砕スラグ１３は分散状態にあるから、この状態の高炉水砕スラグにスプレーノズル１４から溶液状の固結防止剤を散布することにより、固結防止剤が高炉水砕スラグ粒子の周囲に行き渡り、十分な固結防止効果を得ることができる。なお、この実施形態においても、固結防止剤が粉体の場合には、スプレーノズルを用いる代わりに、粉体供給フィーダーを用いて散布すればよい。
【００３３】
本発明の第３の実施形態においては、高炉水砕スラグを製造後、高炉水砕スラグに固結防止剤を添加し、その後高炉水砕スラグを混合または破砕する。その際の固結防止剤の添加は上述のようにして行うことができる。
【００３４】
高炉水砕スラグから高炉スラグ細骨材等の粒度調整物を製造する場合には、高炉水砕スラグを破砕し、または混合するが、その前に固結防止剤を添加しておけば、混合や破砕の際に、添加された固結防止剤が高炉水砕スラグに混合され、高炉水砕スラグ粒子の周囲にまんべんなく供給される。したがって、固結防止剤の作用を有効に発揮させることができ、高炉水砕スラグの固結を有効に防止することができる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
高炉水砕スラグを製造後、５ｍｍ高炉スラグ細骨材の粒度分布に破砕整粒する工程で、表１に示す固結防止剤を、篩い分けする際に、篩上の高炉水砕スラグに添加するか、または高炉水砕スラグの搬送にともなうベルトコンベア落下時に添加した後に添加するか、または添加後に破砕し、それぞれ５ｍｍ高炉水砕スラグ細骨材の粒度に調整した高炉水砕スラグ粒度調整物を８０トン得た。比較のため、高炉水砕スラグを破砕後、凝集した状態の高炉水砕スラグに固結防止剤を添加したものも準備した。なお、表１に示す固結防止剤の添加量は、固結防止剤の純分で示している。
【００３６】
得られた固結防止剤添加高炉水砕スラグ粒度調整物を屋外に高さ３ｍの小山状にして貯蔵し、定期的に固結状況の測定を行った。固結防止性は、以下に示す方法により貫入抵抗係数を求めることによって評価した。ここで貫入抵抗係数が０．４５以下の場合に固結による問題なし、０．４５を超える場合に固結による問題ありと判定した。その結果を表１に併記する。
【００３７】
貫入抵抗係数
コンクリート・ライブラリー第７６号  高炉スラグ骨材コンクリート施工指針Ｐ２１  土木学会  １９９３、に記載の貫入抵抗測定機を野積みの小山に貫入し、下記の計算式により貫入抵抗係数を算出した。
貫入抵抗係数＝１００ｃｍ貫入時のばねばかりの荷重（ｋｇｆ）／貫入長さ１００（ｃｍ）
または、
貫入抵抗係数＝ばねばかり最大荷重２０ｋｇｆ／ばねばかり最大荷重２０ｋｇｆ時の貫入長さ（ｃｍ）
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１に示すように、本発明の実施例である、固結防止剤を篩上で添加したもの、コンベアから落下時に添加したもの、添加した後に破砕したものは、固結防止剤が十分に行き渡ったのに対し、破砕後、凝集した状態の高炉水砕スラグに固結防止剤を添加した比較例では固結防止剤が十分に行き渡らず、同じ固結防止剤で比較した場合に、実施例の場合のほうが比較例の場合よりも固結防止剤を添加してから固結するまでの期間を長くできることが確認された。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、篩上にある高炉水砕スラグまたは篩下へ落下している高炉水砕スラグに固結防止剤を供給することにより、分散状態の高炉水砕スラグに固結防止剤を添加することができ、添加された固結防止剤は高炉スラグ粒子をまんべんなく覆うことができる。したがって、固結防止剤の作用を有効に発揮させることができ、高炉水砕スラグの固結を有効に防止することができる。
【００４１】
また、高炉水砕スラグの搬送にともなうベルトコンベアへのまたはベルトコンベアからの落下時に、高炉水砕スラグ粒子に固結防止剤を供給することにより、分散状態の高炉水砕スラグに固結防止剤を添加することができ、添加された固結防止剤は高炉スラグ粒子をまんべんなく覆うことができる。したがって、固結防止剤の作用を有効に発揮させることができ、高炉水砕スラグの固結を有効に防止することができる。
【００４２】
さらに、高炉水砕スラグに固結防止剤を添加した後に、高炉水砕スラグを混合または破砕することにより、添加された固結防止剤を高炉水砕スラグ粒子の周囲にまんべんなく供給することができる。したがって、固結防止剤の作用を有効に発揮させることができ、高炉水砕スラグの固結を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉水砕スラグを篩分けする振動篩において本発明を実施する状態を説明するための図。
【図２】高炉水砕スラグを搬送するコンベアの乗り継ぎ部で本発明を実施する状態を説明するための図。
【符号の説明】
１，６，１１，１２；コンベア
２；振動篩
３；篩目
５，７，１４；スプレーノズル
８；高炉水砕スラグ破砕物
９；高炉水砕スラグ破砕物
１３；高炉水砕スラグ
【図１】
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【図２】
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