(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎａを含有する製鋼スラグとシリカ含有物質とを水で混練してスラグ硬化体とする製鋼スラグの固化方法において、
前記製鋼スラグに予めＮａ溶出の低減処理を水洗、酸洗又はエージング処理により行ない、１ｋｇの製鋼スラグを２リットルの水に浸した際の水中へのＮａ溶出量を０．２ｍｇ／リットル以下としてから、該製鋼スラグに前記シリカ含有物質と共に、Ｃａの酸化物及び／又は水酸化物であるＣａ系アルカリ刺激剤を添加、混練することを特徴とする製鋼スラグの固化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼スラグの固化方法に係わり、製鋼工程で大量に発生する粉粒状の製鋼スラグの処理方法であって、路盤用材、建材土木用材等の有用な無機質材料を製造しうる技術である。
【０００２】
【従来の技術】
通常、鋼を溶製する際に生じる製鋼スラグには、溶製時に使用した生石灰（ＣａＯ）の一部が未反応の状態で遊離石灰として残存している。この遊離石灰が何らかの水（雨水、海水、コンクリート施工用水等）に接触すると、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）を形成し、その形成に伴う体積膨脹により崩壊する。そのため、該製鋼スラグを利用した構造物も崩壊する恐れがあり、現在は、製鋼スラグのほとんどが産業廃棄物として埋め立て処分されている。しかし、近年、処分地確保の困難性や処分コストの増大等で、資源有効利用の対象に挙げられ、その利用技術の開発が盛んに行なわれている。
【０００３】
例えば、特開平１０−１３００４２号公報は、製鋼スラグの前記膨脹を抑制するため、潜在水硬性又はポゾラン反応性を有するＳｉＯ2含有物質と混合する技術を開示している。ここで、潜在水硬性とは、そのもの自体が有するアルカリ等の刺激により水硬反応を活発にする特性であり、ポゾラン反応性とは、別途添加するアルカリ（アルカリ刺激剤という）と反応し、１ＣａＯ−ｍＳｉＯ2−ｎＨ2Ｏ系のゲルを生成し、硬化する特性である。従って、この技術は、製鋼スラグの遊離石灰と前記ＳｉＯ2含有物質が接触すると、ポゾラン反応が起こり、消石灰の生成が抑制できるという理屈である。
【０００４】
また、特開平１０−２８７４５４号公報は、製鋼スラグと石炭灰（フライアッシュ）とをある量比で混合してなる細骨材（高炉スラグ細骨材を追加しても良い）を、コンクリートの施工に使用して良好な結果を得たことを開示している。この場合、石炭灰は前記ポゾラン反応性を有するＳｉＯ2含有物質に相当するので、着眼点は、前記特開平１０−１３００４２号公報記載の技術と同じである。
【０００５】
さらに、特開平１０−１５２３６４号公報は、風砕処理の施されていない製鋼スラグを用い、しかも使用中に遊離石灰の水和反応による破壊の起こらないコンクリートやモルタルのような水和硬化体にするという興味深い技術を提案している。具体的には、製鋼スラグを含有する骨材と、潜在水硬性を有するシリカ含有物質とポゾラン反応性を有するＳｉＯ2含有物質のうち１種または２種を５０重量％以上含有する水和反応によって硬化する結合材とを有してなる製鋼スラグを利用した水和硬化体である。そして、この技術では、製鋼スラグとして、転炉、電気炉、混銑車等で発生したスラグのみならず溶銑予備処理スラグも用いることができると記載されている。
【０００６】
ところが、特開平１０−１５２３６４号公報記載の技術を試行し、その効果を確認したところ、製鋼スラグとして転炉スラグや電気炉スラグを採用した場合には良い結果が得られたが、混銑車や高炉鋳床で溶銑の予備処理をした時に生じたスラグ等では、望ましい結果にならないことが多かった。最近の製鋼事情は、鋼材の厳しい品質要求に伴い、溶銑を予備処理したり、あるいは転炉や電気炉で溶製した溶鋼を真空脱ガス装置等内で再度精錬する（二次精練という）ことが多くなる。従って、それら溶銑予備処理や二次精錬工程で発生するスラグの量が従来より一層増加する傾向にあり、それらスラグを確実に有効利用できる技術の出現が期待される。
【０００７】
そこで、本出願人は、先に特願平１１−２９３４４９号及び特願平１１−２９３４５０号にて、骨材として使用するのに不適合な製鋼スラグを素材にして、高強度なスラグの水和硬化体を製造する方法を提案した。これによって、上記溶銑予備処理スラグ等を利用した場合の問題点が解消できた。
【０００８】
しかしながら、詳細に調査すると、それら技術で得た水和硬化体でも、その圧縮強度の値は大きくバラツキ、安定した特性を有する製品という観点ではまだ問題があった。路盤材や建築土木材と言えども、特性が安定していないと、実用に供し難いので、前記した多くの技術は、まだ改良する余地がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、スラグ硬化体の圧縮強度のバラツキを従来より低減可能な製鋼スラグの固化方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者は、本発明の目的を達成するため、従来技術の改良に鋭意努力し、その成果を本発明に具現化した。
【００１１】
すなわち、本発明は、Ｎａを含有する製鋼スラグとシリカ含有物質とを水で混練してスラグ硬化体とする製鋼スラグの固化方法において、前記製鋼スラグに予めＮａ溶出の低減処理を水洗、酸洗又はエージング処理により行ない、１ｋｇの製鋼スラグを２リットルの水に浸した際の水中へのＮａ溶出量を０．２ｍｇ／リットル以下としてから、該製鋼スラグに前記シリカ含有物質と共に、Ｃａの酸化物及び／又は水酸化物であるＣａ系アルカリ刺激剤を添加、混練することを特徴とする製鋼スラグの固化方法である。
【００１５】
本発明では、Ｎａを含有する製鋼スラグからの溶出Ｎａ量を低減してから、シリカ含有物資を加えたり、Ｃａ系アルカリ刺激剤を添加するようにしたので、製鋼スラグの固化が安定して生じるようになる。その結果、従来に比べて圧縮強度のバラツキが低減し、特性の安定した水和硬化体が製造できるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯を交え、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
まず、発明者は、スラグの水和硬化体の圧縮強度がバラツク原因を詳細に検討した。そして、その原因は、製鋼スラグの組成の複雑さにあると予想した。製鋼スラグの範畴には、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、溶融還元炉スラグ、二次精錬スラグ、ステンレススラグ等、化学組成がそれぞれ大きく異なるものが含まれる。そして、その成分について見ると、ＳｉＯ2の極めて高いもの、またＣａＯやＮａ2Ｏの多いもの、未滓化のＣａＯが多いもの、ＦｅＯに富むもの等、雑多である。今迄は、これら製鋼スラグに同一の処理を施してスラグ硬化体を製造していたが、いずれのスラグを用いた場合でも、その特性が同一になるとするのは無理であることに気がついた。
【００１８】
そして、引き続き、いずれの製鋼スラグを用いても、それらの水硬体の圧縮強度がほぼ同程度にする手段がないかどうかを研究した。その結果、圧縮強度に大きな影響を与える因子は、製鋼スラグが有するアルカリ成分であることを知った。つまり、製鋼スラグにシリカ含有物質を加え、混練しても、該製鋼スラグから水にＮａイオンとＣａイオンの両方が同時に溶け出すと、その後シリカ含有物資等を加え、水和して固化した後のスラグ硬化体の強度が低くなることがわかった。
【００１９】
そこで、発明者は、この事実を有効に利用し、製鋼スラグにシリカ含有物質を加え、水で混練する前に、予め該製鋼スラグからのＮａ溶出を低減することを着想し、それを本発明の重要な要件とした。本発明が対象とする製鋼スラグは、上述したように、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、溶融還元炉スラグ、二次精錬スラグ、ステンレススラグ等であり、それらの中でも、Ｎａを含有するスラグである。特に、Ｎａ溶出量が０．２ｍｇ／リットル（水）を超えるようなスラグが好ましい。なお、本発明で言うスラグのＮａ溶出量は、下記のようにして測定した値である。原料の製鋼スラグを、固化体を製造する際に使用する粒度に粉砕し、その１ｋｇを２リットルの純水中に加え、常温で１時間保持する。その後、３０００ｒｐｍの回転速度で遠心分離して、その上澄液に含まれるＮａイオンの濃度（ｍｇ／リットル）を定量し、これをＮａ溶出量とする。また、製鋼スラグからのＮａ溶出量を低減する具体的な手段としては、製鋼スラグの水洗、酸洗、あるいはエージングが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明に係るいずれの方法も、スラグに含まれる溶出性のＮａを予め、水、酸溶液あるいは水溶液に溶出除去し、ＳｉＯ2含有物質と混練する際に、Ｎａが過剰に溶出して固化を妨げることを防止するものである。加えて、どの方法で固化を行なう場合も、事前に処理条件とスラグのＮａ溶出量の変化傾向を把握しておき、製鋼スラグが所定のＮａ溶出量を示すようになる条件で処理を行なうか、あるいは、Ｎａ溶出量低減処理を行ないつつ、逐次スラグのサンプルを採取してそのサンプルの示すＮａ溶出量を測定し、その値が所定の値になるまで処理を行なえば良い。
【００２１】
本発明では、製鋼スラグからのＮａ溶出量が０．２ｍｇ／リットル以下になるように、上記の処理をすることが好ましい。スラグの固化を左右するのは、スラグ中に含まれるＮａの絶対量ではなく、あくまでも溶出量だからである。そして、その量が０．２ｍｇ／リットルを超えると、固化に要する時間や固化後のスラグ固化体強度のばらつきが大きくなったり、極端な場合には固化自体が生じなくなることもあるからである。
【００２２】
従って、本発明は、このように事前に水溶性のＮａが除去された製鋼スラグに、潜在水硬性を有するシリカ含有物質と、ポゾラン反応の促進を図るためのアルカリ刺激剤とを加え、水で混練して水和させ、スラグを固化させるものである。シリカ含有物質としては、高炉水砕スラグ微粉末、フライアッシュ、セメント等が好適に使用できる。また、これらに石膏を添加しても良い。
【００２３】
ここで重要なことは、アルカリ刺激剤としてＣａ系のものに限定することである。Ｎａ系のものを用いたのでは、除去したＮａが復活して不合理であるし、水硬体の圧縮強度が低下するからである。具体的には、Ｃａ系アルカリ刺激剤としては、Ｃａ（ＯＨ）2の使用が良かった。混練時の水分の供給は、上記原料の混合時に水を添加する方法、原料を乾燥状態で混合したのち蒸気や噴霧水などによって吸水浸透させれば良い。なお、水分量は、全原料に対して外掛けで、１０〜２０質量％程度である。
【００２４】
【実施例】
表１に示す化学組成の製鋼スラグを４０ｍｍ以下に微粉砕し、本発明に係る種々の固化方法を実施した。その際、効果を確認するための比較例も実施した。実施条件を表２に、実施結果を表３に一括して示す。なお、スラグ硬化体の圧縮強度は、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に規定されているコンクリートの圧縮強度試験方法によって測定した。
【００２５】
【表１】
0004736157.tif 000002
【００２６】
【表２】
0004736157.tif 000003
【００２７】
【表３】
0004736157.tif 000004
【００２８】
表３より、いずれの製鋼スラグを用いても、硬化体の圧縮強度がほぼ同一になり、従来に比べてバラツキが低減し（比較例参照）、且つその値は、路盤材、建築土木用材として十分使用可能な範囲になることが明らかである。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、従来、産業廃棄物として処理されてきた製鋼スラグを、路盤材、建築土木用材に大量に用いることが可能になった。この結果は、資源の再利用、環境の向上などに寄与するものと期待される。