大分工業高等専門学校紀要

第 53 号(平成 28 年 11 月)

製鉄所構内に積み付けた
大気エージング処理用製鋼スラグの基本的性状

麻生古川更紗1・佐野幹人3・澄川博昭2・柏原圭治3・佐藤司3

庫一3・中村貴敏4

1機械・環境システム工学専攻，2都市・環境工学科，3新日鐵住金株式会社，4日鉄住金スラグ製品株式会社

本研究では，製鉄所構内において積付け開始日の異なる大気エージング処理工程中の7つの製鋼スラグ山から試料を採取し，基本的性状の測定を行った．得られた結果より，大気エージング期間の経過にともなって自然含水比は徐々に増加，土粒子の密度は徐々に減少し，大気エージング処理工程中の製鋼スラグの自然含水比と土粒子の密度との間には相関性の高い直線関係が認められた．また，大気エージング期間の経過にともうpH，電気伝導率，カルシウムイオン濃度の明確な差は認められないということ，カルシウムイオン濃度と電気伝導率との間には比較的相関性の高い直線関係が認められるということが明らかとなった．

キーワード : 大気エージング，製鋼スラグ，基本的性状，pH

１．まえがきここで，エージング処理工程中（6か月から1年）にf-CaOが水と反応してCa(OH)2となった後，Ca(OH)2は大気中の二酸化炭素

製鉄所より発生する主な副産物として製鋼スラグを挙げるこ

CO2（濃度0.03～0.04%）と接触する機会があることより，接触とができるが，これには，排出直後，数%の遊離石灰（f-CaO）の程度の差は別にして次式(2)に示すような反応を経て炭酸カが含まれており，水と反応すると2倍の体積膨張が生じるとともルシウムCaCO3が生成1)されている可能性が高いものと推察さに，次式(1)に示すように発熱して水酸化カルシウムCa(OH)2がれる．

1)生成される ．

CaO  H 2O  Ca OH 2  15 .6 kcal / mol(1)

Ca OH 2  CO 2  CaCO 3  H 2 O  17.7 kcal / mol (2)このため，製鋼スラグ中に f-CaO を含んだ状態で路盤材料などに用いると，施工後，膨張によって路面が隆起する恐れがあ

さらに，式(2)の反応が進行しているとすれば，製鋼スラグのpHが低下していることになる．

るため，冷却固化後の製鋼スラグを破砕，ふるい分けした後，先にも述べたように，製鋼スラグの炭酸化処理技術の開発に製鉄所構内の屋外で一定期間山積みをし，f-CaO を水や空気と反応させ，製鋼スラグを安定化させるエージング処理が行われている 2)．
写真-1 は，2015 年 1 月 23 日に撮影した新日鐵住金株
式会社 大分製鐵所構内における大気エージング処理工
程中の製鋼スラグ山の一例を示す．
エージング処理には，降水や散水により水和反応を促進させる「大気エージング法」とより短期間で水和反応を完了させる「促進エージング法」の2つがある3)．
エージング処理工程を経た製鋼スラグは，路盤材料などの土木材料として有効に利用されているが，その一方でpH≒12の高写真-1

新日鐵住金株式会社 大分製鐵所構内におけアルカリ性を有することから，これを緩和するために，製鋼スる大気エージング処理用製鋼スラグ山の一ラグに二酸化炭素を散布して炭酸化を促進させる「迅速炭酸化例（2015 年 1 月 23 日撮影）

4)処理技術」が検討されている ．

―46―

大分工業高等専門学校紀要

表-1

第 53 号(平成 28 年 11 月)

製鉄所構内における製鋼スラグ山の積付け状況＜試料の状態：有姿（37.5mmふるい通過分）＞

製鋼スラグ山 No.
1

積付け開始
年月日
2014/1/20

積付け終了
年月日
2014/2/28

平均積付け期間（日）1682

2014/3/1

2014/3/31

135

3

2014/4/1

2014/4/30

104

4

2014/5/1

2014/5/31

74

5

2014/6/1

2014/6/30

62014/7/1

2014/7/31

7

2014/8/1

2014/8/31

自然含水比wn（%）

12

2014年7月28日採取
2015年1月23日採取

製鋼スラグ山No.6

No.78
製鋼スラグ山No.66No.14432130192○●

10No.4No.503060

No.390No.2120150180210

製鉄所構内における大気エージング期間ta（日）161* 平均積付け期間において，No.2～7 は当該月の 15 日

図-1

製鉄所構内における大気エージング期間の経過を，No.1 は 2 月 10 日を基準．にともなう自然含水比の推移（試料の状態：有**平均積付け期間において，No.1～5，No.7 の数値お姿（37.5mm ふるい通過分））

よび No.6 の上段の数値は基準日から 2014 年 7 月 28日までの期間，No.6 の下段の数値は基準日から 20157)ている「含水比試験」「土懸濁液のpH試験方法」，（JGS 0211-2009）

年 1 月 23 日までの期間．

8)，「土懸濁液の電気伝導率試験方法」（JGS 0212-2009）9)に準拠して，含水比w，pH(H2O)，電気伝導率を測定した．
あたっては，現在，文献4)のように二酸化炭素ガスを用いた「迅なお，今回，測定対象とした製鋼スラグが有姿（最大粒径速炭酸化処理技術」の開発が行われている．しかしながら，著37.5mm）であることより，試料の概ねの質量として，含水比w

者らは，現在のエージング処理技術の主流の1つである大気エーは1kg，pH(H2O)と電気伝導率は，500gとして測定を行った．

ジングを基本とし，炭酸化反応には大気中に含まれている二酸

また，地盤材料試験の方法として基準化されている試験とは化炭素CO2を積極的に用い，できるだけコストのかからない「緩別に，エージング処理工程中におけるカルシウムイオンCa2+濃速かつ経済的な炭酸化処理技術」の開発を目指している5),6)．

度（mg/L）の測定を，「土懸濁液のpH試験方法」8)と「土懸濁ここで，降水や散水によって水和反応を促進させる「大気エ液の電気伝導率試験方法」9)に追加して行った．

ージング法」によるエージング処理工程は，6か月から1年と長一方，土粒子の密度sについては，製鋼スラグは最大粒径期間にわたり製鉄所構内の敷地を占有することになるが，この37.5mmの有姿であることから，水置換法により測定する方法を間の製鋼スラグの性状について詳細に調査した例は見当たらな採用した．
次章では，自然含水比wn，土粒子の密度s，pH(H2O)，電気伝い．
そこで，本研究では，「緩速かつ経済的な炭酸化処理技術」の開発にあたって，まず，製鉄所構内において積付け開始日の導率，カルシウムイオン濃度Ca2+の測定結果および各種性状間の関係を示す．

異なる大気エージング処理工程中の7つの製鋼スラグ山から試料を採取し，基本的性状の測定を行った．

３．製鉄所構内に積み付けた大気エージング処理
工程中の製鋼スラグの各種性状
２．製鉄所構内に積み付けた大気エージング処理
工程中の製鋼スラグの性状調査

図-1は，製鉄所構内における大気エージング期間の経過にともなう自然含水比wnの推移を示す．なお，図中には，併せて，

表-1は，新日鐵住金株式会社 大分製鐵所構内の製鋼スラグ山

製鋼スラグ山No.（前出表-1参照）を示す．の積付け状況を示す．現在，1つの製鋼スラグ山を1ヶ月単位で図より，wnは3～8%を推移しており，同じスラグ山において管理（積付け開始および終了月日を把握）していることから，1も採取場所によって含水比が異なること，また，日数の経過に山当りの積付け期間（エージング期間）が明確となっている．ともなって含水比は徐々に増加する傾向にあることがわかる．

試料の採取は，2014年7月28日（対象スラグ山：No.1～6）ととくに，製鋼スラグ山No.6については，2回にわたって調査を行2015年1月23日（No.6，7）に実施した．調査の直前にバックホったわけであるが，13日では2.9～4.8%，192日では10.6%となっ

ーにより穴（幅2.3m×高さ2.3m×奥行1.3m）を掘削し，その穴ており，大気エージング期間の経過にともなって含水比が約2.8の中から試料を採取した．

倍増加していることになる．

試料採取後，直ちに試料を大分工業高等専門学校・地盤環境

エージング開始当初は，散水や降水にともなって製鋼スラグ工学実験室内に運搬し，地盤材料試験の方法として基準化され山内部に水が浸透するが，製鋼スラグ中に含まれているf-CaO―47―

大分工業高等専門学校紀要(平成 28 年 11 月)＜試料の状態：有姿（37.5mmふるい通過分）＞

3.3

製鋼スラグ山No.6

3.2

No.2

3.1

No.7

3.0

No.5

No.3

No.4

2.9
2.8

No.1

2.7
2.6

○●0

2014年7月28日採取
2015年1月23日採取

製鋼スラグ山No.6301206090150180＜試料の状態：有姿（37.5mmふるい通過分）＞

3.50
土粒子の密度ρs（g/cm 3）土粒子の密度ρs（g/cm 3）

第 53 号

210

ρs=3.3650-0.066647wn (r=0.908)

3.25

3.002.75

製鉄所構内における大気エージング期間ta（日）図-2○ 2014年7月28日採取● 2015年1月23日採取

2.50

製鉄所構内における大気エージング期間の経過にともなう土粒子の密度の推移（試料の状態：

024681012

自然含水比wn（%）

有姿（37.5mm ふるい通過分））
図-3の水和反応（前出式(1)）により水分が消費されるとともに膨張自然含水比と土粒子の密度との関係（試料の状態：有姿（37.5mm ふるい通過分））現象も生じる．しかしながら，期間の経過にともなってこの反応が収束するにつれて，製鋼スラグによる水分の消費が無くな＜試料の状態：有姿（37.5mmふるい通過分）＞

12.6るため，徐々に含水比が高くなったものと推察される．
併せて，製鋼スラグの細粒化による影響も原因の1つとして挙げること○ 2014年7月28日採取● 2015年1月23日採取

12.4ができる．
pH(H2O)

図-2は，製鉄所構内における大気エージング期間の経過にともなう土粒子の密度sの推移を示す．図より，土粒子の密度は，当初，3.1g/cm3程度であったが，エージング期間の経過にとも12.0

No.4化による影響が考えられる．

11.6

そこで，先に示した自然含水比と土粒子の密度との関係を検03060

No.2

No.3

No.5

11.8していることがわかる．この原因としては，製鋼スラグの細粒No.7

製鋼スラグ山No.6

12.23なって徐々に減少しており，168日時点で概ね2.9g/cm まで減少

製鋼スラグ山No.690120

No.1

150

180210

製鉄所構内における大気エージング期間ta（日）討してみることにした．
図-3は，自然含水比wnと土粒子の密度sとの関係を示す．図図-4

製鉄所構内における大気エージング期間の経過より，自然含水比の増加にともなって土粒子の密度は減少してにともなう pH(H2O)の推移（試料の状態：有姿おり，両者の間には次式(3)に示すような相関性の高い直線関係（37.5mm ふるい通過分））が認められる．

 s  3.3650  0.066647 wn r  0.908 (3)電気伝導率χ（mS/m）

これより，前出図-1と図-2に認められたエージング期間の経過にともなう自然含水比の増加と土粒子の密度の低下は，大気エージング期間の経過にともなう製鋼スラグの細粒化現象による可能性が高いことが明らかとなった．
図-4は，大気エージング期間の経過にともなうpH(H2O)の推移を示す．図より，pH(H2O)は，概ね12程度を推移しており，エージング期間の経過にともなう明確な差は認められなかった．
図-5は，大気エージング期間の経過にともなう電気伝導率

300No.1No.4200

No.3No.2

No.5No.7
製鋼スラグ山No.6

製鋼スラグ山No.6100○ 2014年7月28日採取● 2015年1月23日採取

0の推移を示す．図より，は，200～300mS/mを推移しており，0306090120150180210

製鉄所構内における大気エージング期間ta（日）pH(H2O)と同様に，エージング期間の経過にともなう明確な差は認められなかった．

＜試料の状態：有姿（37.5mmふるい通過分）＞

400

図-5

図-6は，大気エージング期間の経過にともなうカルシウムイオン濃度Ca2+の推移を示す．図より，カルシウムイオン濃度は，―48―

製鉄所構内における大気エージング期間の経過にともなう電気伝導率の推移（試料の状態：有姿（37.5mm ふるい通過分））

第 53 号

(平成 28 年 11 月)＜試料の状態：有姿（37.5mmふるい通過分）＞

800＜試料の状態：有姿（37.5mmふるい通過分）＞

400
製鋼スラグ山No.6

製鋼スラグ山No.6

600
400

No.3No.4電気伝導率χ（mS/m）

カルシウムイオン濃度Ca2+（mg/L）

大分工業高等専門学校紀要

No.2

No.5

No.7

No.1

200
○ 2014年7月28日採取● 2015年1月23日採取

00306090120150180210

χ=0.4478Ca2++42.52 (r=0.892)

300

200

100

製鉄所構内における大気エージング期間ta（日）

図-6○
●

0

製鉄所構内における大気エージング期間の経過にともなうカルシウムイオン濃度の推移（試料02014年7月28日採取
2015年1月23日採取

200400

600

800

2+

カルシウムイオン濃度Ca （mg/L ）の状態：有姿（37.5mm ふるい通過分））
図-7
350～660mg/Lを推移しており，pH(H2O)，電気伝導率の推移とカルシウムイオン濃度と電気伝導率との関係（試料の状態：有姿（37.5mm ふるい通過分））

同様にエージング期間の経過にともなう明確な差は認められなかった．

参考文献
2+

図-7は，カルシウムイオン濃度Ca と電気伝導率との関係を

1) 無機マテリアル学会編：セメント・セッコウ・石灰ハンドブ

示す．図より，カルシウムイオン濃度Ca2+の増加にともなって電気伝導率は増加しており，両者の間には次式(4)に示すようなック，技報堂出版，1996.
2) 鐵鋼スラグ協会・製鋼スラグ共同研究委員会：製鋼スラグ路

比較的相関性の高い直線関係が認められる．

χ = 0.4478Ca 2  + 42.52 r  0.892 盤設計施工指針，1985.
(4)3) 堀井和弘，堤 直人，北野吉幸，加藤敏朗：製鋼スラグ処理と資源化技術，新日鉄技報，第394号，pp. 125-131，2012.

以上のpH(H2O)，電気伝導率，カルシウムイオン濃度Ca2+の4) 堤 直人，田中 誠，田崎智晶，天田克己，久末 治，山本

結果より，製鉄所構内における大気エージング処理工程中にお充，山田祐輝，遠藤公一：製鋼スラグの迅速炭酸化処理技術の開発，新日鉄技報，第388号，pp. 99-109，2008.

いてエージング期間の経過にともなうそれぞれの推移はほとん5) 麻生更紗，佐野博昭，山田幹雄，柏原 司，金子敏行，古川

ど認めらないことが明らかとなった．

幹人，原 良治，澄川圭治，佐藤庫一，中村貴敏：円筒容器を用いた室内通気実験による製鋼スラグのpH低減効果の確４．まとめ

認，平成26年度土木学会西部支部研究発表会講演概要集，III064，pp. 379-380，2015.

本研究では，製鉄所構内に積み付けた大気エージング処理工

6) 麻生更紗，佐野博昭，山田幹雄，北島博文，金子敏行，古川

程中の製鋼スラグの含水比wn，土粒子の密度s，pH(H2O)，電気幹人，澄川圭治，佐藤庫一，中村貴敏：円筒容器を用いた室伝導率，カルシウムイオン濃度Ca2+の測定を行った．

内通気実験による製鋼スラグの炭酸化促進工法の開発に関

本研究により得られた主要な結果を以下に列挙する．

する基礎的研究，平成27年度土木学会西部支部研究発表会講(1)大気エージング期間の経過にともなって自然含水比wnは演概要集，III-057，pp. 385-386，2016.
7) （社）地盤工学会 地盤調査法改訂編集委員会編：地盤材料

徐々に増加し，土粒子の密度sは徐々に減少する．
(2)大気エージング処理工程中の製鋼スラグの自然含水比wnと試験の方法と解説－二分冊の1－，「第3編 物理試験 第3章含水比試験」，pp. 104-114，2009.

土粒子の密度sとの間には相関性の高い直線関係が認められ

8) （社）地盤工学会 地盤調査法改訂編集委員会編：地盤材料

る．
(3)大気エージング期間の経過にともうpH(H2O)，電気伝導率，試験の方法と解説－二分冊の1－，「第4編 化学試験 第2章

カルシウムイオン濃度Ca2+の明確な差は認められない．

土懸濁液のpH試験方法」，pp. 310-316，2009.
9) （社）地盤工学会 地盤調査法改訂編集委員会編：地盤材料

謝辞：本研究を遂行するにあたり，元・新日鐵住金株式

試験の方法と解説－二分冊の1－，「第4編 化学試験 第3章

会社 大分製鐵所 金子敏行氏，原土懸濁液の電気伝導率試験方法」，pp. 317-320，2009.

良治氏には貴重なご助言をいただいた．ここに，深甚なる謝意を表する．

(2016.9.30受付)―49―