(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼スラグである粉状スラグと、洗砂処理で発生する洗砂汚泥と、酸化カルシウム（ＣａＯ）源とを混合し、塊成化する製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法であって、
粉状スラグは、
ステンレス鋼の製造過程で発生する１ｍｍ以下の粉粒状のスラグであり、酸化カルシウム分３０〜６０重量％、酸化珪素（ＳｉＯ２）分１８〜３０重量％を含有し、
洗砂汚泥は、
酸化カルシウム分０．５〜５．０重量％および酸化珪素分４０〜６５重量％を含有し、
混合は、
乾燥状態に換算して、粉状スラグ２０〜６０重量％、洗砂汚泥４０〜７０重量％および酸化カルシウム源１．５〜１５重量％の割合の範囲で行い、
塊成化は、
混練機または造粒機またはプレス等による製団機のいずれかまたは組み合わせて用い、塊状の固体を生成させることを特徴とする製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法。
【請求項２】
塊成化で生成する塊状の固体を、水蒸気雰囲気中で高温高圧処理することを特徴とする請求項１記載の製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼工場で発生する細かい粉粒状の製鋼スラグと、土壌を採取して砂を分離する洗砂処理で発生する洗砂汚泥とを、有効に利用するための製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、金属を得るために、原料の鉱石などに各種処理を施し、純度を高めて分離することを行っている。原料から金属が分離された残存物は、スラグと呼ばれる。スラグは、高温で溶融状態となっていたガラス状の物質であり、金属の生産量増大とともにスラグの生成量も増大する。生成されたスラグをそのまま廃棄することは、環境上好ましくなく、各種の再利用法が提案され、実行されている。
【０００３】
たとえば、特開平６−２００２４９号公報には、製鉄用の高炉から発生する高炉スラグや、ステンレス鋼の製鋼過程で発生するステンレススラグ等を、セメント、石灰類、およびアルミニウム強酸塩から成る固化剤に対して、砕石粉を同量以上に混入した砕石粉混入固化剤に、増量剤として利用することが提案されている。特開平５−２０８１８２号公報には、スラグなど酸化珪素を主成分とする産業廃棄物に、カルシウム系水硬化剤を加えて、これら混合物を圧力窯内で高温高圧をかけ、セメント硬化体と同程度の強度を有する水和硬化体を得る方法が提案されている。特開平９−２２７１８１号公報には、金属の溶融炉で発生する溶融スラグまたは溶融飛灰に対して、高炉水砕スラグ微粉末およびセメントと水とを添加し、固化させた後、得られた固化体を粒状化させて、道路用砕石、コンクリート骨材などに利用する提案が行われている。固化体を製造する場合には、溶融処理スラグと、高炉水砕スラグ微粉末と、セメントまたは消石灰を混合して、１００：５〜５０：２〜３０の重量部の比で配合し、さらに水を１０〜５０重量部添加して、場合によってはオートクレーブでの加熱処理を行う。特開平３−２５２３７５号公報には、高炉スラグ粉や製鋼スラグ粉などを、石灰石とセメントととの混合物に添加し、水を加えて造粒し、セメントと水とを合わせて混練りして、構築材を得ることが提案されている。
【０００４】
また、石炭の燃焼後に得られる石炭灰に対しても、たとえば特開平８−２３１２６０号公報には、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を濃度３５％以下で含有する石炭灰と、カルシウム化合物とを４０／６０〜９５／５の割合で混合し、水熱処理して固化物を製造する方法が開示されている。特開平８−２３９２５４号公報には、下水汚泥と生石灰類と石炭灰とを主要成分として、１０００〜１４５０℃で焼成し、人工骨材を製造する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の各先行技術では、スラグや石炭灰などを、単なる廃棄物ではなく有用な材料として再利用を図るようにしている。しかしながら、高炉スラグ等を焼却灰やセメント等と混合して固化剤として利用しようとしても、品質のばらつきやオートクレーブなどを用いる処理方法が複雑であり、経済的には成立し難く、実用化は困難である。特に、スラグの中でも製鋼工程で発生する細かい粉粒状のスラグは、焼却灰やセメント等と混合しても固化体としては利用しにくく、一部がセメント原料や土壌改良剤などとして有効利用されているだけである。
【０００６】
建築や土木の材料として広く利用されているコンクリートは、セメントと土砂などを混合する必要がある。近年、河川敷などから砂のみを大量に採取することが困難になっており、土壌を水で洗って砂を取出す洗砂処理で砂を製造するようになってきている。砂を取出した土壌の残存部分には、細かい粒子の土が汚泥として残る。このような洗砂汚泥は、乾燥すると埃のように風で飛んでしまい、技術的に確立した利用法が存在しない。砂の製造は、砕石処理でも行われ、砕石の際に発生する砕石粉は、土壌改良剤としての検討が成されている。たとえば、前述の特開平６−２００２４９号公報に、その一例が示されている。しかしながら、管理や施工方法が難しく、実用化には今一歩及ばない状況である。
【０００７】
この結果、粉状の製鋼スラグや洗砂汚泥は、大部分が工場内や洗砂処理場の現場に堆積され、その維持管理、あるいは産業廃棄物としての処理が必要となり、それらに大きな費用が発生している。
【０００８】
本発明の目的は、このような状況を緩和し、製鋼工場から発生する粉状のスラグと洗砂汚泥とを、多大の費用を必要とすることなく、有効に処分することができる製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、製鋼スラグである粉状スラグと、洗砂処理で発生する洗砂汚泥と、酸化カルシウム（ＣａＯ）源とを混合し、塊成化する製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法であって、
粉状スラグは、
ステンレス鋼の製造過程で発生する１ｍｍ以下の粉粒状のスラグであり、酸化カルシウム分３０〜６０重量％、酸化珪素（ＳｉＯ２）分１８〜３０重量％を含有し、
洗砂汚泥は、
酸化カルシウム分０．５〜５．０重量％および酸化珪素分４０〜６５重量％を含有し、
混合は、
乾燥状態に換算して、粉状スラグ２０〜６０重量％、洗砂汚泥４０〜７０重量％および酸化カルシウム源１．５〜１５重量％の割合の範囲で行い、
塊成化は、
混練機または造粒機またはプレス等による製団機のいずれかまたは組み合わせて用い、塊状の固体を生成させることを特徴とする製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法である。
【００１０】
本発明に従えば、製鋼工場で発生する粉状スラグを、洗砂処理で発生する洗砂汚泥ととともに、酸化カルシウム源と混合する。粉状スラグ中の酸化カルシウムと酸化カルシウム源からの酸化カルシウムとは、洗砂汚泥中の酸化珪素とポゾラン反応等を生じ、固化して塊を生成する。塊成化することによって、微粉末ではなくなり、砂や砂利と同等に、港湾関係やコンクリートブロック製造、再生クラッシャランその他の土木建設工事用の資材として有効に利用することが可能となる。特に、ステンレス鋼の製造過程で発生する１ｍｍ以下の粉粒状のスラグは、現在までの有効な利用方法が見出されていない。この粉粒状のスラグは酸化カルシウム分を比較的多く含むので、この粉粒状のスラグと酸化珪素分を比較的多く含む洗砂汚泥と混合し、さらに酸化カルシウム源で酸化カルシウム分を補って、混練機または造粒機またはプレス等による製団機のいずれかまたは組み合わせて用い塊成化すると、ポゾラン反応などによって容易に固化させ得る。酸化カルシウム源の添加量は比較的少なくて済み、原料の大部分を粉状スラグと洗砂汚泥として塊状の固体を生成させ得るので、比較的低コストで粉状スラグおよび洗砂汚泥の処理と再利用とを図ることができる。
【００１３】
また前記塊成化では、補助材として、フライアッシュを添加してもよい。
粉状スラグと洗砂汚泥とに酸化カルシウム源とを加えて塊成化する際に、フライアッシュを補助材として添加するので、フライアッシュから酸化珪素が補充され、ポゾラン反応による固化を促進させることができる。
【００１４】
また本発明の前記塊成化では、生成される前記塊状の固体を、水蒸気雰囲気中で高温高圧処理することを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、高温高圧の水蒸気雰囲気中で処理することによって、ポゾラン反応等による強固な鉱物相を生成させ、強度を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態としての製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法の概要を示す。本実施形態では、製鋼工場から発生する製鋼スラグのうち、再利用が困難な粉状スラグ１を、洗砂処理で発生する洗砂汚泥２と、さらにバインダ３として、セメントや石灰（生石灰）などの酸化カルシウム（ＣａＯ）源とともに、混練機４に投入して混合する。混練機４としては、たとえばアイリッヒミキサ等を用いることができる。粉状スラグ１、洗砂汚泥２およびバインダ３の混合物は、内部でポゾラン反応等を生じ、塊状の固体を生成する。生成された塊成化物５に対しては、そのまま時間をおく養生を行って出荷したり、水蒸気雰囲気中で高温高圧処理を行う水熱処理を施して出荷したりすることができる。
【００１７】
図２は、本発明の実施の他の形態としての製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法の概要を示す。本実施形態では、粉状スラグ１と洗砂汚泥２とを、それぞれ乾燥させた後、解砕機６に投入し、バインダとなるセメントや石灰などの酸化カルシウム源とともに混合する。解砕機６としては、アイリッヒミキサやフレットミル等を用いることができる。次に造粒機７に混合物を移し、造粒する。造粒機７としては、パン型ペレタイザやアイリッヒミキサ等を用いることができる。造粒物８は、そのまま養生して出荷したり、高温高圧処理の水熱処理後に出荷したりすることができる。
【００１８】
図１または図２に示す粉状スラグ１としては、次の表１に示すような成分のステンレス製鋼スラグを用いることができる。ステンレス鋼の製鋼工場では、種々の形状のスラグが発生し、粉粒状の粉状スラグ１は、粒径が１ｍｍ以下で、利用が特に困難となっている。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
また洗砂汚泥の代表的な成分を、次の表２に示す。
【表２】
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【００２１】
表２に示すような洗砂汚泥２に対し、予め０．１５ｍｍ以下の粒度に調整した表１に示すような成分のステンレス製鋼スラグを混合し、さらに固化補助材として、セメントまたは石灰を添加する。これらを混練機４内で均一に混合した後、パン型ペレタイザを用いて造粒する。造粒後、１週間（１Ｗ）養生したものと、１カ月（１Ｍ）養生したものと、オートクレーブで水熱処理したものとを、強度で比較した結果を次の表３に示す。強度の単位は「Ｎ」であり、１ｋｇｆ＝９．８Ｎの割合でｋｇｆ単位に換算した値を「（ ）」で囲んで示す。
【００２２】
【表３】
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【００２３】
表３では、造粒機としてアイリッヒミキサを用い、混合条件では、アジテータ回転数として３６００ｒｐｍ、パン回転数として４０ｒｐｍ、混合時間を３分とする。造粒条件としては、アジテータ回転数として１８００ｒｐｍ、パン回転数として４０ｒｐｍ、混合時間を３分とする。
【００２４】
造粒の操作は、原料とセメントとをドライベース、すなわち乾燥状態で所定の配合割合で解砕機６に投入し、前述の混合条件で混合した後、必要量の水を添加し、前述の造粒条件で５分間造粒を行い、排出する。その後、室内で養生し、その後、オートクレーブで２１５℃で２０気圧の高温高圧１時間の水熱処理を行う。
【００２５】
表３では、強度２４．５Ｎ（２．５ｋｇｆ）以上となる場合に判定に○印を付している。表３からは、２５番目の試料で、オートクレーブ処理後に１３３．３Ｎ（１３．６ｋｇｆ）の強度が得られている。すなわち、次の表４に示すように、本発明を適用すると、２４．５〜１３３．３Ｎ（２．５〜１３．６ｋｇｆ）の強度が得られる。
【００２６】
【表４】
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【００２７】
図１または図２の実施形態に従って生成される塊状固体は、粉状スラグ１中のＣａＯ成分と、洗砂汚泥２中のＳｉＯ2成分とが最適な割合で混合され、ポゾラン反応等によって強固な鉱物相を生成するために、表４に示すように、強度が天然砂や砕石スラグに近いものになる。したがって、コンクリートブロック用の骨材や、さらに土木建設工事における砕石や砂、その他の骨材の代用品として有効に利用可能であることが判る。
【００２８】
したがって、従来利用しにくい粉粒状の製鋼スラグや、洗砂汚泥２を廃棄処分や所内貯鉱する必要がなく、また同時に天然の山砂、砕石バラス、海砂等の資源の代替材としても、さらにはコンクリート解体廃材等から再生される再生クラッシャランの粒度調整材等の資材として有効に利用することができる。このようにして環境保護に貢献することができるとともに、工場でのスラグ処分コストの削減にも起用させることができる。
【００２９】
製鋼工場で発生する製鋼スラグは、資源の有効利用の観点から、ほとんどの場合、スラグ中の金属分を選鉱処理によって回収し、再び製鋼原料として使用している。同時に、場合によっては路盤材等に利用することができるスラグは、販売することも可能であるけれども、大部分のスラグは粉粒状の細かい状態になり、利用することができていない。これらの細かい粉粒状スラグは、最終的には濾過や脱水等の処理が成され、ケーキ状の含水率の高い状態で廃棄処分される。
【００３０】
細かい粉粒状スラグをより有効に利用するための解決方法として、図２の実施形態では、ペレタイザ等によって造粒し、造粒物をブロック骨材として利用することが検討されたりしているけれども、スラグ単独では品質のばらつきが大きいことや、その強度が天然の骨材等に比較して大きく劣るため、利用は困難である。
【００３１】
一方で、砂製造現場では、洗砂汚泥と呼ばれる微粉状の汚泥が産廃物として発生しており、これを処分するために多額の費用がかかることから、有効利用が検討されている。
【００３２】
本発明では、この洗砂汚泥がＳｉＯ2を主成分としていることから、溶解性の珪酸が充分に存在し、スラグ中のＣａＯ分と反応して、固化する特性を見出して利用する。すなわち、スラグ中のＣａＯ分と、洗砂汚泥中のＳｉＯ2とによって、ポゾラン反応等による珪酸カルシウム相の形成で、粒子間にネットワークを生成し、塊成化物単体の強度を充分に発現させることが可能となる。その強度は、最適なＣａＯとＳｉＯ2との比率によって決まると考えられるが、種々検討の結果、スラグと洗砂汚泥との比率、および補助材としてのセメント等の酸化カルシウム源の経済的な添加量を勘案して、配合割合を決定し、目的の強度を得ることができる。
【００３３】
また、補助材としてフライアッシュを添加してもよく、フライアッシュから酸化珪素が補充され、ボゾラン反応による固化を促進させることができる。
【００３４】
各材料の混合は、含水状態で行うのが好ましいけれども、場合によっては一度乾燥したうえで水分を添加しながらペレット状に造粒することもできる。また、混練して塊状としてもよい。塊成化物の用途に応じて使い分ければよい。塊成化物は、養生期間を設け、強度を充分に発現させることが必要である。養生期間の保存方法としては、湿った状態で保存することが、前述の固化反応を促進させるうえで最適である。場合によっては、強度をさらに発現させるためや、品質を均一化するために、水熱処理として、たとえば１００℃以上で５気圧以上の高温高圧の水蒸気雰囲気下の処理を実施することが好ましいけれども、用途とコストとの兼ね合いで処理の有無を決定すればよい。
【００３５】
表３に示す原料配合では、洗砂汚泥とスラグとにＣａＯ源であるセメントまたは石灰を加えているけれども、ＳｉＯ2源としてフライアッシュなどを添加することもできる。フライアッシュは、火力発電所のボイラーなどで、微粉炭燃焼に際し石炭灰が溶融し微細な球状粒となり、排ガスとともに煙道に導いたものを捕集する。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来利用が困難であった製鋼工場からの粉状スラグと、洗砂処理で発生する洗砂汚泥とを組合せ、酸化カルシウム源を加えて、塊状の固体を生成し、低コストで処理と有効利用とを図ることができる。
【００３７】
また本発明によれば、製鋼工場からの粉状スラグと洗砂処理の洗砂汚泥とに少量の酸化カルシウム源を加えて、塊状の固体を生成し、有効な利用を図ることができる。
【００３８】
また本発明によれば、フライアッシュを添加して、ポゾラン反応等による固化を促進させることができる。
【００３９】
また本発明によれば、水蒸気雰囲気中で高温高圧処理で、塊状の強度を高め、コンクリートの骨材などとしての利用での価値を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態としての製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法の概要を示すフロー図である。
【図２】本発明の実施の他の形態による製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法の概要を示すフロー図である。
【符号の説明】
１  粉状スラグ
２  洗砂汚泥
３  バインダ
４  混練機
５  塊成化物
６  解砕機
７  造粒機
８  造粒物
【図１】
0003840371.tif 000006
【図２】
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