(57)【要約】   【課題】    環境に悪影響を及ぼすことなくしかも十分な強度でカーバイド滓を改良する。  【解決手段】本発明に係る副産消石灰の改良方法においては、まず、副産消石灰であるカーバイド滓と高炉スラグとを混合して混合体とする（ステップ１０１）。次に、上述した混合体を水和反応で固化させて改良体を製造する（ステップ１０２）。このようにすると、カーバイド滓は、高炉スラグの潜在的水硬性によって硬化し、十分な強度を持つ改良体へと変質する。次に、硬化した改良体を気中養生し、炭酸化させる（ステップ１０３）。気中養生は、例えば、屋外で風乾すればよい。次に、中性化された改良体を、埋立材、盛土材、裏込め材、埋戻し材などさまざまな用途の土木資材として利用する（ステップ１０４）。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
副産消石灰と高炉スラグとを含水状態となるように混合して混合体とし、該混合体を水和反応で固化させることによって前記混合体の改良体を製造することを特徴とする副産消石灰の改良方法。
【請求項２】
前記副産消石灰を湿式でアセチレンを製造したときの副産物であるカーバイド滓とした請求項１記載の副産消石灰の改良方法。
【請求項３】
前記副産消石灰をカーバイド滓とするとともに、前記改良体を海水に投入される埋立材とした請求項１記載の副産消石灰の改良方法。
【請求項４】
製造された前記改良体を気中養生して炭酸化した請求項１記載の副産消石灰の改良方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてカーバイドを原料としてアセチレンを製造するときに副産物として生成される副産消石灰の改良方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アセチレンは、従前から採鉱の坑内照明などに利用されてきたほか、最近ではこれを出発原料として合成香料が製造されるなど、その用途は広い。かかるアセチレンは、 カーバイド(CaC2)を水と化学反応させる方法や、メタンや石油系の炭化水素を高温で熱分解する方法で製造されるが、前者の方法でアセチレンを製造する場合、カーバイド滓とよばれる副産物が生成される。
【０００３】
カーバイド滓は、水酸化カルシウム、すなわち消石灰を主成分とするため、副産消石灰とも呼ばれており、肥料の原料として利用できるものの、コストの関係で産業廃棄物として廃棄処分せねばならないことが多いのが現状であり、廃棄物処分場の減少に伴い、副産消石灰の処分も困難となっている。
【０００４】
一方、カーバイド滓は、湿式でアセチレンを製造した場合、相当量の水を含むスラリー状となるため、カーバイド滓をそのまま盛土材や埋立材として再利用しようとしても、含水比が高いためにトラフィカビリティが悪く、土地造成が困難である。
【０００５】
そのため、カーバイド滓にセメントを添加して強度を向上させることにより、土地造成材として再利用を図る技術開発がなされてきた。
【０００６】
【特許文献１】特開2003-062598
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、セメントの添加はいうまでもなくｐＨ増加を招き、環境に悪影響を及ぼすのみならず、セメント添加量を増加させても十分な強度が得られないという問題も生じており、カーバイド滓をセメントで硬化ないしは固化させて土地造成材として有効利用するには、その適用範囲等においておのずと限度があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、環境に悪影響を及ぼすことなくしかも十分な強度でカーバイド滓を改良することが可能な副産消石灰の改良方法を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る副産消石灰の改良方法は請求項１に記載したように、副産消石灰と高炉スラグとを含水状態となるように混合して混合体とし、該混合体を水和反応で固化させることによって前記混合体の改良体を製造するものである。
【００１０】
また、本発明に係る副産消石灰の改良方法は、前記副産消石灰を湿式でアセチレンを製造したときの副産物であるカーバイド滓としたものである。
【００１１】
また、本発明に係る副産消石灰の改良方法は、前記副産消石灰をカーバイド滓とするとともに、前記改良体を海水に投入される埋立材としたものである。
【００１２】
また、本発明に係る副産消石灰の改良方法は、製造された前記改良体を気中養生して炭酸化したものである。
【００１３】
本発明に係る副産消石灰の改良方法においては、まず、副産消石灰と高炉スラグとを含水状態となるように混合して混合体とし、しかる後、該混合体を水和反応で固化させることによって混合体の改良体を製造する。
【００１４】
このようにすると、製造された改良体は、同じ質量のセメントを固化材として添加した場合よりも場合により一軸圧縮強さで１０倍以上、強度が向上する。
【００１５】
副産消石灰は、所定の物質を得る目的で化学反応させた場合の製造プロセスにおいて、消石灰すなわち水酸化カルシウムCa(OH)２が副産物として生成されるものを意味し、主としてカーバイド滓、特に湿式でアセチレンを製造したときの副産物であるカーバイド滓が本発明の副産消石灰に含まれるが、カーバイドを原料として石灰窒素を製造する際に生成される副産物なども本発明の副産消石灰に含まれる。
【００１６】
含水状態となるように混合するとは、化学反応に着目して言い換えれば、消石灰、高炉スラグ及び水を混合するということになるが、本発明は、消石灰そのものを改良体の原料とするのではなく、あくまで副産消石灰を改良体の原料とするものであるため、副産消石灰が乾燥状態の場合には水を別途添加し、含水状態の場合には水を添加しないことを意味するものである。例えばアセチレンの製造が湿式で行われた場合のカーバイド滓はスラリー状であるため、かかるカーバイド滓にあらためて水を添加する必要はない。
【００１７】
高炉スラグは、潜在的水硬性があることや、セメント材料の一つになることは従来から知られていたが、潜在的水硬性という呼び名からもわかる通り、単独では水和反応は進行せず、水和反応が生じるためには何らかの刺激剤が必要となり、従来、セメントがその刺激剤となることが知られていた。
【００１８】
本出願人は、この高炉スラグの潜在的水硬性に対し、副産消石灰に含まれる化学成分である水酸化カルシウムCa(OH)２が刺激剤になるのではないかという点に着眼し、さまざまな実験を繰り返した結果、セメントを添加せずとも、セメントを添加した場合より高い強度の改良体を製造することに成功したものである。
【００１９】
なお、セメントの主成分はCaO及びSiO２であって、かかる化学成分は、ケイ酸三カルシウム、ケイ酸二カルシウム、アルミン酸三カルシウム及び鉄アルミン酸四カルシウムという主たる化合物を形成しており、かかるセメントが高炉スラグの潜在的水硬性を刺激するということが知られていたからといって、セメントには含まれていない化合物であるCa(OH)２が高炉スラグの潜在的水硬性を刺激することが容易に想到できることの根拠には何らなり得るものではなく、本発明は、本出願人の先見的な着眼とそれに基づく多大な実験とによって得られた新規な知見であるとともに、本発明に係る改良体が、埋立材として有効に再利用することができるものであって、産業上きわめて有益な発明であることを付言しておく。
【００２０】
ここで、副産消石灰をカーバイド滓とするとともに、上述した手順で製造された改良体を海水に投入される埋立材とすることができる。すなわち、本発明に係る副産消石灰の改良方法で製造された改良体を海中に投入した場合には、海水中のｐＨを８．５程度に抑えることが可能であり、それゆえ、かかる改良体を海水に投入される埋立材とすることができる。ちなみに、高炉スラグに代えて同じ質量のセメントをカーバイド滓に添加して固化させた場合、海水中のｐＨは１０を越える。そのため、水質の環境に悪影響を及ぼすことが懸念され、埋立材として使用することはできない。
【００２１】
さらに、製造された改良体を気中養生して炭酸化した場合には、該改良体からアルカリ成分が溶出する懸念がないため、上述の強度向上と相まって、盛土材、裏込め材、埋戻し材などさまざまな用途の土木資材として有効に再利用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る副産消石灰の改良方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る副産消石灰の改良方法の流れを示したフローチャートである。同図でわかるように、本実施形態に係る副産消石灰の改良方法においては、まず、副産消石灰であるカーバイド滓と高炉スラグとを混合して混合体とする（ステップ１０１）。
【００２４】
ここで、カーバイド滓は、アセチレンを湿式で製造する製造プロセスで生成されたものであってスラリー状であるため、あらためて水を添加する必要はない。
【００２５】
次に、上述した混合体を水和反応で固化させて改良体を製造する（ステップ１０２）。
【００２６】
このようにすると、カーバイド滓は、高炉スラグの潜在的水硬性によって硬化し、十分な強度を持つ改良体へと変質する。
【００２７】
次に、硬化した改良体を気中養生し、炭酸化させる（ステップ１０３）。
【００２８】
気中養生は、例えば、屋外で風乾すればよく、かかる気中養生により、改良体内のアルカリ分は、大気中の二酸化炭素によって中和される。
【００２９】
次に、中性化された改良体を、埋立材、盛土材、裏込め材、埋戻し材などさまざまな用途の土木資材として利用する（ステップ１０４）。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態に係る副産消石灰の改良方法によれば、製造された改良体が後述の実施例で詳述するように、同じ質量のセメントを固化材として添加した場合よりも一軸圧縮強さで１０倍以上、強度が向上するとともに、気中養生によって中性化するので、埋立材、盛土材、裏込め材、埋戻し材などさまざまな用途の土木資材として有効に再利用することが可能となる。
【００３１】
本実施形態では特に言及しなかったが、炭酸化させる前の改良体を海水に投入した場合における海水中のｐＨは後述するように、８．５程度に抑制される。そのため、埋立材として使用する際には、上述した気中養生工程を省略して海水に投入するようにしてもかまわない。すなわち、かかる変形例においては図２に示すように、混合体を水和反応で固化させて改良体を製造した後（ステップ１０２）、該改良体を埋立材として海水中に投入する（ステップ１１１）。
【００３２】
ちなみに、高炉スラグに代えて同じ質量のセメントをカーバイド滓に添加して固化させた場合、海水中のｐＨは１０を越える。そのため、水質の環境に悪影響を及ぼすことが懸念され、埋立材として使用することはできない。
【実施例】
【００３３】
本実施形態に係る副産消石灰の改良方法で製造された改良体の一軸圧縮試験及びｐＨ試験（海水浸漬試験）を行ったので、その試験概要と試験結果を説明する。
【００３４】
上述したステップ１０１〜１０２で製造された改良体の一軸圧縮強さをグラフにして図３に示す。なお、同図は、横軸に材齢を、縦軸に一軸圧縮強さ（kN/m2）をとってあるとともに、カーバイド滓１ｍ3に対する高炉スラグの添加量を100kg、150kg、200kg、250kgとしてある。
【００３５】
同図でわかるように、高炉スラグの添加量が100kgでは、一軸圧縮強さが300 kN/m2、150kg、200kgでは1,000 kN/m2でそれぞれ横ばいとなるものの、改良体の一軸圧縮強さは高炉スラグの添加量とともに概ね増加すると評価できる。特に、高炉スラグの添加量が250kgになると、一軸圧縮強さは、材齢とともに増加し、六ヶ月経過時点では2,500 kN/m2となるとともに、材齢に関してさらなる増加傾向も読みとれる。
【００３６】
なお、トラフィカビリティ（重機走行性、一軸圧縮強さが指標となる）の点では、一軸圧縮強さが200 kN/m2以上であることが必要であるが、本発明に係る改良体の場合、上述したすべての添加量で目標値をクリアしていることもわかる。
【００３７】
図４は、高炉スラグに代えて、高炉セメントＢ種を固化材としてカーバイド滓に添加した場合の結果を示したものであり、図３と同様、横軸に材齢を、縦軸に一軸圧縮強さ（kN/m2）をとってあるとともに、カーバイド滓１ｍ3に対するセメントの添加量を100kg、150kg、200kg、250kgとしてある。
【００３８】
同図でわかるように、高炉スラグの場合とは異なり、高炉セメントＢ種の添加量が100kg、150kg、200kgの場合はもちろん、250kgの場合でも、一軸圧縮強さは200 kN/m2で横ばいとなり、トラフィカビリティに関する目標値をクリアすることができないことがわかる。
【００３９】
図５は、高炉セメントＢ種でカーバイド滓を固化させた場合における海水のｐＨ変化を調べたグラフであり、図６は、高炉スラグでカーバイド滓を固化させた本発明の改良体における海水のｐＨ変化を調べたグラフである。
【００４０】
なお、かかる海水浸漬試験においては、それぞれ４週間、固化養生した後、直径１０ｃｍ、高さ４ｃｍに成形し、次いで、４Ｌの海水に浸漬して所定期間静置し、しかる後、海水のｐＨを測定した。
【００４１】
これらの図でわかるように、高炉セメントＢ種で固化させた場合、海水のｐＨは９．５〜１０となるのに対し、高炉スラグで固化させた場合には、８．５〜９に海水のｐＨが抑制されることがわかる。また、これらの図には示されていないが、海水に浸漬してから２９日経過時点での海水の平均ｐＨは、高炉セメントＢ種で固化させた従来の固化物が１０．１であるのに対し、高炉スラグで固化させた本発明の改良体は、８．８にとどまった。
【００４２】
かかる結果から、本発明に係る改良体は、特段の気中養生を行わずとも、水質環境に悪影響を及ぼすことなく、そのまま埋立材として海水に投入することが可能であることがわかる。
【００４３】
これは、高炉スラグで固化させた本発明に係る改良体の場合には、海水の持つｐＨ緩衝能により、問題のないｐＨまで改良体のｐＨを低下させることが可能であることを示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施形態に係る副産消石灰の改良方法を示したフローチャート。
【図２】変形例に係る副産消石灰の改良方法を示したフローチャート。
【図３】本実施形態に係る副産消石灰の改良方法の作用を示したグラフ。
【図４】本実施形態に係る副産消石灰の改良方法の作用を示したグラフ。
【図５】本実施形態に係る副産消石灰の改良方法の作用を示したグラフ。
【図６】本実施形態に係る副産消石灰の改良方法の作用を示したグラフ。
【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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