(57)【要約】【課題】  固結遅延剤を溶媒に効率的に溶出させることで、固結遅延剤の残留量を正確に評価する。【解決手段】本発明の固結遅延剤１の抽出方法は、固結遅延剤１を用いた固結防止処理が行われたスラグ２から固結遅延剤１を溶媒３に抽出するに際しては、スラグ２に対する溶媒３の重量比が０．１を超え且つ１０以下となるように混合し、スラグ２を１０時間以内の範囲で溶媒３に接触させて、固結遅延剤１を溶媒３に抽出させることを特徴とする。なお、固結遅延剤１を溶媒に抽出するに際しては、スラグ２を溶媒３に１分を超え且つ３時間以内に亘って接触させるとよい。また、固結遅延剤１を溶媒３に抽出するに際しては、スラグ２を溶媒３中で１０回/分以上１００回/分以下の振とう速度で振とうさせるとよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固結遅延剤を用いた固結防止処理が行われたスラグから固結遅延剤を溶媒に抽出するに際しては、
前記スラグに対する溶媒の重量比が０．１を超え且つ１０以下となるように混合し、前記スラグを１０時間以内の範囲で溶媒に接触させて、前記固結遅延剤を溶媒に抽出させることを特徴とする固結遅延剤の抽出方法。
【請求項２】
前記固結遅延剤を溶媒に抽出するに際しては、前記スラグを溶媒に１分を超え且つ３時間以内に亘って接触させることを特徴とする請求項１に記載の固結遅延剤の抽出方法。
【請求項３】
前記固結遅延剤を溶媒に抽出するに際しては、前記スラグを溶媒中で１０回/分以上１００回/分以下の振とう速度で振とうさせることを特徴とする請求項１または２に記載の固結遅延剤の抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉水砕スラグなどのスラグから、スラグ粒子同士の固結を遅延させるために加えられた固結遅延剤を効率的に抽出することができる固結遅延剤の抽出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、廃棄物の低減や天然資源の枯渇等の問題から、従来は廃棄していたスラグを有効利用することが望まれている。このようなスラグの中でも、高炉水砕スラグなどのスラグは、コンクリートの骨材に用いられたり、セメントの原料に用いられたりしている。
ところで、高炉水砕スラグなどのスラグ粒子は、微粒子であるため活性が非常に高く、空気中の水分などと反応し粒子間に水和相を形成することで粒子同士が固結しやすいことが知られている。例えば、高炉水砕スラグなどの粒子をそのままサイロなどの貯蔵容器に収容しておくと、空気中の水分が粒子表面もしくは粒子間に付着・スラグからイオンが溶出し、付着した水滴などが再び蒸発した際にカルシウムを主体とした水和相が粒子間を結びつけ、スラグ粒子同士の固結により上述した用途に用いることが困難になってしまう。
【０００３】
そこで、高炉水砕スラグなどのスラグには、スラグ粒子同士の固結を抑制または遅延させる固結遅延剤が塗布または添加されていることがある。この固結遅延剤は、スラグから溶出した水溶液中のＣａに対する固定化能を有する有機物質であり、Ｃａと結合してキレート化することで、水和物形成、ひいてはスラグ粒子同士の固結も抑制可能となっている。
【０００４】
このような固結遅延剤としては、特許文献１〜特許文献４に示すように、さまざまな種類のものが開示されている。
例えば、特許文献１、２には、メタクリル酸などのアクリル酸系架橋重合体を主成分とする固結防止剤であって、長期間に亘り優れた固結防止性及び透水性を発揮可能なものが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、アクリル酸系重合体と、グルコン酸またはグルコン酸の塩、グルコン酸オキサイド付加物とを主成分とする固結防止剤であって、高炉水砕スラグ又はその粒度調整物を細骨材として用いて水硬性セメント組成物を調製する場合に、水硬性セメント組成物にブリーディングが発生するのを抑制可能なものが開示されている。
さらに、特許文献４には、固結防止有効成分に硫酸アルミニウムを用いたものであって、上述したグルコン酸のように微生物で分解されることがない固結防止剤が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０２９９７０号公報
【特許文献２】特開２００６−１８８３８１号公報
【特許文献３】特開２００４−０９９３８９号公報
【特許文献４】特開２０１１−２０１７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した特許文献１〜特許文献４などに示す固結遅延剤（固結防止剤や固結抑制剤などの名称で示されることもあるが、本明細書ではこれらをすべて固結遅延剤という）は、一般的に、スラグの粒子表面に付着してＣａの溶出を抑制することで固結防止を可能としている。
しかし、固結遅延剤をスラグに散布しても、スラグ水分量や遅延剤の粘度などによって歩留まりは様々であり、実際には粒子表面に十分な固結遅延剤が付着していないような場合が考えられる。
【０００８】
スラグの固結抑制が可能な固結遅延剤量はラボ実験で評価が可能であるが、実操業において所定量の遅延剤が付着しているかを把握することが品質管理を行う上で必要である。
固結遅延剤の付着量の評価は、固結遅延剤が有機物質であるためＴＯＣ（Total Organic Carbon）分析などが有効であるが、スラグに付着している固結遅延剤量を正確且つ短時間で評価するには、固結遅延剤を確実に溶媒に溶出させることが重要となる。すなわち、固結遅延剤の溶出条件が弱すぎると、付着した固結遅延剤が全て溶出せず、固結遅延剤の付着量が実際よりも低く評価されてしまう可能性がある。また、固結遅延剤の溶出条件が強すぎると、Ｃａイオンなどのようなカチオンがスラグ中より溶出し、溶出したカチオンが固結遅延剤と反応する可能性もある。このように溶出したカチオンが固結遅延剤と反応すると、固結遅延剤の抽出効率がかえって低下し、正確な固結遅延剤の付着量の評価が困難になる可能性がある。
【０００９】
それゆえ、固結遅延剤の付着量を正確に評価して、高精度で迅速な品質評価や品質管理を行うためには、スラグに対する溶媒の重量比、スラグを溶媒中で溶出させる時間、スラグを溶媒中で振とうさせる時間（振とう速度）などの抽出条件を、固着遅延剤が過不足なく安定して抽出できるような条件に設定しておくことが必要となる。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、固結遅延剤を溶媒に効率的に溶出させることで、固結遅延剤の付着量の正確な評価を可能とする固結遅延剤の抽出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の固結遅延剤の抽出方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の固結遅延剤の抽出方法は、固結遅延剤を用いた固結防止処理が行われたスラグから固結遅延剤を溶媒に抽出するに際しては、前記スラグに対する溶媒の重量比が０．１を超え且つ１０以下となるように混合し、前記スラグを１０時間以内の範囲で溶媒に接触させて、前記固結遅延剤を溶媒に抽出させることを特徴とするものである。
【００１１】
好ましくは、前記固結遅延剤を溶媒に抽出するに際しては、前記スラグを溶媒に１分を超え且つ３時間以内に亘って接触させるとよい。
好ましくは、前記固結遅延剤を溶媒に抽出するに際しては、前記スラグを溶媒中で１０回/分以上１００回/分以下の振とう速度で振とうさせるとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の固結遅延剤の抽出方法によれば、固結遅延剤を溶媒に効率的に溶出させることで、固結遅延剤の残留量を正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる固結遅延剤の抽出方法の手順を示す模式図である。
【図２】「スラグに対する溶媒の重量比」に対する「固結遅延剤の抽出効率」の変化を示したグラフである。
【図３】「固結遅延剤の抽出時間」に対する「固結遅延剤の抽出効率」の変化を示したグラフである。
【図４】「抽出時の振とう速度」に対する「固結遅延剤の抽出効率」の変化を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の固結遅延剤１の抽出方法の実施形態を、図を参照して説明する。
一般的に、高炉から排滓された高炉水砕スラグなどのスラグ２に対しては、スラグ２の粒子同士が固結しないように、粒子表面に固結遅延剤１が塗布などにより付着させられている。本発明の固結遅延剤１の抽出方法は、このようにスラグ２に予め塗布等された固結遅延剤１を効率良く抽出するものとなっている。以降では、本発明の抽出方法の説明に先立ち、まず固結遅延剤１及び固結遅延剤１による固結防止処理について説明する。
【００１５】
固結遅延剤１は、スラグ２の表面に付着しており、スラグ２から溶出するＣａイオンなどを固定化することで、スラグ２粒子同士間に水和相を形成することを抑制し、固結を抑制又は遅延させるものである。
具体的には、この固結遅延剤１には、Ｃａと反応するような有機酸あるいは有機酸の化合物、有機酸を含む重合体などが用いられる。例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、グルコン酸などのような有機酸、またはこれらの塩、これらの有機酸を含む重合体や変性体などが用いられる。
【００１６】
固結防止処理は、上述した固結遅延剤１をスラグ２に付着させることにより、スラグ２粒子同士の固結を抑制する処理となっている。具体的には、この固結遅延剤１が溶解した水溶液などにスラグ２の粒子を浸漬させるか、シャワーなどを用いてスラグ２の粒子の上から水溶液を噴霧することで上述した固結防止処理は行われる。
ところで、固結遅延剤１による固結遅延効果がどの程度の期間に亘って継続するかなどを評価するためにはラボ実験で可能であるが、実操業ではスラグの水分量や遅延剤の粘度などにより歩留まりは一定ではないことが考えられる。そのため、実操業における固結防止効果を管理するためには、上述したようにスラグ２の粒子表面に付着した固結遅延剤１の付着量（残留量）を正確に評価することが必要不可欠となり、その際には固結遅延剤１の抽出条件が重要になる。
【００１７】
というのも、この固結遅延剤１は本来Ｃａイオンなどのカチオンと結びついて水に難溶または不溶な化合物を形成するものであるため、抽出させた溶媒３中にＣａイオンなどがあると固結遅延剤１がカチオンと結びついてしまい、溶媒３中の固結遅延剤１の濃度を正確に検出できなくなる虞がある。
つまり、抽出条件が適正なものより強すぎる場合には、スラグ２中から固結遅延剤１のみならずＣａも溶解してしまい、溶出したＣａイオンが固結遅延剤１と結合して溶媒３中の固結遅延剤１の濃度を低くしてしまう。そうすると溶媒３を分析しても正しい固結遅延剤１の濃度が得られなくなる可能性がある。
【００１８】
また、抽出条件が適正なものより弱すぎる場合には、固結遅延剤１がスラグ２の表面に未だ残っているのに抽出が終わっているため、固結遅延剤１の付着量が実際よりも低く評価されてしまう可能性がある。つまり、固結遅延剤１を抽出させる際の抽出条件としては、スラグ２表面に付着した固結遅延剤１を残さず溶解できるものでありながら、スラグ２中のＣａイオンを溶媒３中に溶出させないような条件が求められるのである。
【００１９】
そこで、本発明の固結遅延剤１の抽出方法は、固結遅延剤１を用いた固結防止処理が行われたスラグ２から固結遅延剤１を溶媒３に抽出するに際して、溶媒３に固結遅延剤１をどの程度加えるかという比率（混合比率、液固比ということもある）、溶媒３に固結遅延剤１を溶出させる時間（溶出時間）、及び溶媒３中で固結遅延剤１を振とうさせる強さ（振とう速度）などの抽出条件を規定したものとなっている。
【００２０】
具体的には、「溶媒３に対する固結遅延剤１の混合比率」は、「溶媒３に対するスラグ２の重量比が０．１を超え且つ１０以下なるように混合し、スラグ２を１０時間以内の範囲で溶媒３に接触させて、固結遅延剤１を溶媒３に抽出させる」というものである。また、「溶媒３に固結遅延剤１を溶出させる時間」は、「スラグ２を溶媒３に１分を超え且つ３時間以内に亘って接触させて、固結遅延剤１を溶媒３に抽出させる」というものである。さらに、「溶媒３中で固結遅延剤１を振とうさせる時間」は、「スラグ２を溶媒３中で１０回/分以上１００回/分以下の振とう速度で振とうさせて、固結遅延剤１を溶媒３に抽出させる」というものである。
【００２１】
次に、本発明の抽出方法の手順や処理の内容、及び混合比率、溶出時間、振とう速度などの抽出条件について詳しく説明する。
図１に示すように、本発明の抽出方法は、上述したような手順で固結防止処理が行われたスラグ２を所定の量だけ収納容器４に取り、この収納容器４にさらに溶媒３を入れて、振とうを行いながら固結遅延剤１を溶媒３に抽出させるというものである。振とう後の溶媒３には固結遅延剤１が溶出しているため、固結遅延剤１が溶出した溶媒３をまずメンブランフィルターなどを用いて濾過し、スラグ２を取り除く。そして、固結遅延剤１が溶出した濾液を所定の希釈倍率で希釈して分析検液５を調製する。このようにして調製された分析検液５を、ＴＯＣ分析法で分析することで分析検液５中の固結遅延剤１の濃度、言い換えればスラグ２の表面に付着した固結遅延剤１の付着量を算出することができる。
【００２２】
なお、このＴＯＣ分析法は、分析検液５に含まれる酸化性の有機物の量を分析するものである。この酸化性の有機物は全有機炭素（Total Organic Carbon）の頭文字をとって「ＴＯＣ」と名づけられ、酸化性の有機物の総量を炭素の量に換算して示したものとなっている。具体的には、ＴＯＣ分析法では、酸化剤を作用させて有機物を酸化させたり、触媒の存在下で有機物を酸化させたりするなどして、分析検液５に含まれる酸化性の有機物を二酸化炭素に変化させる。このようにして得られた二酸化炭素をＩＲ分析などで定量分析することで、分析検液５に含まれる酸化性の有機物の量（固結遅延剤１の付着量）を評価することができる。
【００２３】
上述した固結遅延剤１の抽出に用いられる溶媒３には、固結遅延剤１を溶解させることが可能な液体が用いられる。つまり、固結遅延剤１には上述したようなアクリル酸などの有機酸が用いられることが多く、有機酸を溶解可能な水を溶媒３に用いれば、固結遅延剤１を確実に溶解させることができる。なお、有機酸を溶解できるような有機溶剤（無機溶媒）、例えばアルコールやケトン類のような溶剤を溶媒３に選択することも可能である。
【００２４】
混合比率は、溶媒３の重量をスラグ２の重量で除したものであり、溶媒３に対するスラグ２の混合比率を重量比で示したものである。本発明の抽出方法では、この重量比は０．１を超え且つ１０以下なるような数値に設定されている。スラグ２には通常１０％程度の水が水和や吸着で含まれているため、溶媒３が水の場合には重量比を０．１以下とすると、固結遅延剤１の抽出が困難になる。また、重量比が１０より大きいと、スラグ２からの溶出するＣａの絶対溶出量が増加し、溶出したＣａと固結遅延剤１との反応が促進されてしまい、固結遅延剤１の抽出効率を低下させる原因となる。それゆえ、抽出効率を低下させずに固結遅延剤１を確実に抽出させるには、重量比を０．１を超え且つ１０以下なるような数値に設定するのが好ましい。
【００２５】
溶出時間は、固結防止処理を行ったスラグ２に溶媒３を接触させる時間を示したものであり、上述した抽出方法の手順では、収納容器４に溶媒３を入れてから、濾過によりスラグ２を取り除くまでの時間に相当する。本発明の抽出方法では、この溶出時間は１０時間以内、好ましくは１分を超え且つ３時間以内となるような時間に設定されている。溶出時間を１０時間以内、好ましくは３時間以内とするのは、抽出時間が長くなりすぎると、スラグ２からの溶出するＣａの絶対溶出量が増加し、溶出したＣａと固結遅延剤１との反応が促進されてしまい、固結遅延剤１の抽出効率を低下させる原因となるからである。また、収納容器４に溶媒３を入れてから、濾過によりスラグ２を取り除くまでの時間に最低でも１分の時間は必要なことから、溶出時間を１分以上とするのが好ましい。以上のことから、抽出効率を低下させずに固結遅延剤１を確実に抽出させるには、溶出時間を１０時間以内、好ましくは１分を超え且つ３時間以内に設定するのが好ましい。
【００２６】
振とう速度は、上述した収納容器４内でスラグ２を溶媒３に浸した状態で収納容器４を水平方向に往復移動させる振とうの速度を規定するものである。このような振とうは、収納容器４内の溶媒３を攪拌し、固結遅延剤１の拡散を促進して固結遅延剤１を確実に抽出させるために行われる。
本発明の抽出方法では、スラグ２を溶媒３中で１６０回/分以下の振とう速度で振とうさせている。振とう速度を１６０回/分より高くすると、スラグ２からの溶出するＣａの絶対溶出量が増加し、溶出したＣａと固結遅延剤１との反応が促進されてしまい、かえって固結遅延剤１の抽出効率を低下させる原因となるからである。
【００２７】
また、振とう速度は、より好ましくは１０回/分以上１００回/分以下に規定するのが好ましい。振とう速度を１０回/分以下にしても固結遅延剤１の９０％以上は回収できるが、固結遅延剤１を９６％以上を回収するには振とう速度を１０回/分より高くするのが好ましい。さらに、振とう速度を高くし過ぎると固結遅延剤１の回収率が低下するため、振とう速度を１００回/分、より好ましくは８０回/分以下とするのが良い。このように振とう速度を１００回/分、より好ましくは８０回/分以下とすれば、固結遅延剤１を９６％以上回収することが可能となる。
【００２８】
溶媒３に対するスラグ２の混合比率、溶媒３に対するスラグ２の溶出時間、溶媒３の振とう速度などを上述した好適範囲に調製して固結遅延剤１を抽出させると、スラグ２表面に付着した固結遅延剤１を残さず溶解することが可能になるだけでなく、スラグ２中のＣａを溶媒３中に極力溶出させないようにすることが可能となり、スラグ２表面に付着した固結遅延剤１を同じ抽出条件で再現性良く抽出し、固結遅延剤１の付着量を精度良く評価することが可能となる。
【実施例】
【００２９】
次に、実施例及び比較例を用いて、本発明にかかる固結遅延剤１の抽出方法の作用効果をより詳しく説明する。
実施例及び比較例は、予め１０５℃に乾燥された高炉水砕スラグ（スラグ２）を収納容器４などに入れ、収納容器４内のスラグ２に固結遅延剤１の水溶液を塗布し、スラグ２を混合攪拌して塗布した固結遅延剤１の水溶液を全てのスラグ２粒子の表面に塗り広げたものを試料として用いている。
【００３０】
このようにして固結遅延剤１が付着したスラグ２の試料に対しては、溶媒３として水（蒸留水）を添加し、表１に示すような抽出条件で抽出した。なお、抽出液の濾過には０．４５μｍの孔径を有するメンブランフィルタが用いられ、抽出した濾液３０ｍｌを５０ｍｌに定容して分析検液５に調製した上で、ＴＯＣ分析を行った。
実施例及び比較例の結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
なお、表１中の「固結遅延剤１の理論添加量（mg/L）」は、上述した固結遅延剤１の水溶液（抽出液）に含まれる全有機炭素量：Ｃ（mg/L）と、スラグ２へ実際に塗布された水溶液の量（塗布量）：Ｘ（wt%）から計算される。つまり、固結遅延剤１の全有機炭素量を水溶液の総量で除したものが全有機炭素量Ｃ（mg/L）となるため、この全有機炭素量Ｃ（mg/L）と、スラグ２へ実際に塗布された水溶液の量Ｘ（wt%）とを式（１）に代入すると、固結遅延剤１の理論添加量Ｃｔ（mg/L）を求めることができる。
【００３３】
【数１】
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【００３４】
また、表１中の「抽出効率」は、固結遅延剤１の分析添加量Ｃｅ（mg/L）を、固結遅延剤１の理論添加量Ｃｔ（mg/L）で除したものを、百分率で示したものである。
なお、図２は、「スラグ２に対する溶媒３の重量比」に対する「抽出効率」の変化をまとめたものであり、図３は、「溶媒３に対するスラグ２の抽出時間」に対する「抽出効率」の変化をまとめたものである。また、図４は、「溶媒３の振とう速度」に対する「抽出効率」の変化をまとめたものである。
【００３５】
上述した図２を見ると、「スラグ２に対する溶媒３の重量比」が３０の場合には、「抽出効率」は９０％を下回っているが、「スラグ２に対する溶媒３の重量比」が１０や１の場合には、「抽出効率」は９０％以上となり、固結遅延剤１をスラグ２から効率良く抽出できていることが分かる。一方、表１の比較例４を見ると、「スラグ２に対する溶媒３の重量比」が０．０５の場合には、固結遅延剤１の抽出自体が困難になる。これらのことから、スラグ２に対する溶媒３の重量比が０．１を超え且つ１０以下なる範囲では、９０％以上の「抽出効率」を得ることができると判断される。
【００３６】
また、図３を見ると、「溶媒３に対するスラグ２の抽出時間」が１０分の場合でも、６０分の場合でも、さらには６００分の場合でも、「抽出効率」は９０％以上となり、固結遅延剤１をスラグ２から効率良く抽出できていることが分かる。なお、この「溶媒３に対するスラグ２の抽出時間」を１０分や６０分にする、つまり１８０分（３時間）以下とした場合には「抽出効率」をさらに９４％以上という高い数値になり、「抽出効率」を更に高めることができると判断される。
【００３７】
さらに、図４を見ると、「溶媒３の振とう速度」が１６０回/分の場合や２００回/分の場合には、「抽出効率」はいずれも９６％を下回っているのに対し、「溶媒３の振とう速度」が１０回/分の場合や８０回/分の場合には、「抽出効率」はいずれも９６％以上となる。このことから、「溶媒３の振とう速度」が１０回/分以上１００回/分以下の場合には、９６％以上の「抽出効率」を得ることができると判断される。
【００３８】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００３９】
１  固結遅延剤
２  スラグ
３  溶媒
４  収納容器
５  分析検液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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