(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを含有成分溶出抑制化処理する方法であって、
表面に水が付着したスラグを炭酸化処理することにより、スラグに含まれるＣａ分及び／又はＭｇ分の炭酸化反応により生成させたＣａＣＯ３及び／又はＭｇＣＯ３（但し、ＭｇＣＯ３が水和物、水酸化物塩又は複塩として存在する場合を含む）でスラグ表面を被覆し、該炭酸化処理後のスラグを溶媒で洗浄処理することを特徴とするスラグの含有成分溶出抑制化処理方法。
【請求項２】
鉄鋼製造プロセスで発生した粉粒状及び／又は粗粒状のスラグを含有成分溶出抑制化処理する方法であって、
表面に水が付着したスラグを炭酸化処理することにより、スラグに含まれるＣａ分及び／又はＭｇ分の炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ３及び／又はＭｇＣＯ３（但し、ＭｇＣＯ３が水和物、水酸化物塩又は複塩として存在する場合を含む）をバインダーとして固結させることで塊状化するとともに、該スラグ塊状体表面を前記炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ３及び／又はＭｇＣＯ３で被覆し、該炭酸化処理後のスラグを溶媒で洗浄処理することを特徴とするスラグの含有成分溶出抑制化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、鉄鋼製造プロセスで発生するスラグに含まれるフッ素などの成分を固定化し、スラグからのフッ素などの成分の溶出を効果的に抑制することができるスラグ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄鋼製造プロセスで発生するスラグ（例えば、高炉スラグ、転炉スラグなど）は、その有効利用を図る一環として埋め立て材料、路盤材料、港湾土木材料などの土木材料として再利用されている。
スラグをこれらの資材として利用する場合の形態としては、塊状のスラグをそのまま利用する形態、地金除去処理のために粉粒状に破砕したスラグを利用する形態、元々粉粒状であるスラグをそのまま利用する形態など様々である。
【０００３】
ところで、鉄鋼製造プロセスでは脱硫や脱燐などのように溶銑から不純物元素を除去するための精錬工程があり、その処理材としてフッ化カルシウム（ＣａＦ２）を主成分とするホタル石が使用されることが多い。そのためこれらの精錬工程で発生するスラグはフッ素をＣａＦ２、３ＣａＯ・２ＳｉＯ２・ＣａＦ２などのようなフッ化物の形で含有しており、このようなフッ素含有スラグを水などの溶媒中に曝した場合、溶媒中にフッ素イオン（Ｆ−）が溶出することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、環境汚染（水質汚染、大気汚染など）を防止する観点から、水質などに関して新たにフッ素などの溶出量を規制しようとする動きがある。フッ素は、人体に過剰に摂取されると骨粗ソウ症や歯牙フッ素症斑状歯のように歯や骨の異常を引き起こすと言われている。このため環境中で用いる材料については、フッ素の溶出がなるべく少ないことが望ましい。
【０００５】
上述したようなホタル石を処理材として使用した精錬工程で発生するスラグには、ホタル石の配合量によっては０．５重量％以上のフッ素が含有され、環境庁告示１３号に記載される溶出試験では１ｐｐｍ〜１５ｐｐｍ程度のフッ素溶出値となる場合があり、このようなスラグを路盤材、埋め立て材料、港湾土木材料などの土木材料として使用することは適当でない。
【０００６】
したがって本発明の目的は、スラグからのフッ素などの成分の溶出を効果的に抑制することができ、これにより地球環境を損なうことなく、フッ素含有スラグなどを土木材料などとして利用することを可能ならしめるスラグ処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく実験と検討を重ねた結果、鉄鋼製造プロセスで発生したフッ素含有スラグを炭酸化処理し、スラグに含まれるＣａ分（主としてＣａＯ）やＭｇ分（主としてＭｇＯ）の炭酸化反応により生成させたＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３でスラグ表面を被覆することにより、或いは炭酸化反応により生成させたＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３をバインダーとしてスラグ粒子を固結させて塊状化するとともに、このスラグ塊状体表面を炭酸化反応により生成させたＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３で被覆することにより、スラグからのフッ素などの成分の溶出を効果的に低減できることを見い出した。さらに、上記炭酸化処理後のスラグやスラグ塊状体を溶媒で洗浄処理することにより、スラグやスラグ塊状体からのフッ素溶出をより効果的に低減できることを見い出した。
【０００８】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は、以下の通りである。
［1］鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを含有成分溶出抑制化処理する方法であって、表面に水が付着したスラグを炭酸化処理することにより、スラグに含まれるＣａ分及び／又はＭｇ分の炭酸化反応により生成させたＣａＣＯ３及び／又はＭｇＣＯ３（但し、ＭｇＣＯ３が水和物、水酸化物塩又は複塩として存在する場合を含む）でスラグ表面を被覆し、該炭酸化処理後のスラグを溶媒で洗浄処理することを特徴とするスラグの含有成分溶出抑制化処理方法。
【０００９】
［2］鉄鋼製造プロセスで発生した粉粒状及び／又は粗粒状のスラグを含有成分溶出抑制化処理する方法であって、表面に水が付着したスラグを炭酸化処理することにより、スラグに含まれるＣａ分及び／又はＭｇ分の炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ３及び／又はＭｇＣＯ３（但し、ＭｇＣＯ３が水和物、水酸化物塩又は複塩として存在する場合を含む）をバインダーとして固結させることで塊状化するとともに、該スラグ塊状体表面を前記炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ３及び／又はＭｇＣＯ３で被覆し、該炭酸化処理後のスラグを溶媒で洗浄処理することを特徴とするスラグの含有成分溶出抑制化処理方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、鉄鋼製造プロセスで発生するフッ素含有スラグなどの含有成分溶出抑制化処理方法であり、この処理の対象となるスラグとしては、高炉系スラグ（例えば、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグなど）、溶銑予備処理、転炉吹錬、鋳造などの工程で発生する製鋼系スラグ（例えば、脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、造塊スラグなど）、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たものを対象としてもよい。
【００１１】
これらのスラグのうち、代表的なスラグ組成（含有量はいずれも重量％）の一例を以下に示す。
(1) 脱炭スラグ…Ｔ．Ｆｅ：１７．５％、ＣａＯ：４６．２％、ＳｉＯ２：１１．７％、Ａｌ２Ｏ３：１．４％、ＭｇＯ：８．３％、ＭｎＯ：６．２％、Ｐ：０．７６％、Ｓ：０．０４％、Ｆ：０．５％
(2) 脱燐スラグ…Ｔ．Ｆｅ：５．８％、ＣａＯ：５４．９％、ＳｉＯ２：１８．４％、Ａｌ２Ｏ３：２．８％、ＭｇＯ：２．３％、ＭｎＯ：１．９％、Ｐ：２．８％、Ｓ：０．０３％、Ｆ：２．３％
【００１２】
(3) 脱硫スラグ…Ｔ．Ｆｅ：１０．５％、ＣａＯ：５０．３％、ＳｉＯ２：１０．０％、Ａｌ２Ｏ３：５．４％、ＭｇＯ：１．１％、ＭｎＯ：０．４％、Ｐ：０．１３％、Ｓ：１．８％、Ｆ：１．６％
(4) 脱珪スラグ…Ｔ．Ｆｅ：１０．５％、ＣａＯ：１３．６％、ＳｉＯ２：４３．７％、Ａｌ２Ｏ３：３．８％、ＭｇＯ：０．４％、ＭｎＯ：１５．８％、Ｐ：０．１０％、Ｓ：０．１９％、Ｆ：０．６％
(5) 高炉水砕スラグ…ＦｅＯ：０．３％、ＣａＯ：４２．０％、ＳｉＯ２：３３．８％、Ａｌ２Ｏ３：１４．４％、ＭｇＯ：６．７％、ＭｎＯ：０．３％、Ｆ：０．３％
【００１３】
また、本発明による処理の対象となるスラグのフッ素含有量に特別な制限はなく、本発明の効果はスラグのフッ素含有量に拘りなく得られる。但し、フッ素の含有量が０．１重量％未満のスラグはそのままでもフッ素溶出量が少なく、したがって、本発明はフッ素の含有量が０．１重量％以上のスラグに適用した場合に、特に工業的なメリットが大きい。
【００１４】
本発明の処理方法では、鉄鋼製造プロセスで発生したフッ素含有スラグに炭酸ガスを接触させる炭酸化処理を施し、スラグに含まれるＣａ分及び／又はＭｇ分の炭酸化反応によって生成するＣａＣＯ３及び／又はＭｇＣＯ３によりスラグ表面を被覆することで、スラグに含まれるフッ素分などの成分の水への溶出を効果的に抑制できることを見出したものである。
なお、スラグ中に含まれるＣａとＭｇと較べた場合、これらの炭酸化反応によって生成するＣａＣＯ３とＭｇＣＯ３によるスラグ含有成分の溶出抑制効果は同様であるが、通常のスラグのＣａ、Ｍｇの含有量や炭酸化速度を考慮した場合、少なくともＣａを含有するスラグの方が本発明を工業的に適用しやすい。
【００１５】
ＣａＯを含む粒状物をＣａＯとＣＯ２との反応、すなわち炭酸化反応により生じるＣａＣＯ３を利用して固結させること自体は古くから知られた技術であり、ＣａＯを含む粒状物を炭酸ガス雰囲気下に置くと、下記反応式によってＣａＣＯ３が生成し、このＣａＣＯ３をバインダーとして粒子間に固結現象を生じる。
ＣａＯ＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３
また、ＭｇＯを含む粒状物についても、これを炭酸ガス雰囲気下に置くと、下記反応式によってＭｇＣＯ３が生成し、このＭｇＣＯ３をバインダーとして粒子間に固結現象を生じる。
ＭｇＯ＋ＣＯ２→ＭｇＣＯ３
【００１６】
従来、このような炭酸化反応を利用した技術としては、例えば、製鋼風砕スラグと水との混練物を原料として建材用途などの硬化体製品を製造する方法（例えば、特開昭５８−７４５５９号）や非焼成ペレットの製造方法（例えば、特開昭５７−９２１４３号）などが提案されている。しかしこれらの従来技術は、いずれも所要の強度を有する硬化体製品や非焼成ペレットを短時間で製造することのみを目的としたものであり、炭酸化反応によりスラグ表面にＣａＣＯ３の被覆層を生成させることによってフッ素などのスラグ含有成分の溶出を抑制できるという知見事実については、何も示していない。
【００１７】
一般に、鉄鋼製造プロセスで発生するスラグには２０〜６０重量％程度のＣａＯが含まれており、本発明の処理方法では、鉄鋼製造プロセスで生成するスラグに含まれているＣａＯ又はこのＣａＯが変化したＣａ（ＯＨ）２を上記反応によりＣａＣＯ３に変化させ、スラグ粒子又は上記ＣａＣＯ３をバインダーとして固結させたスラグ塊状体をＣａＣＯ３で被覆し、スラグに含まれるフッ素などの成分を固定化し、その溶出を抑制するものである。
また、大部分のスラグにはＣａＯとともにある程度の量のＭｇＯ（又はこれが変化したＭｇ（ＯＨ）２）が含まれており、このＭｇＯも上記炭酸化反応によりＭｇＣＯ３に変化してスラグ粒子又はスラグ塊状体の表面を被覆し、フッ素などの成分の溶出抑制に寄与する。
【００１８】
なお、ＭｇＯの炭酸化反応により生じるＭｇＣＯ３は無水和物、水和物、水酸化物塩などのように種々の形態をとるものであり、本発明の処理により生成するＭｇＣＯ３は、これらのうちの何れの形態のＭｇＣＯ３でもよい。例えば、ＭｇＣＯ３の水和物としては、ＭｇＣＯ３・２Ｈ２Ｏ、ＭｇＣＯ３・３Ｈ２Ｏ、ＭｇＣＯ３・５Ｈ２Ｏなどがあり、また、水酸化物塩（塩基性炭酸マグネシウム）としてはＭｇＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２・３Ｈ２Ｏ、４ＭｇＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２・４Ｈ２Ｏ、４ＭｇＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２・５Ｈ２Ｏ、４ＭｇＣＯ３・Ｍｇ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏなどがある。さらに、ＭｇＣＯ３は他の塩と結合して種々の複塩を形成する場合があり、このような複塩の形態で存在するＭｇＣＯ３でもよい。
【００１９】
スラグの炭酸化処理には水の存在が実質的に不可欠であり、スラグが適量の水を含んだ状態（スラグ表面に水が付着した状態）で炭酸ガスと接触することにより上述した炭酸化反応が生じる。このため被処理スラグには適宜水分が添加された後、スラグを炭酸ガスと接触させる炭酸化処理が行われる。
また、一般に処理の対象となるスラグの形態は粉粒状や粗粒状（若しくは小塊状）であるが、処理済みスラグの形態としては、粉粒状や粗粒状だけでなくスラグ粒子が固結したスラグ塊状体であってもよい。すなわち、被処理スラグの充填密度を高めた状態で炭酸化処理を行った場合には、炭酸化反応により生成したＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３がバインダーとしてスラグ粒子間を固結することによってスラグ塊状体が得られるが、処理済みスラグはこのようなスラグ塊状体であってもよい。このスラグ塊状体は、スラグ粉粒物に較べて単位重量当りの表面積が小さいために、フッ素などの成分の溶出抑制効果はさらに高まる。
【００２０】
また、処理済みスラグの形態が粉粒状や粗粒状となる場合としては、炭酸化処理工程においてスラグ粒子が互いに固結しないような方法で処理が行われる場合は勿論であるが、炭酸化処理によって一旦比較的弱い結合状態で固結したスラグ粒子が、その後個々のスラグ粒子又は複数のスラグ粒子の凝集体（複数のスラグ粒子が固結したスラグ凝集体）に分離する場合もある。例えば、後述する具体例に示すように炭酸化処理をスラグの充填層や積み山を形成して行う場合でも、スラグを疎な状態（低充填率）に充填して炭酸化処理を行うと、個々のスラグ粒子の表面がＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３の被覆層で覆われるとともに、ＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３を介してスラグ粒子どうしが比較的弱い結合状態で固結する。このような場合には、充填層や積み山から処理済みスラグを取り出す際やその後のハンドリングの過程で、比較的弱い結合状態で固結しているスラグが個々のスラグ粒子又は複数のスラグ粒子の凝集体に分離し、表面がＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３で被覆された粉粒状や粗粒状スラグ或いはこれら複数のスラグ粒子の凝集体が得られることになる。
【００２１】
また、炭酸化処理後のスラグを水などの溶媒で洗浄処理することにより、スラグからのフッ素の溶出量をより顕著に低減させることができる。
この洗浄処理は、スラグに溶媒をスプレー又は通水したり、或いは溶媒中にスラグを浸漬するなどの方法で行うことができる。溶媒としては水（水道水、海水、蒸留水など）を使用できるが、これ以外に例えばアルコールなどを使用してもよい。
【００２２】
溶媒である水にスラグを浸漬することにより洗浄処理を行う場合、スラグを浸漬する水の量（重量）はスラグ重量の１０倍以上とし、これに１時間以上浸漬することが好ましい。スラグを浸漬する水の量（重量）がスラグ重量の１０倍未満では洗浄効果が小さい。
この洗浄処理に使用した溶媒にはスラグに付着していたフッ素が溶出するが、この溶媒に石灰などを投入し、フッ素分をＣａＦ２として沈降除去した後に排出すれば、地球環境を損ねるようなことはない。また、回収されたＣａＦ２は製鉄プロセスにおいて再利用することができる。
【００２３】
以下、炭酸化処理によってスラグ表面がＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３（以下、ＣａＣＯ３を例に説明する）により被覆される機構及びスラグからのフッ素溶出が抑制される作用について、図１に基づき説明する。
上述したようにスラグに含まれるＣａ分の炭酸化反応には水の存在が不可欠である。このため炭酸化処理前にスラグ粒子全体を濡らすに十分な水分が添加されるが、このように水分が添加されることで表面に水が付着したスラグを図１（ａ）に示すように炭酸ガスと接触させた場合、スラグ中に含まれるＣａＯや２ＣａＯ・ＳｉＯ２などの珪酸カルシウムからスラグ表面の付着水中にＣａイオン（Ｃａ２＋）が溶解するとともに、炭酸ガスもスラグ表面の付着水中に炭酸イオン（ＣＯ３２−又はＨＣＯ３−）として溶解する。このように溶解したＣａイオンと炭酸イオンは水中で反応し、溶解度の低いＣａＣＯ３がスラグ表面に不均一核生成し、スラグ表面をＣａＣＯ３層で被覆するものと考えられる。
【００２４】
一方、スラグ中に含まれるフッ素成分の一部も、上記炭酸化処理過程でフッ素イオン（Ｆ−）としてスラグ表面の付着水中に溶解する。そして、炭酸化処理過程が進行するとスラグ表面にＣａＣＯ３層が生成するが、スラグ表面の付着水中に溶解したフッ素イオンは、図１（ｂ）に示すようにＣａＣＯ３層表面にフッ化物（例えば、ＣａＦ２など）として析出するものと考えられる。
この状態でスラグを水中に浸漬した場合、スラグ表面のＣａＣＯ３層によってスラグ内部からのフッ素の溶出が抑制され、水に溶出するフッ素分はスラグ表面を覆うＣａＣＯ３層表面に析出したフッ化物からの溶出分だけであり、このため炭酸化処理前のスラグに較べてフッ素溶出量は低減する。
【００２５】
さらに、上記のように炭酸化処理して得られたスラグ又はスラグ塊状体を水などの溶媒で洗浄処理した場合には、図１（ｃ）に示すようにＣａＣＯ３層表面に付着（析出）しているフッ化物が除去される結果、スラグ又はスラグ塊状体表面にはフッ素成分が存在しなくなり、しかもスラグ内部からのフッ素の溶出がＣａＣＯ３層によって抑制されるため、フッ素溶出量を著しく低減できる。
【００２６】
次に、本発明の処理方法の具体的な実施形態について説明する。
図２は本発明の処理方法における処理フローの一例を示している。
通常、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグには地金除去処理が施され、主要な地金（粒鉄）分が除去される。一般にスラグ中のスラグ成分と地金とは緻密に絡み合った状態で混在しているために、地金除去処理はスラグを粉粒状又は粗粒状にして行う必要があり、したがって、通常はスラグを粉砕機などによりｍｍオーダー又はそれ以下の粒径（例えば５ｍｍ以下）まで粉砕した後、地金除去処理が行われる。但し、スラグは地金除去処理が可能な粒径であればよく、スラグの性状などにより比較的粗粒状でも地金除去が可能なものについては、地金除去が可能な粒径まで粉砕すればよい。
【００２７】
また、スラグによっては、地金除去が可能な程度の粒径に自然粉化又は粒状化した状態で搬入されるものもあり、粉砕処理が不要なスラグもある。
通常、地金除去処理は磁気選別により行われるが、必ずしもこれに限定されるものではない。この地金除去処理によって、スラグ中の主要な地金成分が除去される。
【００２８】
このような地金除去処理を経た粉粒状および／または粗粒状のスラグには、炭酸化反応に必要なＣａＯ、ＭｇＯがスラグ中に不足している場合があり、この場合、ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）２、ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）２の中から選ばれる１種以上が添加され、スラグと混合される。さらに、炭酸化反応を効率よく行わせるためにはスラグ粒子に表面付着水が存在すること、より好ましくはスラグ粒子が水で覆われることが必要であり、これに必要な水分の添加が不可欠である。最適な添加水分量はスラグ粒径などに応じて決められるが、通常、スラグ重量の３〜１５重量％程度の水分を添加すること望ましい。
【００２９】
この添加水分とスラグ、さらに必要に応じて添加されるＣａＯなどの添加材の混合方法は、地金除去処理設備内で地金除去処理済みのスラグに所定量の水分や添加材を添加して混合する方法、ショベルなどの重機により混合する方法など、任意の方法を採ることができる。
【００３０】
このようにして水分調整がなされ、必要に応じて添加材が添加、混合されたスラグは、炭酸化処理のために山積みされ若しくは任意の空間内に充填される。
スラグの山積み又は充填には、三方を仕切壁で囲んだようなピット、四方を仕切壁で囲んだ型枠又は容器などを用いることが好ましい。この場合、積み山や充填層はその上部をシートなどで覆うことが好ましい。また型枠や容器を用いる場合にも、スラグの充填層をシートなどで覆うか或いは蓋を設けることが望ましい。図３は型枠内部にスラグ充填層を形成し、蓋をした状態を示している。
【００３１】
炭酸化処理後のスラグの形態は、スラグの積み山や充填層の充填率（かさ比重／真比重）に依存し、比較的低い充填率の場合には、スラグ全体のうちの一部のスラグについてスラグ粒子どうしが固結して凝集体を生じる程度であるが、比較的高い充填率の場合には、積み山や充填層全体のスラグ粒子が固結した高い強度を有する固化体となる。したがって、積み山や充填層の締め固めの度合いを調整し、その充填率を調整することで、炭酸化処理後のスラグの形態を任意に調整することができる。
【００３２】
通常、スラグの積み山や充填層の充填率は０．２〜０．８の範囲で調整されることが好ましい。
スラグの積み山又は充填層の締め固めを行う場合、積み山又は充填層の上部から重機で締め固める方法や、積み山又は充填層に振動を与えることにより締め固める方法などを採用でき、これらを行う際の締め固めの度合いを調整することにより、積み山又は充填層の嵩密度の調整を行う。
また、スラグの山積み量又は充填量は特に限定されず、例えば数トンないし数百トン規模の山積み量または充填量としてもよいし、より少量の山積み量又は充填量としてもよく、その量は任意である。
【００３３】
以上のようなスラグの積み山又は充填層の充填率の調整が完了した後、積み山又は充填層に炭酸ガス存在下で炭酸化反応を生じさせ、この炭酸化反応により生成させたＣａＣＯ３やＭｇＣＯ３（以下、ＣａＣＯ３を例に説明する）でスラグ表面を被覆させ、或いは炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ３でスラグを固結・塊状化するとともに、ＣａＣＯ３でスラグ表面を被覆させる。具体的には、スラグの積み山又は充填層内のスラグ粒子全体に炭酸ガスが接触するように炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを供給し、スラグの炭酸化処理を行う。また、スラグの積み山又は充填層を炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガス雰囲気下に置き、スラグの炭酸化処理を行ってもよい。
【００３４】
スラグの積み山又は充填層内に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを供給する方法に特別な制限はないが、積み山又は充填層の底部にガス吹き込み手段を設け、このガス吹き込み手段を通じてガスを吹き込むことが最も効果的である。具体的には、積み山又は充填層の底部（ピット、型枠又は容器などを用いる場合には、それらの床部）にガス供給用の配管又はホースなどを適当な配置密度で配し、これら配管又はホースに適当なピッチ（例えば、３０〜３００ｍｍ×４０〜４００ｍｍピッチ）で設けたガス吹出孔から炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスが吹き出されるようにすることができる。
【００３５】
また、スラグの積み山又は充填層を炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガス雰囲気中に置く方法としては、積み山や充填層を気密性の空間（容器などを含む）内に置き、この空間内に炭酸ガスや炭酸ガス含有ガスを任意の態様で供給する方法などを採ることができる。
また、本発明では、積み山又は充填層のような固定床方式だけでなく、流動床方式のようにスラグ粒子を炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガス中で浮遊させながらの炭酸化処理を行うことも可能である。
【００３６】
炭酸化処理で使用する炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスについては、炭酸ガス含有ガス中の炭酸ガス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、それ以外の制約は格別ない。したがって、炭酸ガス濃度は特に限定しないが、効率的な処理を行うには３％以上の炭酸ガス濃度とすることが好ましい。
また、炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスの流量にも特別の制限はなく、また、処理時間にも特別な制約はないが、目安として、炭酸ガス（ＣＯ２純分として）供給量がスラグ重量の５重量％以上となる時点、すなわち、ガス量に換算した場合、材料１トン当たり２５ｍ３以上の炭酸ガスが供給されるまでガス吹き込みを行うことが望ましい。
【００３７】
また、上述したようにスラグ表面の炭酸化反応には水分が必要であり、炭酸化処理直前のスラグ中の水分量は、スラグ重量の３〜１５重量％程度とすることが好ましい。したがって、スラグは必要に応じて最適水分量に水分調整した上で、炭酸ガス存在下で炭酸化反応を生じさせるようにすることが好ましい。このためスラグの水分含有率が低過ぎる場合には、例えば、図２の処理フローに示す段階などにおいてスラグに水を加え、スラグの水分含有率を高めるなどの水分調整を行うことが好ましい。
【００３８】
さらに、処理中にスラグの乾燥を防止して炭酸化反応を促進するために、炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを一旦水中に吹き込んでＨ２Ｏを飽和させた後、炭酸化処理用のガスとして供給することが望ましい。
また、供給される炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスは常温でよいが、ガスが常温よりも高温であればそれだけ反応性が高まるため有利である。但し、ガスの温度が過剰に高いと原料層の水分を蒸発させたり、ＣａＣＯ３がＣａＯとＣＯ２に分解してしまう。したがって、ガス温度は原料層を乾燥させない温度・圧力条件、具体的には原料層内での水の沸点以下の温度とすることが好ましい。
【００３９】
以上のようにして炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを所定時間（通常、数十時間〜数百時間）供給し続け、スラグと炭酸ガスを反応させることにより、スラグ表面及び／又はスラグ粒子間にＣａＣＯ３が生成し、これがスラグ粒子表面又は固結したスラグ塊状体表面を被覆するためフッ素などの成分がスラグ内に固定化され、スラグ粒子又はスラグ塊状体が水に接触した際にフッ素などの成分の溶出が抑制される。
【００４０】
また、このスラグ粒子やスラグ塊状体からはフッ素以外の他の成分の溶出も抑制される。例えば、スラグ中の重金属の溶出抑制効果を調査するために、小型炉において溶融スラグ中に酸化クロム（３価）を２重量％程度添加・混合した試験材を作製し、このスラグを後述する実施例に準じた方法で炭酸化処理（炭酸固化）した後、溶出試験装置でクロム（３価、６価）の溶出量を測定する試験を行ったところ、クロム溶出量は分析下限以下となり、スラグからのクロム溶出が効果的に抑制されることが確認できた。
【００４１】
また、スラグからのフッ素溶出をより効果的に抑制したい場合には、以上のような炭酸化処理を施したスラグ又はスラグ塊状体を、さらに水などの溶媒で洗浄処理する。先に述べたように、この洗浄処理では炭酸化処理を施したスラグ又はスラグ塊状体に対して水をスプレー又は通水したり、或いはそれらを貯水槽や貯水池に浸漬するなどの方法で行うが、その方法は特に限定されるものではない。
以上のようにして本発明の処理方法で処理されたスラグは、主として埋め立て材料、路盤材料、港湾土木材料などの土木材料や、漁礁、藻礁、景観ブロックなど、種々の用途に利用される。
【００４２】
【実施例】
・参考例１
表１に示す組成を有する粒度３ｍｍ以下の脱燐スラグ粉１２００ｇと蒸留水９０ｇをボールミルを用いて１時間混合した後、１０ｃｍ×１０ｃｍ×２０ｃｍ（高さ）のサイズの型枠内に押し固めることなく充填（充填高さ：１５ｃｍ、充填率：２５％）した。この型枠に蓋をした後、図３に示すように型枠内にその下部から炭酸ガス（ＣＯ２濃度：９９％）を供給した。使用した炭酸ガスは水槽内を通すことでＨ２Ｏを飽和させたもので、型枠内に５００ｍｌ／分の流量で３日間供給し、型枠上部から排出した。
【００４３】
このような炭酸化処理を実施した後、型枠から処理済みスラグを回収した。この実施例では型枠内でのスラグ充填率を低くしたためスラグは塊状化せず、粒状のままであった。乾燥後のスラグ重量は１２９６ｇであり、炭酸化処理による重量増加分は８％であった。この処理済みスラグ粒について、図４に示す溶出試験装置（振盪装置）及び試験条件で溶出フッ素濃度の測定を実施したところ、溶出フッ素濃度は０．８ｐｐｍであった。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
・参考例２
表１に示す組成を有する粒度３ｍｍ以下の脱燐スラグ粉１２００ｇと蒸留水９０ｇをボールミルを用いて１時間混合した後、１０ｃｍ×１０ｃｍ×２０ｃｍ（高さ）の型枠内に押し固めて高密度に充填（充填高さ：５ｃｍ、充填率：７５％）した。この型枠に蓋をした後、図３に示すように型枠内にその下部から炭酸ガス（ＣＯ２濃度：９９％）を供給した。使用した炭酸ガスは水槽内を通すことでＨ２Ｏを飽和させたもので、型枠内に５００ｍｌ／分の流量で３日間供給し、型枠上部から排出した。
【００４６】
このような炭酸化処理を実施した後、型枠から処理済みスラグを回収した。この実施例では型枠内でのスラグ充填率を高くしたためスラグは塊状化し、スラグの固化体（スラグ塊状体）が得られた。乾燥後のスラグ重量は１３０２ｇであり、炭酸化処理による重量増加分は８．５％であった。このスラグ固化体について、図４に示す溶出試験装置（振盪装置）及び試験条件で溶出フッ素濃度の測定を実施したところ、溶出フッ素濃度は０．７ｐｐｍであった。
【００４７】
・本発明例１
参考例１の炭酸化処理を行って得られたスラグ粒を２０ｋｇの水中に３時間浸漬した。その後、水槽からスラグ粒を回収してこれを乾燥させ、図４に示す溶出試験装置（振盪装置）及び試験条件で溶出フッ素濃度の測定を実施したところ、溶出フッ素濃度は０．３ｐｐｍまで低下した。
【００４８】
・本発明例２
参考例２の炭酸化処理を行って得られたスラグ固化体を２０ｋｇの水中に３時間浸漬した。その後、水槽からスラグ固化体を回収してこれを乾燥させ、図４に示す溶出試験装置（振盪装置）及び試験条件で溶出フッ素濃度の測定を実施したところ、溶出フッ素濃度は０．２ｐｐｍまで低下した。
【００４９】
・比較例
表１に示す組成を有する粒度３ｍｍ以下の脱燐スラグ粉１２００ｇについて、図４に示す溶出試験装置（振盪装置）及び試験条件で溶出フッ素濃度の測定を実施したところ、溶出フッ素濃度は７．３ｐｐｍであった。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係るスラグの含有成分溶出抑制化処理方法によれば、フッ素含有スラグなどからのフッ素などの成分の溶出を効果的に抑制することができる。このため本発明によれば、フッ素含有スラグなどを地球環境を損なうことなく土木材料や構造材料などとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭酸化処理によってスラグ表面がＣａＣＯ３により被覆される機構及びスラグからのフッ素の溶出が抑制される作用を示す説明図
【図２】本発明の処理方法における処理フローの一例を示す説明図
【図３】実施例におけるスラグの炭酸化処理の実施状況を示す説明図
【図４】スラグからの溶出フッ素濃度の測定を行うための試験装置（振盪装置）及び試験条件を示す説明図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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