JP2000350976A

JP2000350976A - 粉粒状製鋼スラグの固化方法

Info

Publication number: JP2000350976A
Application number: JP16472899A
Authority: JP
Inventors: Makiko Nakagawa; 真紀子中川; Yasumasa Fukushima; 康雅福島; Hisahiro Matsunaga; 久宏松永; Hiroyuki Toubou; 博幸當房; Masato Takagi; 正人高木; Masato Kumagai; 正人熊谷
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、路盤材、建築土木用材等に使用して
も、強度不足が起きない固形物の製造可能な粉粒状製鋼
スラグの固化方法を提案することを目的としている。【解決手段】粉粒状の製鋼スラグを高湿潤雰囲気中で炭
酸ガスを含有する気体又は炭酸水と接触反応させて炭酸
化する製鋼スラグの固化方法において、粉粒状の製鋼ス
ラグを酸洗処理した後、前記炭酸化を行なうようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉粒状製鋼スラグ
の固化方法に係わり、製鉄工程で大量に副生する粉粒状
の製鋼スラグの処理方法であって、路盤用材、建材土木
用材等の有用な無機質材料の製造に適用しうる技術であ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、製鋼スラグは、主成分として、
ＣａＯ，ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃を含有しているが、このう
ちＣａＯは，水と反応して膨脹破壊を起こすので、その
まま固めても、固形物として土木建築用材に利用するこ
とは困難である。これを有効利用するには、膨脹破壊し
ないような物質に予め変化させ、つまり粉粒体の安定を
図る必要がある。そのため、従来、種々の技術が開発さ
れているが、その１つに粉粒状の製鋼スラグを単独で、
あるいは他の物質（例えば、石膏、生石灰、セメント
等）を添加した混合物の形態で炭酸処理する技術があ
る。

【０００３】例えば、特開昭５８−７４５５９号公報
は、２．５ｍｍ以下の製鋼風砕スラグに水を加えた混練
物を炭酸化し、硬化体を製造する方法を、特公昭５６−
３８５４９号公報は８８μｍ以下の転炉スラグ粉末を加
圧成形し、高湿潤雰囲気中で炭酸ガス含有気体と接触反
応させて、高強度の成形品を製造する方法を提案してい
る。

【０００４】また、特開昭４９−８８９２２号公報は、
転炉スラグ微粉末に消石灰又は生石灰を加えて水を添加
し、炭酸ガス含有気体と接触させる人造石の製造方法
を、特開昭５４−１３１６２４号公報は、５０μｍ以下
の石膏と１００μｍ以下の転炉スラグとを、ＣＯ₂と水
蒸気を含む雰囲気中で炭酸化反応させる人工骨材の製造
方法を開示している。

【０００５】さらに、特公昭５６−３６１４７号公報
は、転炉スラグ粉末とポルトランド・セメントとの加圧
成形体を高湿潤雰囲気中で炭酸ガス含有気体と接触反応
させて高強度の成形品とする方法を、あるいは特公昭５
５−４３４２１号公報は、転炉スラグ粉末に糖類等を添
加し、加圧成形体を高湿潤雰囲気中で炭酸ガス含有気体
と接触反応させ、炭酸化した成形品を製造する方法を開
示している。

【０００６】加えて、特公昭５６−３１３０５号公報
は、５０ｍｍ以下の転炉スラグ等を、ＣＯ₂ガスを導入
可能にしたオートクレーブ内で加熱処理して、該スラグ
を骨材として安定化する技術を提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た技術は、いずれも粉粒状の製鋼スラグを、炭酸ガスを
含有する気体あるいは炭酸水と接触させて、炭酸化し固
化するものであるが、実用上の固化物としては不十分な
ことがある。つまり、路盤材、建築土木用材に使用する
際、強度が不足して使用範囲が制限されたり、寿命が短
くて補修頻度が高いのが現状である。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑み、路盤材、建
築土木用材等に使用しても、強度不足が起きない固形物
の製造可能な粉粒状製鋼スラグの固化方法を提案するこ
とを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者は、本発明の目的
を達成するため、従来技術の改良に鋭意努力し、その成
果を本発明に具現化した。

【００１０】すなわち、本発明は、粉粒状の製鋼スラグ
を高湿潤雰囲気中で炭酸ガスを含有する気体又は炭酸水
と接触反応させて炭酸化する製鋼スラグの固化方法にお
いて、粉粒状の製鋼スラグを酸洗処理した後、前記炭酸
化を行なうことを特徴とする粉粒状製鋼スラグの固化方
法である。

【００１１】また、本発明は、炭酸化に引き続き、含水
状態に保持するか又は高圧水蒸気下で加熱することを特
徴とする粉粒状製鋼スラグの固化方法である。

【００１２】さらに、本発明は、前記粉粒状の製鋼スラ
グに高炉水砕スラグの微粉末、石膏、セメント及びフラ
イアッシュのいずれか１種類又は2種類以上を混合した
り、あるいは前記酸洗処理を、塩酸、硫酸及び硝酸から
選ばれた１種又は２種以上で行なうことを特徴とする粉
粒状製鋼スラグの固化方法である。

【００１３】加えて、本発明は、前記粉粒状の製鋼スラ
グが、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラ
グ、溶融還元炉スラグ、二次精錬スラグ、ステンレスス
ラグであり、さらに加えて、前記粉粒状の製鋼スラグの
粒径が、５ｍｍ以下の粒子を５０重量％以上含有するこ
とを特徴とする粉粒状製鋼スラグの固化方法である。

【００１４】本発明では、粉粒状の製鋼スラグ、あるい
は該スラグと他の添加物との混合物を予め酸洗処理する
ようにしたので、スラグの内部に存在するフリーのＣａ
Ｏが表面に出現し、それらの炭酸化も促進されるように
なる。その結果、スラグ粒子間の結合を従来より強固に
でき、固形物の強度が増大するようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、発明をなすに至った経緯を
交え、本発明の実施の形態を説明する。

【００１６】製鋼スラグは、主成分としてＣａＯ、Ａｌ
₂Ｏ₃を含有し、このうちＣａＯは水と反応して膨張破壊
を起こす。そのため、路盤材、建築土木用材として実用
に耐える固形物とするには、前記したように、膨張破壊
しない物質に予め変化させておく必要がある。前記従来
技術は、いずれも粉粒状の製鋼スラグを単独で、あるい
は添加物と混合し、炭酸ガスを含有する気体又は炭酸水
と接触反応させて固化するものであった。しかしなが
ら、発明者の研究によれば、炭酸化しただけでも、製鋼
スラグ粒子間を結合することができるが、全ての粒子間
を覆いつくすことはできない。発明者は、その原因を、
製鋼スラグが有する全てのフリーＣａＯがスラグ粒子の
表面にあるとは限らないためと考えた。そして、その対
策として酸洗処理し、製鋼スラグの表面にある物質を溶
解し、元来表面にあったフリーＣａＯの他に、新たに粒
子内部にあったフリーＣａＯを表面に出現させることを
着想し、前記本発明としたのである。これにより、製鋼
スラグ粒子の炭酸化が促進され、粒子相互の結合を強固
にでき、固形物の強度が向上した。

【００１７】ここで、酸洗に用いる酸は、塩酸、硫酸及
び硝酸から選ばれた１種又は２種以上の水溶液であれば
いずれでも良い。その際、酸の濃度は、特に限定するも
のでないが、処理時間を短くする観点からは高い方が好
ましく、１規定以上あれば十分である。一方、あまり高
濃度になると、反応が激烈になったり、またスラグの無
視できない量が酸に溶解してしまうので、上限を１０規
定とするのが好ましい。

【００１８】発明者は、固形物の強度をさらに高めるた
め、引き続き研究を行ない、製鋼スラグ粒子の全ての粒
子間を炭酸化する方法を検討した。そして、炭酸化に引
き続き、粉粒状の処理物を含水状態に保持するか、又は
高圧水蒸気下で加熱することで、製鋼スラグ粒子間の隙
間をトバモライト相（５ＣａＯ・６ＳｉＯ₂・５Ｈ
₂Ｏ）とすれば良いことを見出し、このことを酸洗、炭
酸化に加えた技術も本発明とした。このトバモバライト
相は、大気中で安定に存在し、粒子間をほぼ埋め尽くす
ことができる。また、トバモライト相は、固形物の強度
を高め、炭酸化した固形物を路盤材、建築土木用材とし
て使用するのに大いに貢献する。

【００１９】さらに、発明者は、固形物の強度向上に寄
与する物質についても研究し、製鋼スラグに、高炉水砕
スラグの微粉末あるいはフライアッシュの添加でトバモ
ライト相が、石膏あるいはセメントの添加でエトリンガ
イト相（３ＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・３ＣａＳＯ₄・３２Ｈ
₂Ｏ）が、それぞれ安定相として存在することを見出し
た。エトリンガイト相も、トバモライト相と同様に固形
物の強度を高くし、固化にも有利に作用するので、これ
らの物質と製鋼スラグとの混合することも本発明に加え
た。また、本発明では、粉粒状製鋼スラグの粒径を、５
ｍｍ以下の粒子が５０重量％以上で、より好ましくは、
５ｍｍ以下の粒子が７５％重量以上とするのが良い。製
鋼スラグの粒径が５ｍｍ以下の粒子が５０重量％未満だ
と、含水状態に保持する、または高圧水蒸気下で加熱し
ても反応が促進されず、トバモライト相、又はエトリン
ガイト相が生成しないので、固形物の強度が高まらない
からである。

【００２０】なお、上記した含水状態に保持するとは、
前記の炭酸化処理した製鋼スラグ（あるいは製鋼スラグ
に高炉水砕スラグ微粉末、石膏、セメント及びフライア
ッシュのいずれか1種又は２種以上を混合した原料）
を、その内部まで固化に必要十分な水分を含有ないしは
浸透させた状態にて、適切な温度のもとで一定時間保持
することを意味する。この際、水分の供給は、上記原料
の混合時に水を添加する方法、原料を乾燥状態で混合し
たのち蒸気や噴霧水などによって吸水浸透させる方法な
どが採用できる。また、加熱をオートクレーブ内で行な
う際には、温度を１２０〜２６０℃程度にするのが好ま
しい。

【００２１】

【実施例】表１に示す化学組成の製鋼スラグ（Ａ〜Ｆ）
を用いて、本発明に係る種々の固化方法を実施した。そ
の際、効果を確認するための比較例も実施した。なお、
表２〜６のトバモライト相、エトリンガイト相等の同定
は、固形物を粉末にしてＸ線回折で行ない、固形物の強
度は、それ自体の圧縮強度を測定した。

【００２２】

【表１】

【００２３】実施の条件及び結果を、作業の手順に従い
整理して表２〜６に一括して示す。また、酸処理に使用
した酸の濃度は、すべて１規定である。（実施例１）製鋼スラグのみを使用した場合の例であ
る。

【００２４】

【表２】

【００２５】（実施例２）製鋼スラグに高炉水砕スラグ
微粉末を混合した場合の例である。

【００２６】

【表３】

【００２７】（実施例３）製鋼スラグに石膏を混合した
場合の例である。

【００２８】

【表４】

【００２９】（実施例４）製鋼スラグにセメントを混合
した場合の例である。

【００３０】

【表５】

【００３１】（実施例５）製鋼スラグにフライアッシュ
を混合した場合の例である。

【００３２】

【表６】

【００３３】表２〜６により、いずれの本発明に係る固
化方法によれば、固化状態に優れ、路盤材、建築土木用
材として使用可能な固形物の得られることが明らかであ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、従
来、産業廃棄物として処理されてきた製鋼スラグ、特に
粉粒状の製鋼スラグを、路盤材、建築土木用材に大量に
用いることが可能になった。この結果は、資源の再利
用、環境の向上などに寄与するものと期待される。

フロントページの続き (72)発明者松永久宏千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者當房博幸千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者高木正人千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者熊谷正人千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 4D004 AA43 BA02 CA15 CA22 CA34 CA45 CB31 CC01 CC12 CC13 CC20 DA03 DA20 4G012 JD01 JD02 JE02 JE06 RA02 RA03 RA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉粒状の製鋼スラグを高湿潤雰囲気中で
炭酸ガスを含有する気体又は炭酸水と接触反応させて炭
酸化する製鋼スラグの固化方法において、粉粒状の製鋼スラグを酸洗処理した後、前記炭酸化を行
なうことを特徴とする粉粒状製鋼スラグの固化方法。
【請求項２】炭酸化に引き続き、含水状態に保持する
か又は高圧水蒸気下で加熱することを特徴とする請求項
１記載の粉粒状製鋼スラグの固化方法。
【請求項３】前記粉粒状の製鋼スラグに高炉水砕スラ
グの微粉末、石膏、セメント及びフライアッシュのいず
れか１種類又は2種類以上を混合することを特徴とする
請求項２記載の粉粒状製鋼スラグの固化方法。
【請求項４】前記酸洗処理を、塩酸、硫酸及び硝酸か
ら選ばれた１種又は２種以上で行なうことを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載の粉粒状製鋼スラグの固
化方法。
【請求項５】前記粉粒状の製鋼スラグが、溶銑予備処
理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、溶融還元炉スラ
グ、二次精錬スラグ、ステンレススラグであることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の粉粒状製鋼ス
ラグの固化方法。
【請求項６】前記粉粒状の製鋼スラグの粒径が、５ｍ
ｍ以下の粒子を５０重量％以上含有することを特徴とす
る請求項１〜５のいずれかに記載の粉粒状製鋼スラグの
固化方法。