(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５ｍｍアンダーの製鋼スラグを配合後の固形物総質量に対し２５〜７５質量％、高炉水砕微粉末を１０〜４０質量％、石炭灰を１０〜５０質量％、石膏を１〜１０質量％配合し、配合後の固形物総質量に対して水を外掛けで４０〜７０質量％添加し混練して、２週間以上養生し、固化後に３０ｍｍアンダーに破砕して更に２週間以上養生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、製鋼スラグを冷間で安価に固化させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に製鋼スラグ（以下でスラグと略す）は、スラグ中に石灰が遊離した形（以下で遊離ＣａＯと称す）で残存しているため、そのままの形で道路用材、土木用材などに利用した場合、遊離ＣａＯの水酸化により膨張が起こることが知られている。そこで、現在一般にスラグを自然冷却し、破砕した後、屋外で山積みするかあるいは人為的に水蒸気と接触させることにより遊離ＣａＯを安定化させている。しかし、安定化後は遊離ＣａＯの水酸化による膨張でスラグが崩壊し、微粉分が増加する。あまり微粉分が増加すると充填性が悪化し、道路用材としての利用が困難になる。従って、一部の微粉分は集めて固化するのが望ましい。それも、熱間で再溶融するとコストがかかるので、冷間で固化するのがより望ましい。
【０００３】
スラグを冷間で固化する方法としては、例えば、特開平１１−７１１６０号公報に示されるように、製鋼スラグを破砕し三方を仕切壁で囲んだピット内に山積みし下から炭酸ガスを吹き込んでスラグを炭酸固化するという方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、上記の方法をエージング後の製鋼スラグ微粉分の固化に適用しようと試みた。その結果、高純度の炭酸ガスは高価であり、処理費が高くつくことが判明した。
【０００５】
本発明はこの問題を解決し、製鋼スラグ微粉分を安価に固化させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、５ｍｍアンダーの製鋼スラグを配合後の固形物総質量に対し２５〜７５質量％、高炉水砕微粉末を１０〜４０質量％、石炭灰を１０〜５０質量％、石膏を１〜１０質量％配合し、配合後の固形物総質量に対して水を外掛けで４０〜７０質量％添加し混練して、２週間以上養生し、固化後に３０ｍｍアンダーに破砕して更に２週間以上養生することを特徴とする製鋼スラグの固化方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明について詳細に説明する。
【０００８】
転炉、混銑車、溶銑鍋、溶鋼鍋などで発生した製鋼スラグを冷却・凝固させ破砕する。次にエージングの前または後に分級し、５ｍｍアンダーの微粉分を得る。ここで、５ｍｍアンダーとはトップサイズが５ｍｍであることを意味している。この製鋼スラグ微粉分に高炉水砕微粉末、石炭灰、石膏を配合し水を添加して混練し、適当な大きさのピットあるいは地面に流して養生する。養生・固化後に固化体を３０ｍｍアンダーに破砕して更に養生する。これら養生期間中に、スラグからＣａＯ、高炉水砕微粉末からＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3、石膏からＣａＳＯ4が溶出し、水中で反応してケイ酸カルシウム水和物やエトリンガイトという化合物を生成する。その際の化学反応式は次のとおりである。
【０００９】
【化１】
0003958914.tif 000002
【００１０】
【化２】
0003958914.tif 000003
ケイ酸カルシウム水和物やエトリンガイトは不溶性であり、これらの化合物が水を結晶水として取り込みながら固体として析出し、空間に占める固体の割合が増加することにより固化していく。石炭灰の機能は、各材料を混合する際の分散性の向上である。石炭灰は平均粒径１５μｍ程度で球状に近い粒子が多く含まれる。これにより集塊状となっている土壌のフロック構造に進入して、ＣａＯ、ＣａＳＯ4、Ｈ2Ｏ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などの化学種が拡散するスペースを増加させる。スラグを５ｍｍアンダーに破砕するのは、５ｍｍを越えると比表面積が減少し、高炉水砕微粉末等との反応効率が低下するからである。下限値は特に規定するものではない。スラグの配合量を２５〜７５質量％とするのは、２５質量％未満ではＣａＯが不足し、ケイ酸カルシウム水和物やエトリンガイトが十分に生成しない。７５質量％を越えるとケイ酸カルシウム水和物やエトリンガイト生成に必要な他の物質が不足し、未反応の遊離ＣａＯが残存する。高炉水砕微粉末の配合量を１０〜４０質量％とするのは、１０質量％未満ではＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3の溶出量が不足する。４０質量％を越えるとケイ酸カルシウム水和物やエトリンガイト生成に必要な他の物質が不足し、未反応の高炉水砕微粉末が残存する。高炉スラグのなかでは高炉水砕微粉末が最も好ましい。高炉水砕スラグでも未破砕品は製造時の水との接触により表面が不活性層に覆われており、反応性が十分ではない。従って高炉水砕スラグを粉砕した高炉水砕微粉末を用いる。その平均粒径の範囲は２〜４０μｍが望ましい。石炭灰の配合量を１０〜５０質量％とするのは、１０質量％未満では分散性が不十分であり、５０質量％を越えると石炭灰がスラグや高炉水砕微粉末を覆ってしまい、反応が阻害される。石膏の配合量を１〜１０質量％とするのは、１質量％未満ではＣａＳＯ4が不足しエトリンガイトが十分に生成しない。１０質量％を越えるとエトリンガイトが過剰に生成し、その結晶成長圧により組織が破壊される。水を外掛けで４０〜７０質量％添加するのは、４０質量％未満では流動性発現に必要な水が不足し、ピットや地面に流すのが困難となる。７０質量％を越えると固化時の空隙が増加し強度が低下する。混練してから２週間以上養生するのは、２週間未満では、固化後破砕するために必要な強度が得られないからである。養生期間の上限は特にない。固化後に３０ｍｍアンダーに破砕して更に２週間以上養生するのは、少量残留している未反応分へ雨水等の水分を供給して反応をほぼ完結させるためである。ここでも上限は特にない。３０ｍｍアンダーに破砕するのは、３０ｍｍを越えると水分が内部へ十分に浸透しない。下限値は特になく、用途に応じて適正な粒径にすることが望ましい。更に２週間以上養生するのは、２週間未満では、反応が完結するのに不十分である。ここで、最初の２週間以上または次の２週間以上のいずれか一方、あるいは両方で雨水のような天然水だけでなく、人工的に水分を散布してもよい。ここで破砕後の養生での天然または人工の水分の供給量は、特に規定するものではないが、例えば固化物に対して外掛けで１０質量％程度以上あれば望ましい。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１２】
本実施例の製鋼スラグ、高炉水砕スラグ、石炭灰の化学組成を表１に示す。
【００１３】
製鋼スラグを冷却・凝固させた後、５ｍｍアンダーに破砕するか、あるいは５ｍｍよりも粗い粒度で破砕して分級し５ｍｍアンダー品を得た。この製鋼スラグを各種物質と表２に示す割合で混合し、養生・固化した。本発明例１〜９で高炉水砕微粉末の平均粒径は１０μｍである。比較例としては、個々の因子が本発明例の範囲から外れる場合を選んだ。
【００１４】
表３の従来法１が特開平１１−７１１６０号公報に示されるように製鋼スラグを破砕し三方を仕切壁で囲んだピット内に山積みし下から炭酸ガスを吹き込んでスラグを炭酸固化する方法である。ここでは、３ｍｍアンダーの転炉スラグ粉を幅４ｍ×奥行６ｍのピット内に高さ１．５ｍに山積みして適度に締め固めた後、ピットを密閉し、炭酸ガスを供給量５０ｍ3（Ｎｏｒｍａｌ）／ｈで３日間吹き込み、スラグを炭酸固化させた。表２および表３にコスト比率および固化の状況も示す。ここで、コスト比率とは、固化物１ｔ当たり必要な材料費について従来法１を１００とし、その他を１００に対する比率で示したものである。
【００１５】
表２を表３と比較すると、本発明例はいずれも比較例に対して固化が良好であり、また従来法に対してコストの点で有利である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明により、製鋼スラグの微粉分を冷間で安価に固化させることができた。従って、高純度の炭酸ガスや高価なセメントを使わずに、主に産業上の副産物を利用して製鋼スラグを固化させることが可能となった。
【００１７】
この方法は、ステンレススラグのようにダスティングで粉化するスラグの固化にも有効である。
【００１８】
【表１】
0003958914.tif 000004
【００１９】
【表２】
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【００２０】
【表３】
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