〔新日鉄住金技報

第 399 号〕 （2014）
DC 669 . 184 . 28 : 631 . 82 /. 86

技術論文

製鋼スラグの肥料用途
Steelmaking Slag for Fertilizer Usage
伊 藤 公 夫＊

Kimio ITO抄録

高炉スラグも製鋼スラグも肥料原料として利用されており，肥料取締法で鉱さいけい酸質肥料，副産石灰肥料，鉱さいりん酸肥料および特殊肥料の含鉄物のいずれかに分類されている。高炉スラグの肥料有効成分が Ca，Si，Mg のみであるのに対して，製鋼スラグは Ca，Si，Mg の他にも P，Mn，Fe など多種類の肥料有効成分を含む。また，製鋼スラグは植物に吸収されやすい可給態けい酸を多く含む。したがって，製鋼スラグは肥料原料として有用と考えられる。製鋼スラグを原料とする肥料の研究開発の事
例として，以下の４つを紹介した。
（1）稲の珪化細胞の形成促進とごま葉枯病の抑制，（2）りん酸肥料としての肥料登録，（3）津波被災農地復興，（4）堆肥としての活用

Abstract
Both blast furnace slag and steelmaking slag have been utilized as raw materials for fertilizer.
Fertilizers made of blast furnace slag or steelmaking slag are categorized in slag silicate fertilizer,
byproduced lime fertilizer, slag phosphate fertilizer or iron matter of special fertilizer. Effective
elements in blast furnace slag are Ca, Si and Mg. Steelmaking slag contains Ca, Si, Mg, P, Mn andFe. Steelmaking slag also contains plant available Si. Therefore, fertilizers made of steelmaking
slag is more useful. Four research examples were introduced. : (1) Formation of silica body cells
by application of silicate fertilizer. (2) Registration as phosphate fertilizer. (3) Restoration of paddy
fields damaged by Tsunami. (4) Composting of cow manure using steelmaking slag.

1.

緒含まれる有効成分について説明する。そして 2009 年度か

言ら開始している製鋼スラグの肥料用途拡大をめざした研究

2012 年度の鐵鋼スラグ協会のスラグ利用統計 によると，
1)

高炉スラグは土木用途に 139 万トン，セメント用途に 1 822

開発の事例を一部ではあるが紹介する。なお，本稿では転炉系製鋼スラグを製鋼スラグとして記載した。

万トン，道路路盤材用途に 334 万トン，製鋼スラグは土木

2.

用途に 347 万トン，セメント用途に 53 万トン，道路路盤材

本

論

2.1 鉄鋼スラグを原料とする肥料の歴史と肥料取締法

用途に 26 万トン，それぞれ用いられている。一方で，肥料，土壌改良用途は高炉スラグで 16 万トン，製鋼スラグ

鉄鋼スラグの肥料用途は最初，ヨーロッパを中心にすすで 10 万トンと相対的にはまだ少ない。しかし，肥料，土壌んだ。
1878 年，イギリスでトーマス転炉法が開発された。
トー

改良用途は，鉄鋼スラグの化学的な長所を植物の生長，農マス転炉法はその後ドイツを中心に発達した。1882 年には業生産に活用できる環境調和型の用途である。肥料取締法

ドイツのワグネル氏がトーマス転炉法で発生するスラグがによって公定規格が定められており，普通肥料として登録りん酸肥料になることを報告している 2)。トーマス転炉法

するか，特殊肥料として届出をすることで，肥料として商で発生するスラグを粉砕して作るりん酸肥料 “ トーマス燐

品化することも可能な特色ある鉄鋼スラグの用途である。

肥 ” は植物に対するりん酸の効きがよいことから非常に普

本稿では，まず鉄鋼スラグを原料とする肥料の歴史と肥及し，1960 年代にはドイツにおけるトーマス燐肥の年間生料取締法で定められている肥料の規格について紹介する。

産量は 250 万トンにも達していた。日本では 1918 年，旧日次に高炉スラグと製鋼スラグの肥料原料としての比較と，本鋼管（株）の川崎工場にトーマス転炉法が導入され，トー* 先端技術研究所 環境基盤研究部 主幹研究員 工学博士

千葉県富津市新富 20-1

─ 132 ─〒 293-8511

製鋼スラグの肥料用途

マス燐肥が製造されていたが，その後トーマス転炉法は普用を目的とし，鉄分を 100 分の 10 以上含有するものに限る），及しなかった。ドイツにおいても 1970 年代半ばから，植物鉄粉および岩石の風化物で鉄分を 100 分の 10 以上含有すの必須元素である窒素（N），りん（P），カリウム（K）をる物として定められている。

一度に供給できる NPK 化成肥料が使用されるようになり，肥料取締法では特殊肥料のほかに，普通肥料が新たにトーマス燐肥の生産は急激に減少した。現在，トーマス燐定められた。普通肥料は明確な公定規格が定められた肥料

肥は製造されていない。

であるにもかかわらず，前記のような肥料取締法ができた

さて，我が国では第二次世界大戦後，肥料として効果が経緯からか，特殊肥料以外の肥料として定義されている。

ないものも含めて，いろいろなものが肥料として用いられ普通肥料には窒素肥料，りん酸肥料，加里肥料，石灰肥料，ていた。そのような状況を取り締まるべく，1950 年に肥料苦土肥料，けい酸肥料，マンガン肥料などの規格がある。

取締法が施行された。肥料取締法では，この法律ができる

鉄鋼スラグを原料とする普通肥料としては，現在，鉱さい前から肥料として使われてきたもののうち，農家が五感でけい酸質肥料，副産石灰肥料，鉱さいりん酸肥料の規格が肥料効果が期待できそうと認識できるものを特殊肥料としある（表１～表３）。て認めている。特殊肥料には例えば，魚かす，米ぬか，堆鉄鋼スラグを原料とする肥料の中で，最も代表的なもの

肥などがある。鉄鋼スラグを原料とする肥料としては，含は，“ 鉱さいけい酸質肥料 ” である。けい酸肥料は稲作が鉄物が特殊肥料として認められている。特殊肥料（含鉄物）

盛んな我が国で世界に先駆けて 1955 年に設定された肥料は，褐鉄鉱（沼鉄鉱を含む），鉱さい（主として鉄分の施の規格である。1960 年代，“ 鉱さいけい酸質肥料 ” の生産

表１ 鉱さいけい酸質肥料の規格 3)
Slag silicate fertilizer in fertilizer control law

表２ 副産石灰肥料の規格 3)
Byproduced lime fertilizer in fertilizer control law

─ 133 ─新日鉄住金技報

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製鋼スラグの肥料用途

表３ 鉱さいりん酸肥料の規格 3)
Slag phosphate fertilizer in fertilizer control law量は年間 100 万トン以上であった 4)。その頃に “ 鉱さいけるが，溶銑予備処理スラグにはけい酸含有量が 20％を超えい酸質肥料 ” の原料として使われていたスラグは高炉スラるようなものもあり，けい酸肥料の原料として利用されてグであった。高炉スラグを原料とする “ 鉱さいけい酸質肥いる。また，表４で高炉スラグと製鋼スラグの組成を比較

料 ” は，現在まで “ ケイカル ” の商品名で使われてきた。

するとわかるように，製鋼スラグには Ca や Si のほかにもしかし，ドイツの “ トーマス燐肥 ” と同じように，1970 年

Mg，Mn，Fe，P などの肥料有効成分が含まれている。さらに，代に入って高炉スラグを原料とする “ 鉱さいけい酸質肥料 ”

高炉スラグは Al の含有量が高い。Al は土壌中でりん酸との生産量は激減していった。2012 年度の鐵鋼スラグ協会の結合しやすいため，植物によるりん酸の吸収を阻害する元利用統計によると，肥料・土壌改良用途に高炉スラグ，製素である。したがって，製鋼スラグの方が肥料原料として鋼スラグ合わせて 26 万トン利用されている状況である。

より好ましいと考えられる。
鐵鋼スラグ協会の利用統計 1) から，高炉スラグ，製鋼ス

2.2 高炉スラグを原料とする肥料と製鋼スラグを原料

ラグそれぞれについて肥料・土壌改良用途の年間利用量のとする肥料推移をグラフにしたのが図１と図２である。

鉄鋼スラグは大きく分けて高炉スラグと製鋼スラグに分

図１より，高炉スラグの肥料・土壌改良用途は過去５年，けられる。表４に高炉スラグと製鋼スラグの代表的な組成

年間 15 万トン程度で変化なく推移している。一方，図２よを示した 。

り，製鋼スラグの肥料・土壌改良用途は 2010 年度は年間5)高炉スラグは “ 鉱さいけい酸質肥料 ” の商品 “ ケイカル ”

６万９千トンであったのに対し，２年連続で増加し，2012の原料として，年間 16 万トン程度，用いられている。製鋼年度は年間 10 万３千トンにまで増加してきている。製鋼ス

スラグは “ 鉱さいけい酸質肥料 ”，“ 副産石灰肥料 ”，“ 鉱ラグを原料とする肥料の有用性が認識されつつある状況にさいりん酸肥料 ”，“ 特殊肥料 ” の原料として年間 10 万トあるのかもしれない。

ン程度，用いられている。製鋼スラグは高炉スラグよりもけい酸の組成値は低い。しかし，製鋼スラグに含まれるけい酸の多くは植物に利用されやすい可給態けい酸である。
したがって，製鋼スラグは高炉スラグよりも効率的に植物にけい酸を供給することが期待できるのである 6)。
表４に示した製鋼スラグの組成は転炉スラグの組成である。製鋼スラグには溶銑予備処理スラグと転炉スラグがあ

表４ 高炉スラグと製鋼スラグの代表的な組成
Typical compositions of blast furnace slag and steelmaking
slag
CaO
Blast furnace slag 41.7
Steelmaking slag 45.8(%)
SiO2 MgO MnO Fe Al2O3 P2O5
33.8 7.4
0.3
0.4 13.4 0.1
11.0 6.5
5.3 17.4 1.91.7

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日鉄住金技報図１ 高炉スラグの肥料・土壌改良用途の年間利用量の推移（国内）Annual usage of blast furnace slag for fertilizers and soil
amendments in Japan─ 134 ─

製鋼スラグの肥料用途

石灰（CaO）の効果
石灰（CaO）はアルカリ性なので酸性土壌を中和する効果がある。また，アルカリ性にすることにより，土壌病害の抑制にも効果がある。さらに，カルシウム（Ca）は根を丈夫にし，植物にとって重要なカリウム（K）の吸収促進にも役立つことが知られている。
苦土（MgO）の効果
苦土（MgO）もアルカリ性であり，酸性土壌の土壌改良効果がある。また，マグネシウム（Mg）は葉緑素の構成元素であり，光合成を促進することが知られている。
りん酸（P2O5）の効果

図２ 製鋼スラグの肥料・土壌改良用途の年間利用量の推移（国内）Annual usage of steelmaking slag for fertilizers and soilamendments in Japan

りん（P）は植物の必須三要素の一つであり，りん（P）がなければ植物は育たない。りん（P）は，植物の生長，分けつ，根の伸長，開花，結実を促進することが知られている。

2.3 鉄鋼スラグに含まれる肥料有効成分

マンガン（Mn）の効果

肥料有効成分の説明に入る前に，肥料組成の表記の注意

マンガン（Mn）は，葉緑素の生成に関与し，光合成を点について述べる。

促進することが知られている。
鉄（Fe）の効果

肥料の組成では，多くの肥料有効元素を酸化物として換算して組成を表記することが慣習的に行われる。例えば，

鉄（Fe）は，土壌中の硫化水素を硫化鉄として無害化す

Ca は CaO，Si は SiO2，Mg は MgO，P は P2O5 として換算ることで，根への害を軽減させる効果がある。また，葉緑して組成が表記される。しかし，Mn，Fe に関しては，元素の生成にも関与し，光合成を促進することが知られてい素の含有量で組成が表記される。また，CaO は石灰，SiO2る。

はけい酸，MgO は苦土（くど），P2O5 はりん酸と読む。化

学的には正しいとは言えないが，このような慣習的に用い

2.4 研究開発の事例紹介られる肥料組成の表記の特殊性を頭に入れた上で，以下を（1）珪化細胞の形成とごま葉枯病の抑制効果通読いただきたい。

稲の葉，穂や茎にごま状の斑点が現れ，重症の場合にはけい酸（SiO2）の効果

稲が枯死してしまうごま葉枯病が近年，我が国の主要な米

けい酸は鉄鋼スラグを原料とする肥料で最も主要な肥料生産地である新潟県を中心に問題になってきている。けい効果を示す成分である。例えば，収量が６トン／ ha の水田

酸肥料は珪化細胞の形成により，ごま葉枯病の抑制に効果

では，稲による窒素の吸収量が 100 ～ 120 kg／ha であるのがあることが期待できる。そこで新潟県農業総合研究所，に対して，けい酸の吸収量は 10 倍の 1 000 ～ 1 200 kg／ha

千葉大学との共同研究で，製鋼スラグを原料とするけい酸にも達することが報告されている 7)。稲は大量のけい酸を肥料を施用することによる，ごま葉枯病への効果を調べた。

必要とする植物なのである。けい酸は稲の根から吸収され図３に示したように，土壌に製鋼スラグを原料とするけいると，稲の茎や葉の表層に珪化細胞（後述）というガラス酸肥料を１トン／ha 施用することによって，稲の葉のごま質からなる細胞を形成するのに利用される。珪化細胞は複葉枯病による斑点の数が減少するとともに，葉の表面の珪数列縦方向に整然と並んで形成されるガラス質の硬い透明化細胞がより多く形成されている様子が観察された。さらな細胞であるため，茎や葉をまっすぐ立たせ，受光性を高に，製鋼スラグを原料とするけい酸肥料を施用しなかった

めて光合成を促進したり，鎧のように植物病原菌の感染を葉と比べて，ごま葉枯病の病原菌もほとんどみられなかっ抑制する効果があることが報告されている 。

た。

8)

また，けい酸は米の品質や食味にも関与することが報告されている。前述のように稲作１作，１ヘクタール当たり（2）りん酸肥料としての効果確認と肥料登録

約１トンものけい酸が稲に吸収される。山形大学の藤井教

鹿島製鉄所の溶銑予備処理脱りんスラグは，りん酸授は，我が国で多くの水田土壌がけい酸不足に陥いる可能（P2O5）を５％程度含む。鹿島製鉄所 資源エネルギー部の性があることを報告している 。稲のほかにもけい酸を必協力のもと，同製鉄所の脱りんスラグを多数試料入手し，

9)

要な植物として，さとうきび，とうもろこし，小麦，大麦

肥料取締法に定められた分析を行った結果，いずれも表３などが知られている。に示した鉱さいりん酸肥料の規格を満足することがわかった。同製鉄所の脱りんスラグのりん酸肥料としての肥料効─ 135 ─新日鉄住金技報第 399 号 （2014）

製鋼スラグの肥料用途

図５ りん酸肥料鹿島１号の肥料登録証
Fertilizer registration proof of phosphate fertilizer ‘ Kashima
No.1’

図３ けい酸肥料施用による珪化細胞の形成とごま葉枯病抑制
Formation of silica body cells on rice plant leaf by silicate
fertilizer and suppression of brown spot disease

図４ こまつなに対する脱りんスラグの肥料効果
Effect of dephosphate slag on komatsuna growth

図６ 水田土壌の pH の推移
Soil pH in paddy fields in Souma City

果をこまつなで試験したところ，図４に示したような肥料

肥料に含まれる CaO のアルカリがパイライト（FeS2）の酸効果が確認できた。

化により酸性化した土壌の pH を改良できることも期待で上記の結果を得て，鹿島製鉄所 脱りんスラグを “ りん酸きる。東京農業大学 後藤教授らのグループにより，2012

肥料鹿島１号 ” として 2013 年 6 月 25 日に肥料登録するこ

年４月に福島県相馬市の津波被災した水田の酸性化した土とができた。肥料登録証の写しを図５に示す。

壌に，製鋼スラグを原料とする肥料が施用され，水稲が試験栽培された。製鋼スラグを原料とする肥料を施用する前（3）津波被災農地土壌改良のための製鋼スラグ活用

後の水田土壌の pH を図６に示した。pH 4 に酸性化してい東日本大震災では多くの農地が津波により被災した。宮た水田土壌に製鋼スラグを原料とする肥料を施用すること

城県では約 15 000 ヘクタール，福島県では約 5 900 ヘクター

により，水稲の栽培に適するとされる pH 5.5 程度に改良さルの農地が津波により被災した。

れた。水稲は順調に生育し，収穫も平年並みに得られた。

製鋼スラグを原料とする肥料は，多くの CaO を含む。海

このような 2012 年度に実施された土壌改良と水稲の試

水により土壌粒子に吸着したナトリウムイオン（Na ）と験栽培の結果を得て，津波被災農地の復興を図るプロジェ

肥料から供給されるカルシウムイオン（Ca ）が交換するクトが，福島県相馬市でそうまプロジェクトとして東京農ことで，除塩の促進が期待される。また，津波堆積土では業大学，相馬市，JA そうまにより 2013 年度から実施されパイライト（FeS2）の酸化により硫酸が発生して酸性化すている（図７）。2013 年度は約 40 ha の津波被災農地に製＋2＋ることがある。このような場合，製鋼スラグを原料とする
新日鉄住金

技報

第 399 号 （2014）

鋼スラグを原料とする肥料が平均して５トン／ha 施用され，
─ 136 ─

製鋼スラグの肥料用途

図７ そうまプロジェクト
Souma Project

水稲作が行われ，津波被災前と同レベルの米収量が得られた。そうまプロジェクトは継続されており，2014 年度は約200 ha の津波被災農地の復興が計画されている。
なお，そうまプロジェクトとは別に，（一社）
日本鉄鋼協会の産発プロジェクトとして，東北大学 多元物質科学研究センター 北村教授，フィールド環境研究センター 伊藤准教授らによる製鋼スラグを利用した津波被災農地復興研究も宮城県内を中心に 2014 年度まで実施されている。
（4）堆肥としての活用
家畜ふんは堆肥にすることで N（窒素），P（りん）を含

図８ 堆肥化試験の様子
Composting of cow manure

む肥料として利用できる。家畜ふんに製鋼スラグを混合することで，N，P の他に Ca，Si，Mg，Mn，Fe などを含む堆肥を作ることが可能である。図８は牛ふんに製鋼スラグを 15 質量％加えて混合した場合と，加えなかった場合での堆肥化試験の様子である。表面から深さ 20 cm で測定した温度の結果を図９に示す。製鋼スラグを加えて混合した
場合は温度が約 70℃まで上がったのに対して，加えなかった場合は温度は約 58℃までしか上がらなかった。10 日毎に切り返しを行った際，温度はいったん下がったが，その後再び上昇した。製鋼スラグを加えた場合は，65 ～ 70℃で維持されたことから，短期間で堆肥化がすすんだことが考えられた。作製した堆肥の腐熟度をこまつなを用いて調べた結果を図 10 に示す。
こまつなを用いた腐熟度の試験結果により，牛ふんに製鋼スラグを加えて作製した堆肥は発芽率が 80％以上あり，
─ 137 ─図９ 堆肥化試験時の堆肥内部（表面から深さ 20 cm）の温度の測定結果
Temperature of compost at 20 cm depth from the surface
新日

鉄

住

金

技報

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製鋼スラグの肥料用途があり，けい酸の植物への供給能力が高い製鋼スラグを原料とする肥料の普及が期待される。また，Mn，Fe，Mg など，製鋼スラグに含まれる Si，Ca 以外の有効成分に関しても新たな効能が見つかれば，新規な用途開拓をすすめられる可能性もある。
最後に，鉄鋼スラグの肥料用途で最も注意しなければならない点は，有害重金属のチェックである。鉱さいけい酸質肥料，鉱さいりん酸肥料という肥料規格の名称で鉱さいという表現が用いられている。有害重金属を含むのではないかという不安を抱かれる可能性がある。肥料としての信頼を確立していくために，肥料取締法で定められている有害重金属に関する基準と公害対策基本法で定められている

図 10 こまつなを用いた堆肥腐熟度の試験結果
Compost maturation test for komatsuna

土壌環境基準を遵守していくことは必須である。

3.

結言

製鋼スラグは Si，Ca，P，Mg，Mn，Fe などのさまざまな肥料有効成分を含む。従来から肥料として用いられてきた，けい酸肥料，石灰肥料のほかに，りん酸肥料として肥料登録されるものも出てきた。水稲は大量の Si（けい素）を必要とするため，けい酸肥料として普及してきたが，酸性土壌の改良などにも有効である。また，単独で肥料として用いる他，家畜ふんなどと混合して堆肥として用いることで，家畜ふんの有効利用を促し，かつ，一度に多種類の肥料有効成分を植物に供給できることが期待できる。
参照文献

図 11 牛ふんに製鋼スラグを加えて作製した堆肥のキャベツへの肥料効果
Fertilizer effect of compost with steelmaking slag on
Cabbage yield

1) 鐵鋼スラグ協会：H24 スラグ利用統計
http://www.slg.jp/slag/statistics/index.html
2) 松島喜市郎編：トーマス製鋼法．千倉書房，1943
3) ポケット肥料要覧 2010．
（財）
農林統計協会，2012

作物の栽培に利用できると判断された。

4) 日本土壌肥料学会編：ケイ酸と作物生産，博友社，2002，p. 120

図 11 は，牛ふんに製鋼スラグを加えて作製した堆肥を

5) 鐵鋼スラグ協会ホームページ：鉄鋼スラグの化学特性用いた場合と，製鋼スラグを加えず作製した堆肥を用いた

http://www.slg.jp/slag/character.html

場合，および堆肥を加えなかった場合のキャベツ栽培試験

6) 伊藤公夫，遠藤公一，白鳥豊，犬伏和之：日本土壌肥料学会の結果である。製鋼スラグを加えて作製した堆肥を用いた

講演要旨集．2013，p. 146

場合に収量は最も高くなった。

7) 日本土壌肥料学会編：ケイ酸と作物生産．博友社，2002，p. 48

以上のように，製鋼スラグは家畜ふんと混合して堆肥と8) JA 全農 肥料農薬部監修：土づくり肥料の Q&A．2008

して利用することも可能であることがわかった。

9) 日本土壌肥料学会編：ケイ酸と作物生産．博友社，2002，p. 41

2.5 肥料用途の課題
鉄鋼スラグを原料とする肥料は，植物の必須要素であるN（窒素）と K（カリウム）を殆ど含まず，P（りん）も含有量が低いため，NPK を含む化成肥料や堆肥と一緒に用いる必要がある。農家が肥料コストや肥料をまく手間を考伊藤公夫 Kimio ITO
先端技術研究所 環境基盤研究部主幹研究員 工学博士
千葉県富津市新富20-1 〒293-8511

える際，優先度が低い肥料ともいえる。このような鉄鋼スラグを原料とする肥料の弱点を克服していく必要がある。
例えば，稲は大量の Si（けい素）を必要とする。国内では水田土壌のけい酸含有量が低下してきているという報告
新日鉄

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