JP2002086121A - 製鋼スラグおよび洗砂汚泥の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製鋼工場において発生する粉状のスラグと砂
製造において発生する洗砂汚泥とを処理し、有効な利用
を図る。 【解決手段】 微細なために単独での利用が困難な粉状
スラグ１と洗砂汚泥２とに、セメントや石灰などのＣａ
Ｏを含むバインダ３を加えて、混練機４で混合する。粉
状スラグ１およびバインダ３中のＣａＯと、洗砂汚泥２
中のＳｉＯ₂とがポゾラン反応等を起こして固化し、塊
状の固体が塊成化物５として生成される。塊成化物５
は、そのまま養生させたり、高温高圧の水蒸気雰囲気下
での処理で強度を増大させ、港湾関係やコンクリートブ
ロックの製造、再生クラッシャランその他の土木建設工
事用の資材として利用可能にすることができる。

Description

【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、製鋼工場で発
生する粉状スラグと、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。

【００１１】また本発明で前記粉状スラグは、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、酸化カルシウム分を３０〜６０重量％、および
酸化珪素（ＳｉＯ₂）分を１８〜３０重量％含有し、前
記洗砂汚泥は、酸化カルシウム分を０．５〜５．０重量
％、および酸化珪素分を４０〜６５重量％含有し、前記
混合は、乾燥状態に換算して、粉状スラグが２０〜６０
重量％、洗砂汚泥が４０〜７０重量％、および前記酸化
カルシウム源が１．５〜１５重量％の割合の範囲で行
い、前記塊成化は、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
の固体を生成することを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、１ｍｍ以下の粉粒状のス
ラグは、ステンレス鋼の製造過程で発生し、現在までの
有効な利用方法が見出されていない。酸化カルシウム分
を比較的多く含むので、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
るので、ポゾラン反応などによって容易に固化させるこ
とができる。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
状の固体を生成することができるので、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５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】

【００２０】また洗砂汚泥の代表的な成分を、次の表２
に示す。

【表２】

【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】

【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３６０
０ｒｐｍ、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（２．５ｋｇ
ｆ）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１３
３．３Ｎ（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】

【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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 賢一 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社周南製鋼所内 (72)発明者 渡辺 勝也 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社周南製鋼所内 (72)発明者 松下 哲也 福岡県北九州市小倉北区馬借３丁目６番42 号 日本磁力選鉱株式会社内 (72)発明者 原田 幹雄 福岡県北九州市小倉北区馬借３丁目６番42 号 日本磁力選鉱株式会社内 (72)発明者 迫田 利則 山口県大島郡大島町大字西三蒲2358−22 Ｆターム(参考） 4D004 AA16 AA43 BA02 CA14 CA15 CA22 CA50 CB15 CC03 CC13 DA03 DA10 DA20 4D059 AA09 BK08 BK09 DA04 DA64 DA66

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 製鋼工場で発生する粉状スラグと、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。
2. 【請求項２】 前記粉状スラグは、 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、 酸化カルシウム分を３０〜６０重量％、および酸化珪素
   （ＳｉＯ₂）分を１８〜３０重量％含有し、 前記洗砂汚泥は、 酸化カルシウム分を０．５〜５．０重量％、および酸化
   珪素分を４０〜６５重量％含有し、 前記混合は、乾燥状態に換算して、粉状スラグが２０〜
   ６０重量％、洗砂汚泥が４０〜７０重量％、および前記
   酸化カルシウム源が１．５〜１５重量％の割合の範囲で
   行い、 前記塊成化は、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。
3. 【請求項３】 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
   とする請求項１または２記載の製鋼スラグおよび洗砂汚
   泥の処理方法。