JP2011236115A - 製鋼スラグの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製鋼スラグを有効利用できる処理方法を提供する。
【解決手段】製鋼スラグを粉砕した後、分級して、Fe₂O₃含有量が40質量％以上である高鉄含有物と、CaO含有量が40質量％以上である高カルシウム含有物を回収する製鋼スラグの処理方法。
高鉄含有物は、製鋼原料、セメントクリンカー用原料及び／又はコンクリート用混和材として使用することができ、高カルシウム含有物は、セメントクリンカー用原料、裏込め充填材及び／又はセメント・コンクリート用混和材として使用することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、製鋼工程で大量に副生する製鋼スラグの処理方法に関する。

製鋼産業においては、種々のプロセスや設備によって、また、製造する鋼種によって様々な組成や性状を有するスラグが副生する。例えば、銑鉄を調製するプロセスで用いる高炉からは高炉スラグが、銑鉄から製鋼するプロセスで用いる溶銑予備処理設備、転炉、及び電気炉からは、それぞれ、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、及び電気炉スラグが副生する。そして、高炉スラグには水砕スラグ及び徐冷スラグがあり、溶銑予備処理スラグには、脱珪スラグ、脱リンスラグ、脱硫スラグ、及び脱炭スラグがあり、電気炉スラグにも酸化期スラグと還元期スラグが存在する。また、鋼種の違いで、普通炭素鋼、極低炭素鋼、特殊合金鋼、及びステンレス鋼等がある。

上記スラグのうち、高炉より副生する高炉水砕スラグは、セメント・コンクリート用混和材や路盤材等として利用されている。また、高炉水砕スラグ以外の製鋼スラグをセメント用混和材として使用することも提案されている（特許文献１）。

特開２００３−２０６１６５号公報

しかしながら、高炉水砕スラグ以外の製鋼スラグはメーカー及びロットにより組成、物性が大きく異なるために、これをセメント混和材として使用するとセメント組成物の品質変動が大きくなる虞があり、現状では充分に再利用されているとは言えず、埋立処分も多い状況にある。そのため、高炉水砕スラグ以外の製鋼スラグを有効利用できる処理方法が求められている。
なお、本発明でいう製鋼スラグとは、製鋼プロセスで生じるスラグの総称であり、具体的には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、二次精錬スラグやステンレススラグを指すものであり、高炉水砕スラグ及び高炉徐冷スラグは含まない。

本発明者らは、斯かる実情に鑑み、鋭意検討した結果、製鋼スラグを粉砕し分級することにより、Fe₂O₃含有量が多い粗粉分とCaO含有量が多い微粉分を回収できることを見いだし、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、製鋼スラグを粉砕した後、分級して、Fe₂O₃含有量が40質量％以上である高鉄含有物と、CaO含有量が40質量％以上である高カルシウム含有物を回収することを特徴とする製鋼スラグの処理方法である（請求項１）。
上記高鉄含有物は、製鋼原料、セメントクリンカー用原料及び／又はコンクリート用混和材として使用することができ（請求項２）、上記高カルシウム含有物は、セメントクリンカー用原料、裏込め充填材及び／又はセメント・コンクリート用混和材として使用することができる（請求項３）。

本発明では、製鋼スラグから高鉄含有物と高カルシウム含有物を回収し、該高鉄含有物は製鋼原料やセメントクリンカー用原料などとして、高カルシウム含有物はセメントクリンカー用原料やセメント・コンクリート用混和材なとどとして使用することができるので、従来、有効利用が困難であった製鋼スラグの有効利用を可能とし、埋め立て処分量を大幅に減少することができる。

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明で対象とする製鋼スラグは、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、二次精錬スラグやステンレススラグである。これらのスラグは、CaO、Fe₂O₃、SiO₂を主要な化学成分とし、その他に、Al₂O₃、MnO、MgO、P₂O₅等を含んでいる。また、化合物としては、ビーライト、メリライト、ウスタイト、カルシウムフェライトなどを主要化合物として含んでいる。

本発明においては、製鋼スラグを粉砕した後、分級して、Fe₂O₃含有量が40質量％以上である高鉄含有物と、CaO含有量が40質量％以上である高カルシウム含有物を回収する。
製鋼スラグ中の鉄は、金属鉄として粒径100μｍ以上の塊で存在する他に、ビーライト(粒径30〜50μｍ程度)の間隙を埋めるようにウスタイト、カルシウムフェライトとして存在しているので、高鉄含有物を回収するには、製鋼スラグをビーライトの粒径と同等程度に粉砕する必要がある。そのために、本発明においては、200メッシュ篩（篩網開き目80μｍ程度）を85質量％以上が通過するように製鋼スラグを粉砕することが好ましく、325メッシュ篩（篩網開き目50μｍ程度）を85質量％以上が通過するように製鋼スラグを粉砕することがより好ましい。

次に、粉砕した製鋼スラグを分級して、Fe₂O₃含有量が多い粗粉分（高鉄含有物）とCaO含有量が多い微粉分（高カルシウム含有物）を回収する。分級機としては、遠心力式分級機や慣性力式分級機等の慣用の分級機を使用することができる。
本発明においては、回収した高鉄含有物と高カルシウム含有物の有効利用を図るために、高鉄含有物中のFe₂O₃含有量は40質量％以上であることが好ましく、45質量％以上であることがより好ましく、50質量％以上であることが特に好ましい。また、高カルシウム含有物中のCaO含有量は40質量％以上であることが好ましく、45質量％以上であることがより好ましく、50質量％以上であることが特に好ましい。
なお、高カルシウム含有物においては、特に、セメントクリンカー用原料としての有効利用率の向上を図るために、該高カルシウム含有物中のFe₂O₃含有量が25質量％以下であることが好ましい。

製鋼スラグ中の主たる選別対象である高鉄含有物（比重5以上）と高カルシウム含有物（比重4以下）では、比重が大きく異なるため、両者の粉砕粒度が同等でも、乾式分級によって比較的分離しやすくなることが本願発明の特徴である。被粉砕性の悪い金属や比重の高い高鉄含有物は粗粉分として、比重の低い高カルシウム含有物は微粉分として回収される。この場合のカット(分級)ポイントは、対象スラグの粉砕性に応じて決定することが好ましいが、例えば、本発明においては、粉砕した製鋼スラグを、50質量％累積粒径が40μｍ以下（より好ましくは35μｍ以下、特に好ましくは30μｍ以下）の微粉分と、50質量％累積粒径が40μｍを超える（より好ましくは45μｍ以上、特に好ましくは50μｍ以上）の粗粉分に分級することで、高鉄含有物と高カルシウム含有物を回収することができる。
なお、微粉分（高カルシウム含有物）と粗粉分（高鉄含有物）の粒径は、日機装株式会社製のマイクロトラック等を用いて測定することができる。

本発明においては、上記粗粉分（高鉄含有物）中のFe₂O₃含有量を高めるために、該粗粉分（高鉄含有物）を磁選処理や比重選別処理することは差し支えない。磁選処理や比重選別処理を行なうことにより、高鉄含有物中のFe₂O₃含有量を50質量％以上にまで高めることができる。
磁選処理や比重選別処理後の残渣は、CaO含有量が40質量％以上であれば、高カルシウム含有物として回収することができる。一方、CaO含有量が40質量％未満の場合は、該残渣を未処理の製鋼スラグと混合して、本願発明の処理をすれば良い。
なお、磁選処理装置としては、ドラム型、プーリー型、吊り下げ型、対極型などの磁選処理装置を使用することができる。比重選別処理装置としては、乾式の風力型、エアスクリーン型、湿式の重力沈降型、比重液型、遠心力式などの比重選別処理装置を使用することができる。

上記回収した高鉄含有物は、製鋼原料、セメントクリンカー用原料や、コンクリート用混和材として使用することができるが、本発明においては、製鋼原料として使用することがより好ましい。その理由は、(1)製鋼スラグは、MnやMg（セメントクリンカー用原料やコンクリート用混和材としては望ましくない成分）を含んでおり、該MnやMgはウスタイトに非常に多く固溶しているので、MnやMgは高鉄含有物中に多く含まれることになること、また、(2)製鋼スラグは、リン（製鋼原料としては望ましくない成分）を含んでおり、該リンはほぼ全量がビーライトに固溶しているので、高鉄含有物中のリン含有量が少なくなること、からである。
なお、MnやMg含有量の少ない高鉄含有物は、セメントクリンカー用原料やコンクリート（特に重量コンクリート）用混和材として使用できることは言うまでもない。該高鉄含有物をセメントクリンカー用原料として使用する場合は鉄原料として使用することができ、石灰石、生石灰、消石灰などのCaO原料、珪石、粘土などのSiO₂原料や粘土、石炭灰などのAl₂O₃原料と併用して使用し、成分調整すれば良い。

上記回収した高カルシウム含有物は、セメントクリンカー用原料、裏込め充填材や、セメント・コンクリート用混和材として使用することができるが、本発明においては、高カルシウム含有物の有効利用促進の観点から、セメントクリンカー用原料として使用することがより好ましい。上記のように、高カルシウム含有物は、CaO含有量が多く、ある程度(25質量％以下)のFe₂O₃を含むことや、MnやMgの含有量が少ないことから、該高カルシウム含有物はセメントクリンカー用原料として好適に使用することができる。該高カルシウム含有物をセメントクリンカー用原料として使用する場合はCaO原料やFe₂O₃原料として使用することができ、石灰石、生石灰、消石灰などの他のCaO原料、珪石、粘土などのSiO₂原料、粘土、石炭灰などのAl₂O₃原料、銅カラミや製鐵所副産ダストなどの他のFe₂O₃原
料と併用して使用し、成分調整すれば良い。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明は、これら実施例により限定されるものではない。
１．使用製鋼スラグ
使用した製鋼スラグは転炉スラグであり、化学成分（質量％）は、CaO：38.5％、Fe₂O₃：31.5％、SiO₂：15.6％、Al₂O₃：1.5％であった。この転炉スラグに以下の処理をした。
（１）上記転炉スラグを5ｍｍ以下に粗粉砕した。
（２）上記粗粉砕された転炉スラグを単胴ボールミル（φ1524ｍｍ×Ｌ4877ｍｍ）によりさらに微粉砕した（以下、微粉砕物とする）。粉砕媒体にはミル内充填率が20％となるように、鋼球ボール約8トンを用いた。転炉スラグの給鉱速度は500ｋｇ／時間、ボールミルの回転数は26ｒｐｍとした。
（３）上記微粉砕された転炉スラグを気流分級機（太平洋エンジニアリング社製：クラッシール750型、ローター径φ750ｍｍ、高さ500ｍｍ）を用いて微粉分（以下、細粉とする）と粗粉分に分離した。給鉱速度は500ｋｇ／時間、気流分級機のローターの回転数は400ｒｐｍ、風量は100ｍ³／分とした。
（４）上記分級された粗粉分の転炉スラグを気流分級機（太平洋エンジニアリング社製：クラッシール20型、ローター径φ300ｍｍ、高さ100ｍｍ）を用いてさらに微粉分と粗粉分（以下、粗粉とする）に分離した。給鉱速度は150ｋｇ／時間、気流分級機のローターの回転数は150ｒｐｍ、風量は20ｍ³／分とした。

上記微粉砕物、細粉、粗粉について、その粒度分布、および化学組成を測定した。なお、粒度分布は、日機装株式会社製のマイクロトラックＨＲ（レーザー回折・散乱法）、化学組成は理学電機工業社製のＺＳＸ−１００ｅ（蛍光Ｘ線分析ＦＰ法）を用いた。

上記の粉砕により得られた微粉砕物の平均粒子径は25μｍであり、この微粉砕物は篩網開き目88μｍを85質量％通過するものであった。上記の粉砕分級により得られた細粉の平均粒子径は7μｍであり、この細粉は篩網開き目35μｍを全通するものであり、回収率は29％であった。化学組成は、CaO：42.8％、Fe₂O₃：24.6％、SiO₂：15.8％、Al₂O₃：1.9％であった。
上記の粉砕分級により得られた粗粉の平均粒子径は120μｍであり、この粗粉は篩網開き目88μｍを15質量％通過するものであり、回収率は9％であった。化学組成は、CaO：13.8％、Fe₂O₃：65.2％、SiO₂：6.4％、Al₂O₃：0.9％であった。

粉砕分級により得られた細粉では、セメント原料化での製造での使用原単位を大きくするために必要なCaO含有量が40質量％以上となり、かつFe₂O₃含有量を十分な量（25質量％以下が好ましい）まで低減できた。粉砕分級により得られた粗粉では、製鋼原料としての使用に適したFe₂O₃含有量を十分な量（50質量％以上が特に好ましい）まで高めることができた。また、転炉スラグから３８％もの利用可能な原料を回収することができたので、埋め立て処分量を大幅に減少することができると言える。

Claims (4)

1. 製鋼スラグを粉砕した後、分級して、Fe₂O₃含有量が40質量％以上である高鉄含有物と、CaO含有量が40質量％以上である高カルシウム含有物を回収することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
2. 上記高鉄含有物を、製鋼原料、セメントクリンカー用原料及び／又はコンクリート用混和材として使用する請求項１記載の製鋼スラグの処理方法。
3. 上記高カルシウム含有物を、セメントクリンカー用原料、裏込め充填材及び／又はセメント・コンクリート用混和材として使用する請求項１又は２記載の製鋼スラグの処理方法。
4. 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、ステンレススラグの１種又は２種以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の製鋼スラグの処理方法。