JP2016196389A - スラグからの六価クロム溶出抑制方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のスラグ10からの六価クロム溶出抑制方法は、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上で且つクロムを含有するスラグ10を排滓するにあたり、当該スラグ10が雰囲気と接触する面積Sと当該スラグ10の重量Wとの比(S/W)と、当該スラグ10の冷却速度CVとの関係が、CV/(S/W)≧40となるように、当該スラグ10を溶融状態から600℃まで冷却することで、リサイクル時にスラグ10からの六価クロムの溶出を抑制する。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1には、クロムを含有する溶融スラグを鉄板上若しくは鋳型内に排出し、その溶融状態から400℃まで温度領域を5℃/mim以上の冷却速度で冷却して、六価クロムの生成を抑制する方法が開示されている。
特許文献3には、クロム含有スラグに対し、塩基度(%CaO/%SiO2)>1.2に調整することによってクロムの還元を導き、三価のクロム酸化物(Cr2O3)濃度を3.0%以下にし、排滓時に、湯面面積S(m2)/スラグ容積V(m3)が4以下である容器に排滓して、六価クロムの生成を抑制する方法が開示されている。
特許文献1は、クロムを含有する溶融スラグを冷却ヤードの鉄板上に載せた場合、鉄板とスラグ界面しか急冷されないため、大気雰囲気と接触するスラグ表面が冷却できているかは不明である。さらには、溶融スラグの流涎厚さを調整すると記載されているが、実施例がなく定量性に乏しい。加えて、(wt%CaO/wt%SiO2)の比が大きい高塩基度のスラグにおける実施例がなく、スラグの塩基度によっては、冷却条件を満足した場合でも、六価クロムが生成し六価クロムイオンとして溶出する虞がある。
特許文献3は、スラグを冷却する際の比表面積の規定はされているが、冷却速度に対する規定はされていないため、冷却速度が遅い場合には六価クロムが生成する虞がある。また、不活性ガス雰囲気下においてスラグを冷却することは、製造コストを高騰させる原因となる。また、Cr2O3濃度を3%以下に低減するためには、多量の添加剤が必要となり、製造コストの増加要因となる。また、スラグが排滓された容器中での最終冷却温度が規定されておらず、容器からのスラグ取り出し時に六価クロムが生成する虞がある。加えて、高塩基度のスラグにおける実施例がなく、スラグの塩基度によっては、冷却条件を満足した場合でも、六価クロムが生成し六価クロムイオンとして溶出する虞がある。
すなわち、特許文献1〜特許文献4に開示された技術を用いたとしても、スラグが高塩基度且つ冷却速度や比表面積を規定していない場合、環告46号などの基準を満たすことができない虞がある。
即ち、本発明のスラグからの六価クロム溶出抑制方法は、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上で且つクロムを含有するスラグを排滓するにあたり、前記スラグが雰囲気と接触する面積Sと当該スラグの重量Wとの比(S/W)と、当該スラグの冷却速度CVとの関係が、CV/(S/W)≧40となるように、前記スラグを溶融状態から600℃まで冷却することで、リサイクル時に前記スラグからの六価クロムの溶出を抑制することを特徴とする。
なお、本実施形態においては、本発明の六価クロム溶出抑制方法を、電気炉にて精錬処理をする際に生成される、鉄鋼副産物である電気炉酸化スラグ(以降、単にスラグと呼ぶこともある)に適用させて説明する。また、本実施形態のスラグ10からの六価クロム溶出抑制方法を説明する前に、電気炉1について、図を基に説明する。
図1に示すように、電気炉1は、内部に投入した冷鉄源を溶解すると共に、溶解した冷鉄源すなわち溶湯2を精錬するものであって、溶湯2を精錬する容器本体3と、この容器本体3を覆う蓋体4とを備えている。
このように、電気炉1にて、精錬処理(脱炭処理)が行われた際には、スラグ(電気炉酸化スラグ)が生成される。
しかしながら、生成されたスラグをそのまま路盤材などにリサイクルすることはできない。なぜならば、クロム(Cr)を大量に含む鋼種を精錬する際に生成されるスラグには、冷却条件などによってはクロム酸化物から六価クロムが生成される場合があるためである。
上記した各基準においては、六価クロムの溶出量の上限が定められている。具体的には、この六価クロムの溶出量は、水底土砂に係る判定基準についての「環境庁告示14号」並びに、土壌の汚染に係る環境基準についての「環境庁告示46号」により定められている。
「環境庁告示46号」においては、環境基本法(平成5年法律第91号)の第16条第1項において、土壌の汚染に係る環境上の条件につき、六価クロムの溶出量は0.05mg/L以下とすると定められている。
本実施形態の六価クロム溶出抑制方法は、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上で且つクロムを含有するスラグ10を、六価クロム溶出抑制の対象材としている。
塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10の重量Wに対する当該スラグ10の酸化表面積Sの比(S/W)および冷却速度(CV)からなるCV/(S/W)を規定する理由としては、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上であるスラグ10はCaCr2O4やCa6Al4Cr2O13など冷却条件などによっては六価クロムを生成しやすい化合物が生成する虞があるため、六価クロムの生成抑制因子である冷却速度および酸化比表面積を厳密に制御することが必要となる。
)が2.5以上のスラグ10を冷却する際に、前記した二つの六価クロム生成の抑制因子を同時に制御する、すなわち当該スラグ10の比表面積(S/W)と冷却速度CVとの関係がCV/(S/W)≧40となるように、厳密に冷却過程を制御することで、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上で且つクロムを含有するスラグ10の六価クロムの生成を確実に抑制することができる。
塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上であるスラグ10を冷却する際に、冷却速度CVを一定とし、比表面積(S/W)を制御すると、図2、図3に示すような結果となる。
図2は、環告14号の溶出試験における塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上であるスラグ10の比表面積(S/W)と六価クロム溶出量の関係を示す図である。また、図3は、環告46号の溶出試験における比表面積と六価クロム溶出量の関係を示す図である。なお、いずれの溶出試験においても、共に塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上であるスラグ10の冷却速度CVを、5.7(℃/min)及び10(℃/min)としている。
図4は、環告14号の溶出試験において、冷却速度CVに対して、比表面積(S/W)を変化させたときの六価クロムの溶出量の関係を示す図である。また、図5は、環告46号の溶出試験において、冷却速度CVに対して、比表面積(S/W)を変化させたときの六価クロムの溶出量の関係を示す図である。なお、いずれの溶出試験においても、共に塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上であるスラグ10に対し、比表面積(S/W)を、0.1(cm2/g)及び0.6(cm2/g)としている。
ところが、図4、図5を参照するに、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10は同一冷却速度CVであっても、比表面積(S/W)が異なると、環告14号や環告46号の六価クロムの溶出基準値を満足できない場合がある。そのため、冷却速度CVの制御だけでは、六価クロムの溶出抑制は不十分であり、比表面積(S/W)も考慮する必要があることを知見した。
[実験例]
次に、本実施形態のスラグ10からの六価クロム溶出抑制方法の実験例について、図と表を基に説明する。
本実験例は、環告14号及び、環告46号に準拠した方法で六価クロムの溶出量(mg/L)を計測した。環告14号に準拠した方法においては、0.5mm以上5mm以下の粒径の、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10からの六価クロムの溶出量を計測した。また、環告46号に準拠した方法においては、<2mmの粒径の、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10からの六価クロムの溶出量を計測した。
表1に示すように、本実験例においては、組成が異なる8種類の、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10(電気炉酸化スラグ)を用いて、所定量のスラグ10を白金坩堝に装入した後、Ar雰囲気中の雰囲気炉にて加熱し、溶融状態にしてから大気雰囲気下で、所定の冷却条件で冷却したスラグ10の六価クロムの溶出量を計測した。
表2は、組成が異なる8種類のスラグ10を用いた本実験例の結果を、まとめたもので
ある。
比較例1,2では、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上(表1Aのスラグ)のスラグ10において、CV/(S/W)が40より小さいため、環告14号、環告46号の溶出試験方法を問わず、環告14号の六価クロムの溶出量が基準値(0.5mg/L−Cr6+)を超過していることがわかる。
また、比較例4と実施例4を比較すると、比較例4では、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10において、同一の比表面積(S/W)で冷却速度CVが小さい(異なる)場合、CV/(S/W)が40より小さいため、環告14号、環告46号の溶出試験方法を問わず、六価クロムの溶出量は環告14号の基準値(0.5mg/L−Cr6+)を超過していることがわかる。
さらには、実施例5〜8では、CV/(S/W)が100以上の結果となり、六価クロムの溶出量は環告14号、環告46号の溶出試験方法を問わず、環告46号の0.05(mg/L)以下であることがわかる。
L−Cr6+)を超過していることがわかる。
一方、比較例6では、六価クロム溶出量は、環告14号の溶出試験で2.4(mg/L)、環告46号の溶出試験で及び2.5(mg/L)であって、環告14号および環告46号の溶出基準値を超過していることがわかる。
さらには、実施例2,5〜8,11〜14では、CV/(S/W)が100以上となり、六価クロムの溶出量は環告14号、環告46号の溶出試験方法を問わず、環告46号の0.05(mg/L)以下であることがわかる。
加えて、比較例8〜11、参考例1,2では、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10(比較例8〜11、表1A,Bのスラグ)と、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5未満のスラグ(参考例1,2、表1Cのスラグ)を比較すると、CV/(S/W)の値が同じにも関わらず、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10では、環告14号の溶出基準値(0.5mg/L−Cr6+)および環告46号の溶出基準値(0.05mg/L−Cr6+)を超過することから、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10は六価クロムが溶出しやすくなるといえる。
なお、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以下のスラグ10については、冷却速度CVあるいは、比表面積(S/W)を制御することで、環告14号および環告46号溶出試験における六価クロムの溶出量を環告14号の溶出基準値(0.5mg/L−Cr6+)および環告46号の溶出基準値(0.05mg/L−Cr6+)の基準値以下にすることができる。
次に、CV/(S/W)と六価クロムの溶出量の関係を、図6〜図9に基づいて説明する。
図6、図7に示すように、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10の冷却速度CV及び比表面積(S/W)を考慮したパラメータ、すなわちCV/(S/W)≧40を用いて当該スラグ10を溶融状態から600℃になるまで冷却すると、六価クロムが生成しやすいという厳しい条件である塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10においても、リサイクル時における六価クロムの溶出量を抑制する、すなわち水底土砂判定基準(環告14号)を遵守することが可能となる。なお、図6、図7中の線の傾向から外れているプロットは、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以下のスラグ10である。
図8、図9に示すように、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10の冷却速度CV及び比表面積(S/W)を考慮したパラメータ、すなわちCV/(S/W)≧100を用いて当該スラグ10を溶融状態から600℃になるまで冷却すると、六価クロムが生成しやすいという厳しい条件である塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上のスラグ10においても、路盤材などのリサイクル時における六価クロムの溶出量を抑制する、すなわち土壌環境基準(環告46号)を満足することが可能となる。なお、図6、図7中の線の傾向から外れているプロットは、塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以下のスラグ10である。
2 溶湯
3 容器本体
4 蓋体
5 排サイ口
6 出鋼口
7 ランス
8 電極
9 冷却ヤード
10 電気炉酸化スラグ
Claims (2)
- 塩基度(wt%CaO/wt%SiO2)が2.5以上で且つクロムを含有するスラグを排滓するにあたり、
前記スラグが雰囲気と接触する面積Sと当該スラグの重量Wとの比(S/W)と、当該スラグの冷却速度CVとの関係が、CV/(S/W)≧40となるように、前記スラグを溶融状態から600℃まで冷却することで、リサイクル時に前記スラグからの六価クロムの溶出を抑制する
ことを特徴とするスラグからの六価クロム溶出抑制方法。 - 前記スラグが雰囲気と接触する面積Sと当該スラグの重量Wとの比(S/W)と、当該スラグの冷却速度CVとの関係が、CV/(S/W)≧100となるように冷却する
ことを特徴とする請求項1に記載のスラグからの六価クロム溶出抑制方法。
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