JP2002012480A

JP2002012480A - 炭酸固化体の製造方法

Info

Publication number: JP2002012480A
Application number: JP2000193036A
Authority: JP
Inventors: Norio Isoo; 典男磯尾; Tatsuto Takahashi; 達人高橋; Keiji Watanabe; 圭児渡辺; Katsuhiro Nishi; 勝宏西
Original assignee: KOKAN KOGYO KK; Kokan Mining Co Ltd; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: KOKAN KOGYO KK; Kokan Mining Co Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】水分を添加した未炭酸化Ｃａ含有原料の原料
充填層内に炭酸ガスを吹き込むことで原料を炭酸固化さ
せ、炭酸固化体を製造する方法において、大型で且つ強
度がある炭酸固化体を簡単な構造の型枠を用いて安価に
製造する。【解決手段】原料充填層内の一方の側にガス吹込用部
材を埋設するとともに、このガス吹込用部材を型枠の前
記ガス供給部に直接、又は原料充填層内に埋設されたガ
ス供給導管を介して接続し、前記ガス吹込用部材から原
料充填層内に吹き込まれる炭酸ガスが、原料充填層内を
通過して原料充填層の他方の側から排気されるように
し、前記ガス供給部から前記ガス吹込用部材内に炭酸ガ
スを供給し、これを前記ガス吹込用部材から原料充填層
内に吹き込むことにより原料充填層を炭酸固化させ、少
なくともガス吹込用部材が補強材として埋設された炭酸
固化体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ＣａＯ含有廃材や
鉄鋼製造プロセスで発生したスラグなどの未炭酸化Ｃａ
含有原料を炭酸化反応により固化させて得られる炭酸固
化体の製造方法に関するもので、製造された炭酸固化体
は、漁礁・藻礁造成用石材、築磯用石材、水質浄化用石
材、通水性舗装用石材、通水性被覆ブロック、埋設排水
溝用ブロック、水耕栽培用ベース材、浄水用フィルタ
ー、給水用容器をはじめとする種々の用途に使用するこ
とができる。

【０００２】

【従来の技術】従来の鋼製品やコンクリート製品に替わ
る漁礁・藻礁造成用石材として、鉄鋼製造プロセスで発
生した粉粒状のスラグを炭酸化反応により固化させた炭
酸固化体を用いることが特開平１１−７１１６０号公
報、特開平１１−１９３５１６号公報に開示されてい
る。このスラグを原料とする炭酸固化体は、微細気孔を
有するポーラスな性状を有しており、また、コンクリー
ト製品のような海水のｐＨ上昇などの問題も生じないた
め、漁礁・藻礁造成用石材として藻類や海中微小生物の
成育、棲息に適したものであるということができる。

【０００３】上記のような炭酸固化体の製造方法として
は、スラグなどの未炭酸化Ｃａ含有原料をブロック状な
どに成形してから炭酸ガス雰囲気内に置き、炭酸化養生
して炭酸固化体を製造する方法と、大型ブロックを製造
するために型枠内に未炭酸化Ｃａ含有原料を充填し、こ
の原料充填層に炭酸ガスを吹き込むことで充填層全体を
炭酸固化させる製造方法が考えられる。上記特開平１１
−７１１６０号公報、特開平１１−１９３５１６号公報
には、この後者の製造方法が示されている。

【０００４】上記２タイプの製造方法のうち、前者のも
のは比較的小型製品を量産するのに適しているが、成形
体はその表面から炭酸化するために内部まで均一に炭酸
化させることが難しく、場合によっては成形体表層に厚
さが数百μｍ程度の緻密な炭酸化層が生成してしまい、
成形体内部まで炭酸化されないこともある。これに対し
て、後者の製造方法は原料層内部まで炭酸化反応させる
のに適しており、また大型ブロックを製造することがで
きる利点もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では
ガス吹き込み機構を有する型枠が必要であり、特に大型
製品用の型枠は高価である難点がある。例えば、底部か
ら炭酸ガスを吹き込む形式の大型の型枠の場合、型枠底
板を原料充填層の重量を支える強度とガス吹き込み機能
とを兼ね備えたものとする必要があるため、型枠の製作
コストはかなり高くなる。また、上記のような型枠によ
って製造される大型の炭酸固化体ブロックは強度に問題
があり、その自重により割れなどを生じやすい欠点があ
る。

【０００６】したがって本発明の目的は、大型の炭酸固
化体ブロックであっても簡単な構造の型枠を用いて安価
に製造することが可能な炭酸固化体の製造方法を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、割れを生じ
にくい炭酸固化体ブロック、特に大型の炭酸固化体ブロ
ックを安価に製造することが可能な炭酸固化体の製造方
法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るための本発明の特徴は以下のとおりである。 [1] ガス供給部とガス排気部とを有する実質的に気密な
型枠内に、水分を添加した粉粒状の未炭酸化Ｃａ含有原
料を充填して原料充填層を形成し、該原料充填層内に炭
酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを吹き込むことで、未炭酸
化Ｃａの炭酸化反応により生成する炭酸カルシウムを主
たるバインダーとして未炭酸化Ｃａ含有原料を固化さ
せ、炭酸固化体を製造する方法において、原料充填層内
の一方の側にガス吹込用部材を埋設するとともに、該ガ
ス吹込用部材を型枠の前記ガス供給部に直接、又は原料
充填層内に埋設されたガス供給導管を介して接続し、前
記ガス吹込用部材から原料充填層内に吹き込まれる炭酸
ガス又は炭酸ガス含有ガスが、原料充填層内を通過して
原料充填層の他方の側から排気されるようにし、前記ガ
ス供給部から前記ガス吹込用部材内に炭酸ガス又は炭酸
ガス含有ガスを供給し、これを前記ガス吹込用部材から
原料充填層内に吹き込むことにより原料充填層を炭酸固
化させ、少なくともガス吹込用部材が埋設された炭酸固
化体を得ることを特徴とする炭酸固化体の製造方法。

【０００８】[2] 上記[1]の製造方法において、原料充
填層内にガス吹込用部材とガス供給導管が埋設され、こ
れらが炭酸固化体の補強材となることを特徴とする炭酸
固化体の製造方法。 [3] 上記[1]又は[2]の製造方法において、ガス吹込用部
材が複数のガス吹き出孔を有する中空体で構成されてい
ることを特徴とする炭酸固化体の製造方法。 [4] 上記[1]又は[2]の製造方法において、ガス吹込用部
材が通気性を有する多孔質材又は繊維集合材で構成され
ていることを特徴とする炭酸固化体の製造方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の炭酸固化体の製造方法
は、ガス供給部とガス排気部とを有する実質的に気密な
型枠内に、水分を添加した粉粒状の未炭酸化Ｃａ含有原
料（以下、単に「原料」という）を充填して原料充填層
を形成し、この原料充填層に炭酸ガス又は炭酸ガス含有
ガス（以下、単に「炭酸ガス」という）を吹き込むこと
で、未炭酸化Ｃａの炭酸化反応により生成する炭酸カル
シウムを主たるバインダーとして原料を固化させ、炭酸
固化体を得る方法である。このような炭酸固化体の製造
方法において、本発明はコンクリートブロック用などの
既製の型枠（ガス吹き込み機構を有しない型枠）などに
簡単な改造を加えただけの型枠を用いて炭酸固化体を製
造することが可能であり、しかも優れた強度を有する炭
酸固化体を得ることができる方法を提供するものであ
る。

【００１０】本発明の特徴は、型枠内に形成された原料
充填層の一方の側に、製造される炭酸固化体ブロックの
一部となるガス吹込用部材を埋設するとともに、このガ
ス吹込用部材を型枠のガス供給部に直接接続するか、若
しくは原料充填層内に埋設されたガス供給導管（このガ
ス供給導管も、製造される炭酸固化体ブロックの一部と
なる）を介して接続し、前記ガス吹込用部材から原料充
填層内に吹き込まれる炭酸ガスが、原料充填層内を通過
して原料充填層の他方の側から排気されるようにする。
そして、前記ガス供給部から前記ガス吹込用部材内に炭
酸ガスを供給し、これを前記ガス吹込用部材から原料充
填層内に吹き込むことにより原料充填層を炭酸固化さ
せ、少なくともガス吹込用部材が埋設された炭酸固化体
を得る。これにより特別なガス吹き込み機構を備えた型
枠を用いることなく大型の炭酸固化体ブロックを製造す
ることができ、また、原料充填層内に埋設されたガス吹
込用部材、さらにはガス供給導管が補強材となるため、
高い強度を有する炭酸固化体ブロックを得ることができ
る。

【００１１】図１及び図２は本発明の一実施形態を示す
もので、図１は型枠を縦断面した状態で示す説明図、図
２は型枠内に配置されるガス吹込用部材及びガス供給導
管を示す平面図である。図において、１は実質的に気密
にすることが可能な型枠、２はガス吹込用部材、３は型
枠に設けられるガス供給部、４は同じくガス排気部、５
はガス供給導管、Ａは型枠１の内部に形成された原料充
填層である。

【００１２】実質的に気密にすることが可能な前記型枠
１は、例えば容器状の本体１０とその上部を閉塞する蓋
体１１とから構成され、本実施形態では蓋体１１にガス
供給部３とガス排気部４がそれぞれ設けられている。前
記ガス供給部３は蓋体１１に貫設されたガス供給管によ
り、また前記ガス排気部４は蓋体１１に設けられたガス
排気管によりそれぞれ構成されている。なお、前記蓋体
１１はシートなどで構成してもよい。

【００１３】型枠１内には原料が装入されて原料充填層
Ａが形成されるが、この原料充填層Ａを形成する際に原
料充填層Ａの底部近傍（原料充填層Ａの一方の側）にガ
ス吹込用部材２を埋設する。このガス吹込用部材２は、
その内部に炭酸ガスを供給し、これを原料充填層Ａ内に
吹き込むための部材であり、また製造される炭酸固化体
ブロックの一部となることによりその補強材として機能
する。本実施形態のガス吹込用部材２は、多数のガス通
孔を有する複数の金属管２０を格子状に接続した構成を
有している。

【００１４】前記ガス吹込用部材２はガス供給導管５に
より前記ガス供給部３（ガス供給管）と接続されてい
る。本実施形態のガス供給導管５は金属管により構成さ
れ、その一端側がガス供給部３を構成するガス供給管に
脱着可能に接続され、他端側がガス吹込用部材２を構成
する金属管２０に接続され、ガス供給部３からガス供給
導管５を経てガス吹込用部材２内に炭酸ガスが供給でき
るようになっている。また、このガス供給導管５も、製
造された炭酸固化体ブロックの一部となることによりそ
の補強材として機能する。また、本実施形態では、炭酸
固化体を型枠１から吊り上げるための吊り具６が設けら
れ、この吊り具６を構成するためのロッドの端部が、そ
れぞれガス供給導管５と金属管２０に連結されている。

【００１５】このようにガス吹込用部材２及びガス供給
導管５を埋設配置した原料充填層Ａを形成した状態で、
前記ガス供給部３からガス供給導管５を介してガス吹込
用部材２内に炭酸ガスを供給すると、ガス吹込用部材２
から原料充填層Ａ内に炭酸ガスが吹き込まれ、この炭酸
ガスは原料充填層Ａ内を通過して原料充填層Ａの上部
（原料充填層Ａの他方の側）から排気され、ガス排気部
４を通じて型枠１外に排出される。

【００１６】このような炭酸ガスの供給を一定期間（例
えば、数時間〜数百時間）行うことにより、原料充填層
Ａ内の原料中の未炭酸化Ｃａと炭酸ガスが水を介して反
応（未炭酸化Ｃａの炭酸化反応）し、これにより生成し
た炭酸カルシウムを主たるバインダーとして原料が固化
し、炭酸固化体が得られる。このような炭酸化処理後、
型枠１を解体するなどして原料充填層Ａを脱型し、炭酸
固化体を取り出す。得られた炭酸固化体は、その内部に
埋設されたガス吹込用部材２とガス供給導管５が補強材
となり、原料のみから製造された炭酸固化体に較べて割
れなどを生じにくい高い強度を有するものとなる。

【００１７】原料充填層Ａ内に配置される前記ガス吹込
用部材２は、ガス供給導管５を介することなくを型枠１
に設けられたガス供給部３に直接接続することもでき
る。例えば、図１及び図２の実施形態の場合には、ガス
供給部３を型枠１の底部近傍に設け、このガス供給部３
にガス吹込用部材２の端部を脱着可能（製造された炭酸
固化体を脱型する際にガス供給部３から取外しできるよ
うするため）に接続するようにしてもよい。

【００１８】また、本発明では原料充填層Ａの全体に均
一に炭酸ガスを流し、炭酸化反応を原料充填層各部で均
一に生じさせるようにするため、ガス吹込用部材２を型
枠１内に形成された原料充填層Ａの一方の側に埋設し、
このガス吹込用部材２から原料充填層Ａ内に吹き込まれ
た炭酸ガスが原料充填層Ａ内を通過して原料充填層Ａの
他方の側から排気されるようにするものであり、したが
って、例えば、原料充填層Ａの上部近傍にガス吹込用部
材２を埋設し、ガス吹込用部材２から原料充填層Ａ内に
吹き込まれた炭酸ガスが原料充填層Ａの底部側から排気
されるようにしてもよいし、また、原料充填層Ａの一方
の側部近傍にガス吹込用部材２を埋設し、ガス吹込用部
材２から原料充填層Ａ内に吹き込まれた炭酸ガスが原料
充填層Ａの他方の側部側から排気されるようにしてもよ
い。

【００１９】前記ガス吹込用部材２としては、上記実施
形態の金属管などのようなガス吹き出し孔を有する中空
体を用いるのが一般であるが、それ以外に、例えば通気
性を有する中空又は中実の多孔質材（例えば、セラミッ
ク多孔質材など）や繊維集合体により構成してもよい。
但し、ガス吹込用部材２の補強材として機能を考慮した
場合には、金属管などの金属製中空体が最も好ましい。
また、ガス吹込用部材２として金属管以外のものを用い
る場合の形状は任意であり、内部に炭酸ガスを供給でき
るものであればその形状は問わない。また、多孔質材の
場合には中空体であるか中実体であるかも問わない。ま
た、ガス供給導管５は気密な管体であれば金属管でなく
てもよく、例えば、樹脂管などのような可撓性を有する
非金属管により構成してもよい。但し、ガス供給導管５
の補強材として機能を考慮した場合には、鋼管などの金
属管が最も好ましい。

【００２０】なお、本発明の製造方法で用いられる型枠
の形状（内部形状）は任意であり、例えば断面形状が円
形、楕円形、三角形、四角形以上の多角形、星形など、
或いは全体形状が球形状、楕球形、四面体以上の多面体
形、円錐体形、柱状形、テトラポット形など、任意の形
状とすることができる。

【００２１】以下、本発明の製造方法で使用される未炭
酸化Ｃａ含有原料、炭酸ガスなどの好ましい条件につい
て説明する。本発明の製造方法で使用する未炭酸化Ｃａ
含有原料は、組成としてＣａＯ及び／又はＣａ（ＯＨ）
_２を含むものであればよく、したがって、鉱物としての
ＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２の他に、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、
３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、ガラスなどのように組成の一部と
して固体粒子中に存在するものも含まれる。

【００２２】このような未炭酸化Ｃａ含有材の種類に特
に制限はないが、特にＣａＯ（及び／又はＣａ（ＯＨ）
_２）の含有率が高く、しかも資源のリサイクルを図るこ
とができるという点で、鉄鋼製造プロセスで発生するス
ラグ、コンクリート（例えば、廃コンクリート）が好ま
しい。また、上記スラグやコンクリート以外に、モルタ
ル、ガラス、アルミナセメント、ＣａＯ含有耐火物など
が挙げられ、これらの固体粒子の集合体の１種以上を単
独でまたは混合して、或いはスラグ及び／又はコンクリ
ートと混合して使用することもできる。これらの素材は
必要に応じて破砕処理され、粉状及び／又は粒状の固体
粒子の集合体として用いられる。

【００２３】鉄鋼製造プロセスで発生するスラグとして
は、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグなどの高炉系スラ
グ、予備処理、転炉、鋳造などの工程で発生する脱炭ス
ラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、鋳造スラ
グなどの製鋼系スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグ
などを挙げることができるが、これらに限定されるもの
ではなく、また、２種以上のスラグを混合して用いるこ
ともできる。また、コンクリートとしては、例えば、建
築物や土木構造物の取壊しなどにより生じた廃コンクリ
ートなどを用いることができる。

【００２４】また、未炭酸化Ｃａ含有原料は、金属鉄、
酸化鉄、可溶性シリカなどの１種以上を含むことができ
る。これらは、本発明法により製造された炭酸固化体が
水中沈設用資材などとして用いられる場合に、水中の硫
黄や燐の固定剤、藻類などの水生植物の栄養源などとし
て有効に作用する。また、これら以外にも任意の成分
（粒子）を適量、すなわち炭酸固化体の強度低下などを
招かない限度で含むことができる。また、バインダーと
なる成分として、例えば、セメントや水砕スラグ微粉末
などを少量添加してもよい。未炭酸化Ｃａ含有原料の粒
度は特に限定されないが、一般には全量５０ｍｍ以下、
好ましくは実質的に６ｍｍ以下が望ましい。

【００２５】未炭酸化Ｃａ含有原料を炭酸ガスとの反応
を利用して効率的に炭酸固化させるには水分が必要であ
る。これは水にＣａと炭酸ガスが溶解することにより炭
酸化反応が促進されるためである。したがって、原料に
は適量の水が添加される必要がある。一般に、原料を振
動充填（原料の型枠への装入中及び／又は装入後に、原
料層に振動を与えることにより原料充填層を形成する方
法）する場合の原料中の水分量は、原料ｆと水ｗとの容
積比［ｆ／ｗ］が４〜６程度になるようにするのが好ま
しい。原料ｆと水ｗとの容積比［ｆ／ｗ］が４未満で
は、水が過剰であるため原料充填層内に炭酸ガスの通路
を均一に形成することができなくなり、一方、容積比
［ｆ／ｗ］が６を超えると原料充填層中の水分量が少な
過ぎるため、十分な充填性が得られず、原料の粒子間隔
が広いため原料粒子間の結合力が低下してしまう。

【００２６】また、炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスは原
料充填層の乾燥を防ぐために加湿した状態で原料充填層
に供給されることが好ましい。このため原料充填層に炭
酸ガスを供給するに当たっては、炭酸ガス又は炭酸ガス
含有ガスを一旦水中に吹き込んでＨ_２Ｏを飽和させた
後、原料充填層に供給することが好ましく、これにより
原料充填層の乾燥を防止して炭酸化反応を促進させるこ
とができる。

【００２７】使用される炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガス
としては、例えば一貫製鉄所内で排出される石灰焼成工
場排ガス（通常、ＣＯ_２：２５％前後）や加熱炉排ガス
（通常、ＣＯ_２：６．５％前後）などが好適であるが、
これらに限定されるものではない。また、炭酸ガス含有
ガス中のＣＯ_２濃度が低すぎると処理効率が低下すると
いう問題を生じるが、それ以外の問題は格別ない。した
がって、ＣＯ_２濃度は特に限定しないが、効率的な処理
を行うには３％以上のＣＯ_２濃度とすることが好まし
い。

【００２８】また、炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスの吹
込量にも特別な制限はなく、原料充填層が流動しない程
度にガス吹き込みを行えばよいが、一般的な目安として
は０．００４〜０．５ｍ^３／ｍｉｎ・ｔ（原料ｔｏｎ）
程度のガス吹き込み量が確保できればよい。また、ガス
吹き込み時間（炭酸化処理時間）にも特別な制約はない
が、目安としては炭酸ガス（ＣＯ_２）の吹込量が未炭酸
化Ｃａ含有原料の重量の３％以上となる時点、すなわ
ち、ガス量に換算すると原料１ｔ当たり１５ｍ^３以上、
好ましくは２００ｍ^３以上のＣＯ_２が供給されるまでガ
ス吹き込みを行うことが好ましい。

【００２９】吹き込まれる炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガ
スは常温でよいが、ガスが常温よりも高温であればそれ
だけ反応性が高まるため有利である。但し、ガスの温度
が過剰に高いと原料充填層の水分を乾燥させたり、或い
はＣａＣＯ_３がＣａＯとＣＯ _２に分解してしまうため、
高温ガスを用いる場合でもこのような分解を生じない程
度の温度のガスを用いる必要がある。本発明により製造
される炭酸固化体は、漁礁・藻礁造成用石材、築磯用石
材、水質浄化用石材、通水性舗装用石材、通水性被覆ブ
ロック、埋設排水溝用ブロック、水耕栽培用ベース材、
浄水用フィルター、給水用容器をはじめとする種々の用
途に使用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、大型の炭酸
固化体であっても簡単な構造の型枠を用いて安価に製造
することができる。また、炭酸固化体内部に残されたガ
ス吹込用部材やガス供給導管が補強材となるため、割れ
などが生じにくい高い強度の炭酸固化体を製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を、型枠を縦断面した状態
で示す説明図

【図２】図１の実施形態において、型枠内に配置された
ガス吹込用部材及びガス供給導管を示す平面図

【符号の説明】

１…型枠、２…ガス吹込用部材、３…ガス供給部、４…
ガス排気部、５…ガス供給導管、６…吊り具、１０…本
体、１１…蓋体、２０…金属管、Ａ…原料充填層

フロントページの続き (72)発明者高橋達人東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者渡辺圭児東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者西勝宏東京都港区港南２丁目15番１号鋼管鉱業株式会社内Ｆターム(参考） 4G012 PA29 RA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス供給部とガス排気部とを有する実質
的に気密な型枠内に、水分を添加した粉粒状の未炭酸化
Ｃａ含有原料を充填して原料充填層を形成し、該原料充
填層内に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを吹き込むこと
で、未炭酸化Ｃａの炭酸化反応により生成する炭酸カル
シウムを主たるバインダーとして未炭酸化Ｃａ含有原料
を固化させ、炭酸固化体を製造する方法において、原料充填層内の一方の側にガス吹込用部材を埋設すると
ともに、該ガス吹込用部材を型枠の前記ガス供給部に直
接、又は原料充填層内に埋設されたガス供給導管を介し
て接続し、前記ガス吹込用部材から原料充填層内に吹き
込まれる炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスが、原料充填層
内を通過して原料充填層の他方の側から排気されるよう
にし、前記ガス供給部から前記ガス吹込用部材内に炭酸ガス又
は炭酸ガス含有ガスを供給し、これを前記ガス吹込用部
材から原料充填層内に吹き込むことにより原料充填層を
炭酸固化させ、少なくともガス吹込用部材が埋設された
炭酸固化体を得ることを特徴とする炭酸固化体の製造方
法。
【請求項２】原料充填層内にガス吹込用部材とガス供
給導管が埋設され、これらが炭酸固化体の補強材となる
ことを特徴とする請求項１に記載の炭酸固化体の製造方
法。
【請求項３】ガス吹込用部材が複数のガス吹き出孔を
有する中空体で構成されていることを特徴とする請求項
１又は２に記載の炭酸固化体の製造方法。
【請求項４】ガス吹込用部材が通気性を有する多孔質
材又は繊維集合材で構成されていることを特徴とする請
求項１又は２に記載の炭酸固化体の製造方法。