(57)【要約】【課題】  溶出するフッ素濃度が土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下を満足する高炉水砕スラグからなる土木建築用資材を提供する、と同時にその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の土木建築用資材は、目開き寸法０．５ｍｍの篩分けにより定義される粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が５質量％以下である高炉水砕スラグからなることを特徴とする。この高炉水砕スラグからなる土木建築用資材は、高炉で発生した溶融スラグを水砕処理することによって溶融状態の高炉スラグから直接製造することができ、また、溶融状態の高炉スラグを、水砕処理を行って高炉水砕スラグとした後に、この高炉水砕スラグから粒径０．５ｍｍ未満の粒子の少なくとも一部を除去することによって製造することができる。【選択図】            なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
目開き寸法０．５ｍｍの篩分けにより定義される粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が５質量％以下である高炉水砕スラグからなることを特徴とする土木建築用資材。
【請求項２】
高炉で発生した溶融状態の高炉スラグを水による冷却処理を行って、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が５質量％以下である高炉水砕スラグを溶融状態の高炉スラグから直接製造することを特徴とする、土木建築用資材の製造方法。
【請求項３】
高炉で発生した溶融状態の高炉スラグを水による冷却処理を行って高炉水砕スラグとした後に、該高炉水砕スラグから粒径０．５ｍｍ未満の粒子の少なくとも一部を除去し、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を５質量％以下に調製することを特徴とする、土木建築用資材の製造方法。
【請求項４】
水による冷却処理を行って高炉水砕スラグとした後に、該高炉水砕スラグの少なくとも一部を目開き寸法が０．５ｍｍの篩分器で篩分けして粒径０．５ｍｍ未満の粒子を除去することを特徴とする、請求項３に記載の土木建築用資材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木建築用資材及びその製造方法に関し、詳しくは、溶出するフッ素濃度が土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下を満足する高炉水砕スラグからなる土木建築用資材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セメント及びコンクリートの骨材や混和材、或いは、路盤材や地盤改良材などの土木建築用資材として高炉スラグが使用されている。この高炉スラグは、高炉において、鉄鉱石をコークスで還元して溶銑を製造する際に副産物として発生する。溶銑とともに高炉から排出される高炉スラグは、溶銑と分離された後に冷却されて固化する。高炉スラグは、この冷却方法の違いにより、高炉徐冷スラグと高炉水砕スラグとに分類される。このうちで、高炉水砕スラグは、高炉から排出された溶融状態の高炉スラグに冷却水を吹き付けて細粒状に分散させ、それをそのまま水槽で冷却・固化し、脱水した後に粒状化処理或いは微粉砕処理を行ったものである。尚、高炉スラグなどの溶融状態のスラグを水で急冷して細粒化する処理を「水砕処理」という。
【０００３】
ところで、近年、鉄鋼スラグの土木建築用資材としての利用に関し、鉄鋼スラグはフッ素を含む場合があることから、環境規制が強化される傾向にある。即ち、２００３年９月の環境ＪＩＳ：「スラグ類の化学物質溶出評価試験方法」の制定に続き、製品ＪＩＳとしては道路用鉄鋼スラグが改訂され、更に、２００７年末頃にはフッ素溶出量に０．８ｍｇ／Ｌ以下という規制値がかかることが予想されている。
【０００４】
高炉スラグにおいては、現在までその利用を通じて環境問題が発生したという報告はないが、今後更に規制が厳しくなることを考慮すると、土木建築用資材として使用される高炉水砕スラグの溶出フッ素濃度を更に低減することが望まれる。尚、鉄鋼の製錬及び精錬工程において、フッ素はＣａＯ系スラグの融点降下剤として使用されており、高炉操業ではフッ素を必要としないが、フッ素を含有する、製鋼工程で発生するダストやスラグを高炉原料（例えば焼結鉱）としてリサイクル使用する場合が多く、高炉スラグのフッ素含有量は増加する傾向にある。
【０００５】
これまでにも高炉水砕スラグの溶出フッ素濃度の低減に関して様々な手段が検討されてきた。例えば、特許文献１には、エージングしたフッ素を含むスラグと石膏とを混合することにより、スラグの表面に新たな層を形成させ、スラグ中のフッ素を固定化または不溶化させる方法が提案されている。特許文献２には、高炉水砕スラグを製造する際の冷却水のフッ素濃度をスラグ中のフッ素濃度に応じて所定値以下に管理し、これにより高炉水砕スラグからのフッ素溶出量を管理する方法が提案されている。
【０００６】
特許文献３には、高炉水砕スラグを製造する際に、循環使用する冷却水中の浮遊スラッジ濃度を所定の値以下に管理し、これにより高炉水砕スラグからのフッ素溶出量を管理する方法が提案されている。また、特許文献４には、ＣａＯ−ＳｉＯ2 系スラグを加熱水蒸気雰囲気下でエージングして、スラグ中のフッ素を固定化または不溶化する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−１２３４７６号公報
【特許文献２】特開２００１−２６４７２号公報
【特許文献３】特開２００４−３５９４７４号公報
【特許文献４】特開２００３−２９３０２３号公報
【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、上記の方法にはそれぞれ以下のような問題点がある。即ち、特許文献１の方法では、溶出を抑制するための新たな添加物質が必要であり、コストが嵩むという問題点がある。特許文献２，３の方法では、高炉水砕スラグを脱水した後にはフッ素濃度を下げられないという問題点がある。特許文献４の方法では、エージング処理するだけであるのでフッ素の溶出を抑えきれず、０．８ｍｇ／Ｌ以下という規制値を確実に達成することは困難であるという問題点がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溶出するフッ素濃度が土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下を満足する高炉水砕スラグからなる土木建築用資材を提供すると同時に、その製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意研究・検討を行った。その結果、溶出フッ素濃度は高炉水砕スラグの粒子サイズの影響を受けるとの知見を得た。
【００１０】
つまり、水砕処理して得た高炉水砕スラグを採取し、乾燥後に破砕処理などを行わずに篩分器で様々の粒度に篩分けし、そのときの高炉水砕スラグからの溶出フッ素濃度を粒度別に調査した結果、微細粒子からの溶出量が多く、高炉水砕スラグからの溶出フッ素濃度は、高炉水砕スラグ中の微細粒子からの溶出フッ素量に大きく影響されるとの知見を得た。特に、高炉水砕スラグを目開き寸法０．５ｍｍの篩分器で篩分けした際の粒径０．５ｍｍ未満の粒子が、溶出フッ素濃度を上昇させているとの知見を得た。
【００１１】
そして、溶融状態の高炉スラグを水砕処理する際に粒径０．５ｍｍ未満の粒子の発生を抑えることで、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を高炉水砕スラグ全体の５質量％以下とする、或いは、高炉水砕スラグを得た後に、高炉水砕スラグの少なくとも一部分を目開き寸法０．５ｍｍの篩分器で篩分けするなどして粒径０．５ｍｍ未満の粒子を除去して、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を全体の５質量％以下とすることによって、高炉水砕スラグからの溶出フッ素濃度を土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下にすることができるとの知見を得た。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る土木建築用資材は、目開き寸法０．５ｍｍの篩分けにより定義される粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が５質量％以下である高炉水砕スラグからなることを特徴とするものである。
【００１３】
第２の発明に係る土木建築用資材の製造方法は、高炉で発生した溶融状態の高炉スラグを水による冷却処理を行って、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が５質量％以下である高炉水砕スラグを溶融状態の高炉スラグから直接製造することを特徴とするものである。
【００１４】
第３の発明に係る土木建築用資材の製造方法は、高炉で発生した溶融状態の高炉スラグを水による冷却処理を行って高炉水砕スラグとした後に、該高炉水砕スラグから粒径０．５ｍｍ未満の粒子の少なくとも一部を除去し、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を５質量％以下に調製することを特徴とするものである。
【００１５】
第４の発明に係る土木建築用資材の製造方法は、第３の発明において、水による冷却処理を行って高炉水砕スラグとした後に、該高炉水砕スラグの少なくとも一部を目開き寸法が０．５ｍｍの篩分器で篩分けして粒径０．５ｍｍ未満の粒子を除去することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の高炉水砕スラグからなる土木建築用資材は、溶出フッ素量が多い粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を５質量％以下としているので、溶出フッ素量が少なくなり、土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下を安定して達成することが可能となる。また、この土木建築用資材は、高炉で発生した溶融状態の高炉スラグを水砕処理することによって直接製造することができる、或いは、水砕処理により得た高炉水砕スラグ中から篩分けなどによって粒径０．５ｍｍ未満の粒子を除去するだけで製造することができるので、極めて安価に且つ大量に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１８】
本発明に係る土木建築用資材は、溶銑とともに高炉から流出した溶融状態の高炉スラグを水砕処理して得られるガラス質の高炉水砕スラグで構成されている。高炉水砕スラグは、例えば、溶融状態の高炉スラグに大量の水を噴射・混合攪拌して急冷する、或いは溶融状態の高炉スラグを大量の水の中に流し込んで急冷するなどして製造することができるが、高炉水砕スラグの製造方法は特に制限されず、高炉における溶銑製造プロセスで発生する溶融状態の高炉スラグを、水を用いて冷却してガラス質のスラグとするならば、どのような方法であっても構わない。尚、溶融状態の高炉スラグは急冷することによりガラス質となる。
【００１９】
また、本発明の土木建築用資材として利用する高炉水砕スラグは、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が、土木建築用資材として利用する高炉水砕スラグ全体の５質量％以下である必要がある。尚、本発明において、粒径０．５ｍｍ未満の粒子とは、目開き寸法が０．５ｍｍの篩分器を通過する粒子として定義される。従って、短径が０．５ｍｍ未満であるならば、長径が０．５ｍｍ以上の紡錘形或いは針状の粒子も本発明でいう粒径０．５ｍｍ未満の粒子に含まれる。
【００２０】
粒径０．５ｍｍ未満の高炉水砕スラグ粒子からの溶出フッ素量が多い理由は、（１）スラグ表面に付着した冷却水中のフッ素が、スラグが乾燥した際に乾燥残査の微粉となって析出する、（２）微粉体は粒状体や塊状体と比較して表面積が大きいため、粒径０．５ｍｍ未満の微粉の高炉水砕スラグ中に含有されているフッ素が溶出しやすい、という２点が考えられる。
【００２１】
粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を全体の５質量％以下とする方法としては、以下の２つの方法がある。１つの方法は、溶融状態の高炉スラグを水砕処理する際に、溶融状態の高炉スラグを細粒状に分散させるために溶融状態の高炉スラグに吹き付けられる冷却水の供給量を調節するなどして、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が少ない、つまり粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が、製造される高炉水砕スラグ全体の５質量％以下となる高炉水砕スラグを直接製造する方法である。
【００２２】
他の１つの方法は、高炉水砕スラグを製造した後に、粒径０．５ｍｍ未満の粒子が全体の５質量％以下となるように、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の少なくとも一部を除去する方法である。粒径０．５ｍｍ未満の粒子を取り除く方法は、特に制限はなく、例えば、大気中または水中において高炉水砕スラグを篩分器などに通して取り除いてもよい。また、風力を利用して高炉水砕スラグを吹き飛ばし、着地位置の差によって粒径０．５ｍｍ未満の粒子を取り除くようにしてもよい。
【００２３】
このようにして粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を全体の５質量％以下とすることにより、溶出フッ素濃度が土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下である土木建築用資材を、高炉水砕スラグから安定して製造することができる。
【００２４】
尚、本発明においては、溶出フッ素量が多いことから粒径０．５ｍｍ未満の粒子は含有量を規定したが、土木建築用資材としては、アルカリ刺激による水硬性を発揮する能力を保持する観点から微粒子の或る程度の存在は必要であり、従って、粒径０．５ｍｍ以上の粒子は除去しないほうがよい。
【００２５】
また、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を全体の５質量％以下とした理由は、５質量％以下であれば、高炉水砕スラグ全体からの溶出フッ素濃度は希釈効果によって０．８ｍｇ／Ｌ以下となることを確認したことに基づくが、より安定して溶出フッ素濃度を０．８ｍｇ／Ｌ以下とするためには、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を全体の３質量％以下とすることが好ましい。高炉水砕スラグの粒径の上限値は特に規定する必要はないが、水砕処理することから大きな粒子は得られず、最大でも１０ｍｍ程度である。
【００２６】
このように、本発明の高炉水砕スラグからなる土木建築用資材は、溶出フッ素量の多い粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を５質量％以下としているので、溶出フッ素量が少なく、土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下を安定して達成することが可能となる。
【実施例１】
【００２７】
高炉で発生した溶融状態の高炉スラグを水砕処理して高炉水砕スラグを製造し、この高炉水砕スラグを採取し、製造したままの状態で、目開き寸法０．５ｍｍの篩分器で篩分けして、粒径が０．５ｍｍ未満の部分と０．５ｍｍ以上の部分とに分離し、粒径０．５ｍｍ未満の部分の比率を求めた。また、製造したままの状態でフッ素溶出試験を行った。
【００２８】
フッ素の溶出方法はタンクリーチング試験法で実施した。タンクリーチング試験法は、ＪＩＳＫ００５８−１：２００５に準拠し、図１に示すように、製造したままの状態の高炉水砕スラグ１を容器３に収容された溶媒２（脱イオン水）中に試料として浸漬し、溶出する成分の濃度を測定するものである。試験方法及び手順は、採取試料に対する溶媒の比が１：１０（試料の乾燥質量の１０倍体積の溶媒）となるように試料及び溶媒を容器３に収容し、容器中の上澄みの溶媒部分に攪拌羽根４を投入し、溶媒を６時間攪拌した後に溶媒を採取し、フッ素の濃度測定を行った。採取した溶媒は、濃度測定に必要な分量を孔径０．４５μｍのメンブランフィルターにてろ過した。尚、溶出フッ素の濃度測定は、ＪＩＳＫ０１０２，１９９８−３４．１に記載されるランタンアリザリンコンプレキソン吸光光度法により実施した。試験結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
2007161519.tif 000002
【００３０】
表１に示すように、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が高炉水砕スラグ全体の５質量％以下である試料Ｎo.１，２，３では、フッ素の溶出量は土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下であった。これに対して、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が高炉水砕スラグ全体の５質量％を超えた試料Ｎo.４，５，６，７，８では、フッ素の溶出量は土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下を達成できなかった。粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率が高くなるほど、フッ素の溶出量が増加する傾向であることが確認できた。
【実施例２】
【００３１】
実施例１において、溶出フッ素濃度が０．８ｍｇ／Ｌを越えた試料Ｎo.４〜８について、その一部分を目開き寸法が０．５ｍｍの篩分器を用いて篩分けして、粒径０．５ｍｍ未満の部分を取り除き、粒径０．５ｍｍ未満の部分を取り除いた試料と、取り除く前の元の試料とを混合して、この混合した試料についてフッ素溶出試験を行った。
【００３２】
先ず、混合した試料を目開き寸法０．５ｍｍの篩分器で篩分けして、粒径が０．５ｍｍ未満の部分と０．５ｍｍ以上の部分とに分離し、粒径０．５ｍｍ未満の部分の比率を求めた。次いで、混合した試料を用いてフッ素溶出試験を行った。フッ素溶出試験は実施例１と同一方法で行った。表２に、使用した試料番号、粒径０．５ｍｍｍ未満の粒子の比率、及びフッ素溶出試験の結果を示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
表２に示すように、高炉水砕スラグとして製造されたままの状態では、フッ素の溶出量が土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下を達成できなかった試料４〜８においても、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の少なくとも一部分を取り除き、粒径０．５ｍｍ未満の粒子の比率を全体の５質量％以下とすることで、フッ素の溶出量は土壌環境基準の０．８ｍｇ／Ｌ以下になり、土木建築用資材として適していることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】フッ素の溶出方試験方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  高炉水砕スラグ
２  溶媒
３  容器
４  攪拌羽根
【図１】
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