JP4078788B2

JP4078788B2 - Stabilization technology for industrial waste containing fluorine

Info

Publication number: JP4078788B2
Application number: JP2000103812A
Authority: JP
Inventors: 英昭水渡; 亮井上
Original assignee: 英昭水渡
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2020-04-05
Also published as: JP2001259570A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素を含む産業廃棄物の安定化処理技術に関する。より具体的には、本発明は、製鋼工程で不可避的に発生する産業廃棄物である、フッ素を含む溶銑予備処理スラグまたは二次精錬スラグの安定化処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、製鋼工程では、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグさらには二次精錬スラグ等の各種の製鋼スラグが不可避的に発生する。この製鋼スラグのわが国における排出総量は、例えば１９９７年の１年間において約１０００万トンにも達し、そのうちの約５７０万トンが産業廃棄物として土木工事および埋め立てに用いられた。
【０００３】
ところで、これらの製鋼スラグには、製鋼過程において、一般的に、スラグの融点を下げて流動性を向上させ、スラグと溶鋼との反応性を高めるために、螢石ＣａＦ_２が添加される。このため、製鋼スラグにはフッ素が不可避的に含有される。
【０００４】
近年、このフッ素を長期間にわたって多量に摂取すると、歯牙フッ素症、骨フッ素症さらには運動障害性フッ素症等の各種障害が引き起こされることが判明してきた。このため、フッ素は我が国でも水質および地下水環境基準項目の一つに指定されている。このため、前述したように、大量に発生する製鋼スラグを土木工事および埋め立てに用いる際には、製鋼スラグからフッ素が溶出することによる環境汚染が発生する恐れがあるため、製鋼スラグにフッ素溶出の抑制処理を施し、フッ素溶出に十分な配慮を払う必要がある。
【０００５】
しかし、我が国のこれまでの産業廃棄物最終処分基準では、埋め立て処分品についてのフッ素溶出量規制値が制定されていなかったため、製鋼スラグをはじめとする産業廃棄物からのフッ素溶出の抑制法はこれまで全く検討されていなかった。
【０００６】
製鋼スラグからのフッ素溶出の抑制を目的とするものではないが、これまで、溶液中に高濃度に含まれるフッ素を除去する方法として、石灰をこの溶液に添加することにより、安定なフッ化カルシウムを沈殿させることにより、フッ素を固定化する技術が知られている。
【０００７】
また、活性アルミナ粒子にフッ素イオンを吸着させることによって、フッ素を固定化する技術も知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの技術によれば、実験室レベルではフッ素を固定化して水質汚濁防止法の排水環境基準値を下回ることはできるものの、前述したように大量に発生する製鋼スラグ等の産業廃棄物に含まれるフッ素を工業的規模で十分に固定化して、環境汚染の発生を防止することは困難である。
【０００９】
そこで、本発明者らは、先に特願平１０−３３９５００号により、カルシウムおよびアルミニウムを含む化合物であるカルシウムアルミネートを含む粉末を安定化剤として用い、フッ素を含む製鋼スラグの安定化処理を行う発明を提案した。この発明は、略述すると、フッ素を含む製鋼スラグに、水の存在下で、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３および１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３等のカルシウムアルミネートの粉末を安定化剤として添加すると、溶液中にフッ素を含む難溶性の化合物が生成されることを利用して、製鋼スラグからのフッ素溶出を抑制するものである。
【００１０】
また、本発明者らは、先に特願平１１−１４８５６８号により、特願平１０−３３９５００号において提案した発明において安定化剤として用いるカルシウムアルミネートを含む粉末を、二次精錬スラグからなる粉末により代用するために、二次精錬スラグを調質する発明を提案した。この発明は、略述すると、二次精錬スラグの組成を、ＳｉＯ_２濃度：１０％以下（本明細書においては、特にことわりがない限り「％」は「質量％」を意味するものとする。）、全鉄濃度：３％以下、Ａｌ_２Ｏ_３濃度：３０〜５５％とすることにより、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３および１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３等のカルシウムアルミネートの粉末と同様の作用で、製鋼スラグからのフッ素溶出を抑制するものである。
【００１１】
しかし、本発明者らがさらに鋭意検討を重ねた結果、製鋼工程では、かかる組成とすることができる二次精錬スラグは、得られる二次精錬スラグの全量のうちの極限られた量であり、むしろ、ＳｉＯ_２濃度：１０％以上、全鉄濃度：３％以下、Ａｌ_２Ｏ_３濃度：２５〜３５％の組成を有する二次精錬スラグが多量に生成していることを知見した。このため、現在の工業的規模では、カルシウムアルミネートを含む粉末を、二次精錬スラグからなる粉末により代用することは困難であり、多量に生成するＳｉＯ_２濃度が高い二次精錬スラグを、製鋼スラグからのフッ素溶出抑制に利用することはできなかった。
【００１２】
ここに、本発明の目的は、製鋼工程で不可避的に発生する、例えば溶銑予備処理スラグまたは二次精錬スラグといった、フッ素を含む産業廃棄物の安定化処理技術を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
ここに、本発明は、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末および硫酸根を含む粉末の混合物をフッ素固定剤として用い、製鋼工程で発生する産業廃棄物である、フッ素を含む溶銑予備処理スラグまたは二次精錬スラグの安定化処理を行うことを特徴とする、フッ素を含む産業廃棄物の安定化処理法である。この本発明にかかるフッ素を含む産業廃棄物の安定化処理法では、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｈ_２Ｏ−Ｓ系化合物が生成され、この反応生成物をフッ素固定剤として用いるものである。
【００１４】
また、これらの本発明にかかるフッ素を含む産業廃棄物の安定化処理法では、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末が、合成されたカルシウムアルミニウムシリケート化合物、天然に産するカルシウムアルミニウムシリケート鉱物およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む二次精錬スラグのうちの１種または２種以上の組合せからなることが、例示される。
【００１５】
また、これらの本発明にかかるフッ素を含む産業廃棄物の安定化処理法では、硫酸根を含む粉末が、石膏、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウムおよび硫酸鉄のうちの１種または２種以上の組合せからなることが、例示される。
【００１６】
また、これらの本発明にかかるフッ素を含む産業廃棄物の安定化処理法では、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末の平均粒径が２ｍｍ以下であることが、フッ素の安定化を確実に行うためには、望ましい。一方、硫酸根を含む粉末は、水への溶解が速やかであることから、硫酸根を含む粉末の大きさには限定を要さない。
【００１８】
また、これらの本発明にかかるフッ素を含む産業廃棄物の安定化処理法では、フッ素を含む溶銑予備処理スラグまたは二次精錬スラグ１００質量部に対して、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末を２０〜８０質量部添加するとともに、硫酸根を含む粉末を１０〜８０質量部添加することが、フッ素の安定化を確実に行うとともに処理コストの上昇を抑制するために、望ましい。
【００１９】
また、これらの本発明にかかるフッ素を含む産業廃棄物の安定化処理法では、安定化処理が、フッ素を含む溶銑予備処理スラグまたは二次精錬スラグと、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末および硫酸根を含む粉末の混合物とを、水の存在の下で反応させることによって行われることが、例示される。また、これらの本発明にかかるフッ素を含む産業廃棄物の安定化処理法では、安定化処理が、水の存在下でオートクレーブ処理または蒸気養生を行うことにより６０℃以上に加温加圧することにより、行われることが、フッ素の安定化を確実に行うために、望ましい。
【００２０】
これらの本発明にかかるフッ素を含む産業廃棄物の安定化処理法では、安定化処理が、フッ素を含む溶銑予備処理スラグまたは二次精錬スラグが製鋼工程における処理炉から排滓されて高温状態にある時に行われることが、フッ素の固定化効率を高めるためには望ましい。また、フッ素を含む溶銑予備処理スラグまたは二次精錬スラグが製鋼工程における処理炉から排滓されて高温状態にある時に、特に、硫酸根を含む粉末を添加することにより、製鋼スラグの安定化処理において、製鋼スラグから連続的に硫酸イオンが供給されることになるため、フッ素の固定化効率を高めるためには、さらに望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の安定化処理方法により、フッ素を含む産業廃棄物である製鋼スラグ１ａ〜１ｄに対して安定化処理を施す状況を模式的に示す説明図である。
【００２５】
同図に示す本実施形態では、合成されたカルシウムアルミネート化合物、カルシウムシリケート化合物またはカルシウムアルミニウムシリケート化合物２ａ、天然に産するカルシウムアルミネート鉱物、カルシウムシリケート鉱物またはカルシウムアルミネートシリケート鉱物２ｂ、および、カルシウムアルミネートまたはカルシウムアルミニウムシリケート化合物を含む二次精錬スラグまたはカルシウムシリケートを含む脱珪スラグ２ｃの１種または２種以上に由来する、カルシウムアルミネート、カルシウムシリケートまたはカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末２と、石膏３ａ、硫酸アルミニウム３ｂ、硫酸マグネシウム３ｃ、硫酸ナトリウム３ｄおよび硫酸鉄３ｅの１種または２種以上に由来する、硫酸根を含む粉末３とをともに固定剤として用い、フッ素を含む製鋼スラグ１ａ〜１ｄの安定化処理を行っている。
【００２６】
また、フッ素を含む製鋼スラグ１ａ〜１ｄ、カルシウムアルミネート、カルシウムシリケートまたはカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末２ａ〜２ｃ、硫酸根を含む粉末３ａ〜３ｅに、徐冷高炉スラグ４ａ、高炉水砕スラグ４ｂ、コンクリート屑４ｃ、石炭灰４ｄの１種または２種以上に由来する、増容材４を添加し土中埋設用材料７としている。
【００２７】
そこで、以降の説明では、製鋼スラグ１、カルシウムアルミネート、カルシウムシリケートまたはカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末２、硫酸根を含む粉末３、増容材４、および安定化処理について順次説明する。
［製鋼スラグ１］
本実施形態において安定化処理が行われる製鋼スラグ１は、図１に示すフッ素を含む溶銑予備処理スラグ１ａ、フッ素を含む転炉スラグ１ｂ、フッ素を含む電気炉スラグ１ｃおよびフッ素を含み全鉄濃度の高い二次精錬スラグ１ｄのうちの少なくとも１種である。
【００２８】
本発明では、製鋼スラグ１が発生する製鋼工程の形態は、何ら限定を要さない。このような製鋼スラグ１として、例えば、（１）トーピード、溶銑鍋または転炉により生成される溶銑予備処理スラグ１ａ、（２）上吹き操業、底吹き操業または上下吹き操業により生成される転炉スラグ１ｂ、（３）高周波加熱またはアーク加熱により生成される電気炉スラグ１ｃ、さらには（４）高周波加熱またはアーク加熱により生成される二次精錬スラグ１ｄが例示される。
【００２９】
製鋼スラグ１の組成は、当然のことながら、例えば操業法や溶鋼組成等の各種要因により、変動する。しかし、溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃおよび二次精錬スラグ１ｄのいずれもが、フッ素を含んでいる。例えば、溶銑予備処理スラグ１ａは０．１〜７．８％のフッ素を、転炉スラグ１ｂは０．２〜３．８％のフッ素を、電気炉スラグ１ｃは０．７〜９．２％のフッ素を、さらに二次精錬スラグ１ｄは０．１〜６．４％のフッ素を、それぞれ含有する。
【００３０】
製鋼スラグに含まれるこれらのフッ素は、各製鋼スラグ１ａ〜１ｄ中において、例えば、ＣａＦ_２、Ｃａ_５Ｆ（ＰＯ_４）_３、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・ＣａＦ_２、（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２）_２・ＣａＦ_２、（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２）_３・ＣａＦ_２または１１ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＦ_２として存在するが、いずれの鉱物相が存在するかは、スラグ組成、操業法やスラグの冷却条件の各種要因により変動する。
【００３１】
また、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３、２ＣａＯ・ＴｉＯ_２または１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３の各鉱物相中には０．５〜１２％のフッ素が含まれる。
［カルシウムアルミネートを含む粉末２］
本発明では、カルシウムアルミネートを含む粉末２として、合成されたカルシウムアルミネート化合物２ａ、天然に産するアルミネート鉱物２ｂおよびカルシウムアルミネートを含む二次精錬スラグ２ｃのうちの１種または２種以上に由来する粉末２を用いる。
【００３２】
本発明では、「カルシウムアルミネート」とは、例えば、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、５ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、９ＣａＯ・５Ａｌ_２Ｏ_３、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、若しくはこれらの混合物、またはこれらの水和物等を意味する。
【００３３】
合成されたカルシウムアルミネート化合物２ａとしては、例えばＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、５ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、９ＣａＯ・５Ａｌ_２Ｏ_３、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３若しくは３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＭｇＯ、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３、またはこれらの混合物等が例示される。これらは、いずれも、いわゆる高温焼成法により容易に合成される。これらを水と反応させることにより生じる水和物としては、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・８．５Ｈ_２Ｏ、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・１０Ｈ_２Ｏ、４ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２Ｏ、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・６Ｈ_２Ｏ、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・８Ｈ_２Ｏ、Ｃａ_３Ａｌ_２（ＯＨ）_１２、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ｘＨ_２Ｏ（ｘ＝８〜１２）、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｃａ（ＯＨ）_２・１８Ｈ_２Ｏ、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｃａ（ＯＨ）_２・３２Ｈ_２Ｏ、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・１３Ｈ_２Ｏ、α−４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・１９Ｈ_２Ｏ、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ｘＨ_２Ｏ等がある。
【００３４】
天然に産するカルシウムアルミネート鉱物２ｂとしては、例えば、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３組成の鉱物としてＭａｙｅｎｉｔｅが、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・８．５Ｈ_２Ｏ組成の鉱物としてＴｕｎｉｓｉｔｅが、Ｃａ_３Ａｌ_２（ＯＨ）_１２組成の鉱物としてＫａｔｏｉｔｅやＨｙｄｒｏｇｒｏｓｓｕｌａｒがある。
【００３５】
二次精錬スラグ２ｃとは、真空精錬法、取鍋精錬法または簡易取鍋精錬法等の二次精錬（炉外精錬）を行った際に生成されたスラグを意味し、ＣａＯ（石灰）およびＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）を主成分として含むものである。このような二次精錬スラグ２ｃについて、Ｘ線回折法等の適宜方法により鉱物相を同定すると、二次精錬スラグ２ｃ中のＡｌ_２Ｏ_３濃度およびＳｉＯ_２濃度に応じて、例えばＡｌ_２Ｏ_３濃度が高くＳｉＯ_２濃度が低い場合には３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３相および１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３相が、Ａｌ_２Ｏ_３濃度およびＳｉＯ_２濃度がともに高い場合には２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２相が主要鉱物相として認められる。一部の二次精錬スラグでは、スラグ中のＳｉＯ_２濃度が高くＰ_２Ｏ_５濃度が低いことに起因して、冷却時に析出した２ＣａＯ・ＳｉＯ_２相が温度降下とともに相変態を起こし、粉状の二次精錬スラグとなる。このため、この粉状の二次精錬スラグをフッ素の安定化剤として用いる場合には、安定化剤の粉砕工程を省略できる。
【００３６】
本発明では、「カルシウムアルミネート」である、例えばＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、５ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、９ＣａＯ・５Ａｌ_２Ｏ_３、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３若しくは３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＭｇＯ、４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３、若しくはこれらの混合物、またはこれらの水和物のいずれにおいても、硫酸イオンと反応することによりエトリンガイト３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏおよびモノサルフェート３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４・ｙＨ_２Ｏ（ｙ＝１２または１４）が生成し、製鋼スラグ１に含まれるフッ素を、容易かつ確実に固定化することができる。
【００３７】
本実施形態では、カルシウムアルミネートを含む粉末２の平均粒径が２ｍｍを超えると、水存在下において、これらの粉末２と水との反応界面積が少なくなることにより、粉末２からのＣａイオンおよびＡｌイオンの供給が遅くなる。その結果、硫酸イオンとの反応によるエトリンガイトおよびモノサルフェートの生成量が少なくなり、これら反応生成物の生成の際に反応生成物中に取り込まれるフッ素量が製鋼スラグ１からのフッ素溶出量より少なくなって、フッ素の固定化が不十分になるおそれがある。そこで、粉末２の平均粒径は２ｍｍ以下であることが望ましく、同様の観点から、０．２ｍｍ以下であることがより望ましい。このような観点からは、粉末２の平均粒径の下限は限定を要さないが、０．０２ｍｍ未満の平均粒径であると、粉末２の取り扱いが面倒になるとともにエトリンガイトおよびモノサルフェートの生成反応が短時間で終了しやすくなる。そこで、粉末２の平均粒径の下限は、０．０２ｍｍであることが望ましい。
【００３８】
また、カルシウムアルミネートを含む粉末２の添加量が少ないと、水存在下において、これらの粉末２と硫酸イオンとの反応によるエトリンガイトの生成量およびモノサルフェートの生成量がいずれも十分でないために、製鋼スラグ１からのフッ素溶出量よりエトリンガイトおよびモノサルフェートへのフッ素取り込み量が少なくなって、フッ素の固定化が不十分になるおそれがある。これらの傾向は、製鋼スラグに含まれるフッ素の濃度が高くなればなるほど顕著になる。一方、粉末２および硫酸根を有する化合物の添加量が多過ぎると、フッ素の安定化効果が飽和するとともに、コスト高となって減容化を阻害する。
【００３９】
そこで、本実施形態では、溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃ、または、二次精錬スラグ１ｄの安定化処理を行う際には、フッ素を含む製鋼スラグ１００質量部に対して、カルシウムアルミネートを含む粉末２を２０〜８０質量部添加することが望ましく、３０〜８０質量部添加することがより望ましい。
［カルシウムシリケートを含む粉末２’］
本発明では、カルシウムシリケートを含む粉末２’として、合成されたカルシウムシリケート化合物２ａ’、天然に産するカルシウムシリケート鉱物２ｂ’、カルシウムシリケートを含む脱珪スラグ２ｃ’の１種または２種以上に由来する粉末２’を用いる。
【００４０】
本発明では、「カルシウムシリケート」とは、例えば、ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２、８ＣａＯ・５ＳｉＯ_２、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、若しくはこれらの混合物、またはこれらの水和物等を意味する。
【００４１】
合成されたカルシウムシリケート化合物２ａ’としては、例えばＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２、８ＣａＯ・５ＳｉＯ_２、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２若しくはＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２、５ＣａＯ・ＭｇＯ・３ＳｉＯ_２、７ＣａＯ・ＭｇＯ・４ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３・３ＳｉＯ_２、ＣａＦｅＳｉＯ_４、ＣａＴｉＳｉＯ_５、またはこれらの混合物等が例示される。これらは、いずれも、いわゆる高温焼成法により容易に合成される。これらを水と反応させることにより生じる水和物としては、ＣａＯ・ＳｉＯ_２・ｘＨ_２Ｏ（ｘ＝１／６、１／３または１）、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・ｙＨ_２Ｏ（ｙ＝０．５〜１１／３）、８ＣａＯ・５ＳｉＯ_２・２Ｈ_２Ｏ、５ＣａＯ・３ＳｉＯ_２・２Ｈ_２Ｏ、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２・ｚＨ_２Ｏ（ｚ＝０．３〜１）、５ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・Ｈ_２Ｏ、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２・１．５Ｈ_２Ｏ等があり、これらの他に、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物と称されるゲル状非晶質化合物がある。
【００４２】
天然に産するカルシウムシリケート鉱物２ｂ’としては、例えば、ＣａＯ・ＳｉＯ_２組成の鉱物としてＷｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅが、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２組成の鉱物としてＲａｎｋｉｎｉｔｅが、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２組成の鉱物としてＬａｒｎｉｔｅやＢｒｅｄｉｇｉｔｅが、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２組成の鉱物としてＨａｔｒｕｒｉｔｅが、ＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ_２組成の鉱物としてＭｏｎｔｉｃｅｌｌｉｔｅが、３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２組成の鉱物としてＭｅｒｗｉｎｉｔｅが、７ＣａＯ・ＭｇＯ・４ＳｉＯ_２組成の鉱物としてＢｒｅｄｉｇｉｔｅが、ＣａＦｅＳｉＯ_４組成の鉱物としてＫｉｒｓｃｈｓｔｅｉｎｉｔｅが、ＣａＴｉＳｉＯ_５組成の鉱物としてＴｉｔａｎｉｔｅが、それぞれある。また、ＣａＯ・ＳｉＯ_２・Ｈ_２Ｏ組成の鉱物としてＳｕｏｌｕｎｉｔｅが、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・３Ｈ_２Ｏ組成の鉱物としてＡｆｗｉｌｌｉｔｅが、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２・Ｈ_２Ｏ組成の鉱物としてＨｉｌｌｅｂｒａｎｄｉｔｅが、５ＣａＯ・２ＳｉＯ_２・Ｈ_２Ｏ組成の鉱物としてＣｈｏｎｄｒｏｄｉｔｅやＲｅｉｎｈａｒｄｂｒａｕｎｓｉｔｅがそれぞれあり、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２・１．５Ｈ_２Ｏ組成の鉱物としてＪａｆｆｅｉｔｅがある。
【００４３】
脱珪スラグ２ｃ’とは、高炉出銑樋または溶銑鍋において溶銑の脱珪処理を行った際に生成されたスラグを意味し、ＳｉＯ_２およびＣａＯを主成分として含むものである。このような脱珪スラグ２ｃ’について、Ｘ線回折法等の適宜方法により鉱物相を同定すると、脱珪スラグ２ｃ’中のＣａＯ濃度およびＳｉＯ_２濃度に応じて、例えばＣａＯ濃度が高くＳｉＯ_２濃度が低い場合には２ＣａＯ・ＳｉＯ_２相や３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２相が、ＣａＯ濃度が低くＳｉＯ_２濃度が高い場合には３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２相やＣａＯ・ＳｉＯ_２相が主要鉱物相として認められる。
【００４４】
本発明では、「カルシウムシリケート」である、例えばＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２、８ＣａＯ・５ＳｉＯ_２、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２若しくはＣａＯ・ＭｇＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２、５ＣａＯ・ＭｇＯ・３ＳｉＯ_２、７ＣａＯ・ＭｇＯ・４ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３・３ＳｉＯ_２、ＣａＦｅＳｉＯ_４、ＣａＴｉＳｉＯ_５、若しくはこれらの混合物、またはこれらの水和物のいずれにおいても、硫酸イオンと反応することにより、例えばＣａ_５［（Ｓｉ、Ｓ）Ｏ_４］_３（ＯＨ、Ｆ）、Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３（ＯＨ、Ｆ）_２およびＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ系ゲル状非晶質化合物が生成し、製鋼スラグ１に含まれるフッ素を、容易かつ確実に固定化することができる。さらに、これら反応生成物の他に、例えばＣａ_５（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ、Ｆ）_２、Ｃａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７（ＯＨ、Ｆ）_６およびＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系ゲル状非晶質化合物等の硫酸イオンを含まない化合物が生成し、製鋼スラグ１から溶出したフッ素を固定化することができる。
【００４５】
本実施形態では、カルシウムシリケートを含む粉末２’の平均粒径が２ｍｍを超えると、水存在下において、これらの粉末２’と水との反応界面積が少なくなることにより、粉末２’からのＣａイオンおよびＳｉイオンの供給が遅くなる。その結果、硫酸イオンとの反応によるＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ系化合物および硫酸イオンが関与しないＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物の生成量が少なくなり、これら反応生成物の生成の際に反応生成物中に取り込まれるフッ素量が製鋼スラグ１からのフッ素溶出量より少なくなって、フッ素の固定化が不十分になるおそれがある。そこで、粉末２’の平均粒径は２ｍｍ以下であることが望ましく、同様の観点から、０．２ｍｍ以下であることがより望ましい。このような観点からは、粉末２’の平均粒径の下限は限定を要さないが、０．０２ｍｍ未満の平均粒径であると、粉末２’の取り扱いが面倒になることから、粉末２’の平均粒径の下限は、０．０２ｍｍであることが望ましい。
【００４６】
また、カルシウムシリケートを含む粉末２’の添加量が少ないと、水存在下において、これらの粉末２’と硫酸イオンとの反応によるＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ系化合物および硫酸イオンが関与しないＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物の生成量が十分でないために、これら反応生成物へのフッ素取り込み量が製鋼スラグ１からのフッ素溶出量より少なくなって、フッ素の固定化が不十分になるおそれがある。これらの傾向は、製鋼スラグに含まれるフッ素の濃度が高くなればなるほど顕著になる。一方、粉末２’および硫酸根を有する化合物の添加量が多過ぎると、フッ素の安定化効果が飽和するとともに、コスト高となって減容化を阻害する。
【００４７】
そこで、本実施形態では、溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃ、または、二次精錬スラグ１ｄの安定化処理を行う際には、フッ素を含む製鋼スラグ１００質量部に対して、カルシウムシリケートを含む粉末２’を２０〜８０質量部添加することが望ましく、３０〜８０質量部添加することがより望ましい。
［カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末２’’］
本発明では、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末２’’として、合成されたカルシウムアルミニウムシリケート化合物２ａ’’、天然に産するカルシウムアルミニウムシリケート鉱物２ｂ’’、カルシウムアルミニウムシリケートを含む二次精錬スラグ２ｃ’’の１種または２種以上に由来する粉末２’’を用いる。
【００４８】
本発明では、「カルシウムアルミニウムシリケート」とは、例えば、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２、Ｃａ_１．８２Ａｌ_３．６４Ｓｉ_０．３６Ｏ_８、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２、若しくはこれらの混合物、またはこれらの水和物等を意味する。
【００４９】
合成されたカルシウムアルミニウムシリケート化合物２ａ’’としては、例えばＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２、Ｃａ_１．８２Ａｌ_３．６４Ｓｉ_０．３６Ｏ_８、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２若しくは４ＣａＯ・ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３・３ＳｉＯ２、８ＣａＯ・ＭｇＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２、５４ＣａＯ・ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・１６ＳｉＯ_２、Ｃａ_２Ａｌ_１．５Ｆｅ_０．５ＳｉＯ_７、Ｃａ_２Ｍｇ_０．２ＡｌＦｅ_０．６Ｓｉ_０．２Ｏ_５、またはこれらの混合物等が例示される。これらは、いずれも、いわゆる高温焼成法により容易に合成される。これらを水と反応させることにより生じる水和物としては、Ｃａ_３Ａｌ_２（ＳｉＯ_４）_１．２５（ＯＨ）_７、Ｃａ_３Ａｌ_２（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ）_４、Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_６（ＯＨ）_２、ＣａＡｌＳｉＯ_４（ＯＨ）等があり、これらの他に、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物と称されるゲル状非晶質化合物がある。
【００５０】
天然に産するカルシウムアルミニウムシリケート鉱物２ｂ’’としては、例えば、Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_７やＣａ_２Ａｌ（Ａｌ、Ｓｉ）_２Ｏ_７組成の鉱物としてＧｅｈｌｅｎｉｔｅが、Ｃａ_３Ａｌ_２（ＳｉＯ_４）_１．２５（ＯＨ）_７組成の鉱物としてＨｉｂｓｃｈｉｔｅが、Ｃａ_３Ａｌ_２（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ）_４組成の鉱物としてＧｒｏｓｓｕｌａｒｈｙｄｒｏｘｙｌｉａｎが、Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_６（ＯＨ）_２組成の鉱物としてＫａｍａｉｓｈｉｌｉｔｅやＢｉｃｃｈｕｌｉｔｅが、ＣａＡｌＳｉＯ_４（ＯＨ）組成の鉱物としてＶｕａｇｎａｔｉｔｅ等が、それぞれある。
【００５１】
前述したように、二次精錬スラグ２ｃ’’とは、真空精錬法、取鍋精錬法または簡易取鍋精錬法等の二次精錬（炉外精錬）を行った際に生成されたスラグを意味し、ＣａＯ（石灰）およびＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）を主成分として含むものである。このような二次精錬スラグ２ｃ’’中のＡｌ_２Ｏ_３濃度およびＳｉＯ_２濃度がともに高い場合には２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２相が主要鉱物相として認められる。
【００５２】
本発明では、「カルシウムアルミニウムシリケート」である、例えばＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２、Ｃａ_１．８２Ａｌ_３．６４Ｓｉ_０．３６Ｏ_８、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２若しくは４ＣａＯ・ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＳｉＯ_２、８ＣａＯ・ＭｇＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２、５４ＣａＯ・ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・１６ＳｉＯ_２、Ｃａ_２Ａｌ_１．５Ｆｅ_０．５ＳｉＯ_７、Ｃａ_２Ｍｇ_０．２ＡｌＦｅ_０．６Ｓｉ_０．２Ｏ_５、若しくはこれらの混合物、またはこれらの水和物のいずれにおいても、硫酸イオンと反応することにより、エトリンガイト３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏおよびモノサルフェート３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４・ｙＨ_２Ｏ（ｙ＝１２または１４）、Ｃａ_５［（Ｓｉ、Ｓ）Ｏ_４］_３（ＯＨ、Ｆ）、Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３（ＯＨ、Ｆ）_２等の化合物が生成して、製鋼スラグ１に含まれるフッ素を、容易かつ確実に固定化することができる。さらに、これら反応生成物の他に、Ｃａ_５（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ、Ｆ）_２およびＣａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７（ＯＨ、Ｆ）_６等のＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物およびゲル状ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系非晶質化合物、Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_６（ＯＨ、Ｆ）_２等のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物が生成し、製鋼スラグ１から溶出したフッ素を固定化することができる。
【００５３】
本実施形態では、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末２’’の平均粒径が２ｍｍを超えると、水存在下において、これらの粉末２’’と水との反応界面積が少なくなることにより、粉末２’’からのＣａイオン、ＡｌイオンおよびＳｉイオンの供給が遅くなる。その結果、硫酸イオンとの反応によるエトリンガイト、モノサルフェート、Ｃａ_５［（Ｓｉ、Ｓ）Ｏ_４］_３（ＯＨ、Ｆ）およびＣａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３（ＯＨ、Ｆ）_２等のＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ系化合物、および硫酸イオンが関与しないＣａ_５（ＳｉＯ_４）２（ＯＨ、Ｆ）_２およびＣａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７（ＯＨ、Ｆ）_６等のＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物、Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_６（ＯＨ、Ｆ）_２等のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物の生成量が少なくなり、これら反応生成物の生成の際に反応生成物中に取り込まれるフッ素量が製鋼スラグ１からのフッ素溶出量より少なくなって、フッ素の固定化が不十分になるおそれがある。そこで、粉末２’’の平均粒径は２ｍｍ以下であることが望ましく、同様の観点から、０．２ｍｍ以下であることがより望ましい。このような観点からは、粉末２’’の平均粒径の下限は限定を要さないが、０．０２ｍｍ未満の平均粒径であると、粉末２’’の取り扱いが面倒になることから、粉末２’’の平均粒径の下限は、０．０２ｍｍであることが望ましい。
【００５４】
また、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末２’’の添加量が少ないと、水存在下において、これらの粉末２’’と硫酸イオンとの反応によるエトリンガイト、モノサルフェート、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ系化合物、および、硫酸イオンが関与しないＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物およびＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物の生成量が十分でないために、これら反応生成物へのフッ素取り込み量が製鋼スラグ１からのフッ素溶出量より少なくなって、フッ素の固定化が不十分になるおそれがある。これらの傾向は、製鋼スラグに含まれるフッ素の濃度が高くなればなるほど顕著になる。一方、粉末２’’および硫酸根を有する化合物の添加量が多過ぎると、フッ素の安定化効果が飽和するとともに、コスト高となって減容化を阻害する。
【００５５】
そこで、本実施形態では、溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃ、または、二次精錬スラグ１ｄの安定化処理を行う際には、フッ素を含む製鋼スラグ１００質量部に対して、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末２’’を２０〜８０質量部添加することが望ましく、３０〜８０質量部添加することがより望ましい。
【００５６】
［硫酸根を含む粉末３］
本実施形態では、硫酸根を含む粉末３として、例えば、石膏３ａ、硫酸アルミニウム３ｂ、硫酸マグネシウム３ｃ、硫酸ナトリウム３ｄおよび硫酸鉄３ｅのうちの１種または２種以上に由来する粉末３を用いる。これらの中で、石膏３ａは、鉄鉱石の焼結工程における廃ガス中の硫黄除去装置において多量に生成する。また、鋼板の酸洗廃液である硫酸にｐＨ調節用の石灰を投入した際に多量に晶出する。本実施形態では、鉄鋼業における副産物である石膏を用いるため、資源の有効利用の面からも好ましい。
【００５７】
石膏３ａ、硫酸アルミニウム３ｂ、硫酸マグネシウム３ｃ、硫酸ナトリウム３ｄおよび硫酸鉄３ｅ等の硫酸根を含む粉末は、水への溶解が速やかであることから、本発明では、硫酸根を含む粉末３の粒度について何ら限定を要さない。
【００５８】
また、本実施形態では、カルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末のうちの１種または２種以上の組合せからなる粉末２の１００質量部に対して、硫酸根を含む粉末３を２０〜１００質量部添加することが、エトリンガイトおよびＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ系化合物を効率的に生成でき、望ましい。
【００５９】
さらに、本実施形態では、カルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末のうちの１種または２種以上の組合せからなる粉末２および硫酸根を含む粉末３を製鋼スラグ１に同時に添加する場合を示しているが、これとは異なり、カルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末のうちの１種または２種以上の組合せからなる粉末２および硫酸根を含む粉末３を混合することにより安定化処理剤を製造しておき、この安定化処理剤を、フッ素を含む製鋼スラグ１に添加してもよい。この場合に、カルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末のうちの１種または２種以上の組合せからなる粉末２の１００質量部に対して、硫酸根を含む粉末３を２０〜１００質量部添加することが、望ましい。
［増容材４］
本実施形態では、増容材４として、例えば徐冷高炉スラグ４ａ、高炉水砕スラグ４ｂ、コンクリート屑４ｃおよび石炭灰４ｄの１種または２種以上に由来する産業廃棄物を用いる。
【００６０】
この増容材４は、製鋼スラグ１、すなわち、フッ素溶出源の希釈材としての効果も有する。また、徐冷高炉スラグ４ａ、高炉水砕スラグ４ｂ、コンクリート屑４ｃからはＣａイオン、Ｓｉイオン、Ａｌイオンが溶出し、直ちにＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ化合物やＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ化合物を多量に生成せさせる。しかし、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ化合物やＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ化合物は、エトリンガイト、モノサルフェートおよびＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ系化合物と比べて、フッ素イオンを取り込む能力が小さいため、これら化合物が大量に生成してもフッ素イオンが固定化される量は少ない。また、徐冷高炉スラグ４ａ、高炉水砕スラグ４ｂ、コンクリート屑４ｃと石膏３ａを混合し、水中で振とうした実験において、実験後の試料をＸ線回折した結果、エトリンガイト、モノサルフェートおよびＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ系化合物の生成は認められなかった。
【００６１】
このように、増容材がフッ素の安定化反応機構に大きくは関与しないことから、増容材の粒度についてなんら限定を要さない。また、製鋼スラグ１の安定化処理だけを目的とし、後述する土中埋設材料７の製造を行わない場合には、必ずしも、増容材４を添加する必要はない。
【００６２】
また、本実施形態では、製鋼スラグ１００質量部に対して、増容材を９００質量部以下添加することが、路盤材および埋立材を製造する処理コストの上昇を抑制するとともに、製鋼スラグ、徐冷高炉スラグ、高炉水砕スラグ、コンクリート屑さらには石炭灰等の、いわゆる産業廃棄物の再資源化のために、望ましい。
【００６３】
なお、我が国の高炉スラグの総排出量は、例えば１９９７年の１年間に約２３００万トンにも達しており、そのうちの６９％に相当する約１６００万トンが、セメントおよびコンクリートに再利用されているにすぎない。したがって、本実施形態により、高炉スラグの再利用をさらに促進することもできる。
【００６４】
［製鋼スラグ１ａ〜１ｄの安定化処理］
図１に示すように、本実施形態では、上述したカルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末のうちの１種または２種以上の組合せからなる粉末２および硫酸根を含む粉末３を用い、溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃまたは二次精錬スラグ１ｄの安定化処理を行う。
【００６５】
溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃまたは二次精錬スラグ１ｄの安定化処理は、これらスラグにカルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末の１種または２種以上の組合せからなる粉末２および硫酸根を含む粉末３を適量添加した後、機械５を用いて十分混合することにより、これら製鋼スラグ１ａ〜１ｄから溶出したフッ素を固定化して、安定化処理品である土中埋設用材料６を得る処理である。この際、オートクレーブまたは蒸気養生装置９を用いて６０℃以上でオートクレーブ処理または蒸気養生を行うことにより、製鋼スラグ１ａ〜１ｄ中のフッ素を固定化してもよい。
【００６６】
また、製鋼スラグ１、カルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末のうちの１種または２種以上の組合せからなる粉末２、硫酸根を含む粉末３および増容材４を機械５を用いて十分混合することにより、土中埋設用材料６を得るようにしてもよい。この際も、オートクレーブまたは蒸気養生装置９を用いて６０℃以上でオートクレーブ処理または蒸気養生を行うことにより、製鋼スラグ１ａ〜１ｄ中のフッ素を固定化してもよい。
【００６７】
また、溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃまたは二次精錬スラグ１ｄを粉砕し、例えば、混練機や造粒機あるいは混練および造粒の二つの機能をあわせ持つ機械７等を用いて、粉状の製鋼スラグ１とカルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末のうちの１種または２種以上の組合せからなる粉末２と硫酸根を含む粉末３と増容材４とを混練し、所望の形状（例えば円柱状）の造粒物８とすることにより土中埋設用材料６を得る処理である。この際も、オートクレーブまたは蒸気養生装置９を用いて６０℃以上でオートクレーブ処理または蒸気養生を行うことにより、製鋼スラグ１ａ〜１ｄ中のフッ素を固定化してもよい。
【００６８】
この際、増容材４として高炉水砕スラグ粉末を用いることにより、造粒物８が堅固になり、雨水や地下水との接触が造粒物８の表面だけに限定されるため、フッ素の溶出がさらに効果的に抑制されることになり、望ましい。
【００６９】
なお、安定化処理の際に、製鋼スラグ１、カルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末のうちの１種または２種以上の組合せからなる粉末２および硫酸根を含む粉末３と共存させる水は、本実施形態では、転動造粒や撹拌造粒等により凝集造粒現象を生じさせて造粒物８を形成するために用いられる。そのため、造粒物８に求める強度や硬度等に応じて、水とともに適当な溶媒を用いてもよい。このような溶媒としては、デキストリンやリグニン等を例示することができる。
【００７０】
この安定化処理は、フッ素を含む製鋼スラグ１が、製鋼工程における処理炉から排滓されて高温状態にある時に、行われることが、フッ素の固定化効率を高めるためには望ましい。フッ素を含む製鋼スラグ１が製鋼工程における処理炉から排滓されて高温状態にある時に、特に、硫酸根を含む粉末３を添加することにより、製鋼スラグ１の安定化処理において、製鋼スラグ１から連続的に硫酸イオンが供給されることになるため、フッ素の固定化効率を高めるためには、さらに望ましい。
［安定化の作用］
このような安定化処理により、図１に示す溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃ、二次精錬スラグ１ｄにそれぞれ含まれるフッ素が固定化される機構を説明する。
【００７１】
本発明者らは、フッ化水素酸を蒸留水で希釈した溶液を撹拌しながら、高温焼成によって合成したカルシウムアルミネート（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３またはＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）の粉末を石膏粉末と共に添加し、３〜１２時間撹拌して、反応後の粉末について、その鉱物相をＸ線回折法およびＸ線マイクロアナライザーにより同定した。その結果、いずれのカルシウムアルミネート粉末の場合においても、Ｘ線回折法からはエトリンガイト３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏおよびモノサルフェート３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４・ｙＨ_２Ｏ（ｙ＝１２または１４）が主要相として同定され、Ｘ線マイクロアナライザーからはこれらのエトリンガイトおよびモノサルフェート中にフッ素が含有されていることが認められた。
【００７２】
このようにして、カルシウムアルミネートを含有する粉末と石膏粉末による、このようなフッ素の安定化は、下記の反応機構により説明される。例えば、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３粉末が水共存下でフッ素イオンおよび硫酸イオンと反応して３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｃａ［（ＳＯ_４）_１−ｘＦ_２ｘ］・３２Ｈ_２Ｏが生成する場合、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３粉末からカルシウムおよびアルミニウムが溶出してイオンとなる反応式（１）と、石膏が溶解してカルシウムイオンおよび硫酸イオンになる反応式（２）と、カルシウムイオンおよびアルミニウムイオンがフッ素イオンおよび硫酸イオンと反応して３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｃａ［（ＳＯ_４）_１−ｘＦ_２ｘ］・３２Ｈ_２Ｏが生成する反応式（３）が進行する。
【００７３】
３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３＋２Ｈ_２Ｏ→３Ｃａ^２＋＋２ＡｌＯ^２−＋４ＯＨ⁻ ・・・・・・・（１）
ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ→Ｃａ^２＋＋ＳＯ_４ ^２−＋２Ｈ_２Ｏ・・・・・・・・（２）
６Ｃａ^２＋＋２ＡｌＯ^２−＋６ｘＦ⁻＋３（１−ｘ）ＳＯ_４ ^２−＋４ＯＨ⁻＋３０Ｈ_２Ｏ
→ ３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｃａ［（ＳＯ４）_１−ｘＦ_２ｘ］・３２Ｈ_２Ｏ・・・・・（３）
【００７４】
あるいは、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３粉末が直接フッ素イオン、石膏、カルシウムイオンおよび水と反応して３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｃａ［（ＳＯ_４）_１−ｘＦ_２ｘ］・３２Ｈ_２Ｏが生成する反応式（４）が進行する。
【００７５】
３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３＋３（１−ｘ）ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ＋６ｘＦ⁻＋３ｘＣａ^２＋＋（２６＋６ｘ）Ｈ_２Ｏ→
３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｃａ［（ＳＯ_４）_１−ｘＦ_２ｘ］・３２Ｈ_２Ｏ・・・・（４）
【００７６】
一方、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３粉末（またはＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３粉末）が水共存下でフッ素イオンと反応して３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｃａ［（ＳＯ_４）_１−ｘＦ_２ｘ］・３２Ｈ_２Ｏが生成する場合、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３粉末（またはＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３粉末）からカルシウムおよびアルミニウムが溶出してイオンとなる反応式（５）（または（６））と、カルシウムイオンおよびアルミニウムイオンがフッ素イオンおよび硫酸イオンと反応して３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｃａ［（ＳＯ_４）_１−ｘＦ_２ｘ］・３２Ｈ_２Ｏが生成する反応式（３）が進行する。
【００７７】
１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３＋５Ｈ_２Ｏ→１２Ｃａ^２＋＋１４ＡｌＯ^２−＋１０ＯＨ⁻ ・・・・（５）
ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３→Ｃａ^２＋＋２ＡｌＯ^２− ・・・・・・・（６）
【００７８】
本発明によれば、このようにして、カルシウムアルミネートを含む化合物を硫酸根を含む化合物とともに用いて、エトリンガイトおよびモノサルフェートが生成する際にフッ素が捕捉されることにより、フッ素が固定化される。すなわち、合成されたカルシウムアルミネート化合物２ａ、天然に産するカルシウムアルミネート鉱物２ｂおよびカルシウムアルミネートを含む二次精錬スラグ２ｃのうちの１種または２種以上に由来する、カルシウムアルミネートを含む粉末２を、石膏３ａ、硫酸アルミニウム３ｂ、硫酸マグネシウム３ｃ、硫酸ナトリウム３ｄおよび硫酸鉄３ｅの１種または２種以上に由来する、硫酸根を含む化合物とともに固定剤として用いることにより、溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃ、二次精錬スラグ１ｄの安定化処理が行われる。
【００７９】
また、本発明者らは、フッ化水素酸を蒸留水で希釈した溶液を撹拌しながら、高温焼成によって合成したカルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ_２または２ＣａＯ・ＳｉＯ_２）の粉末を石膏粉末と共に添加し、３〜１２時間撹拌して、反応後の粉末について、その鉱物相をＸ線回折法およびＸ線マイクロアナライザーにより同定した。その結果、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２粉末の場合においては、Ｘ線回折法からはＣａ_５［（Ｓｉ、Ｓ）Ｏ_４］_３（ＯＨ、Ｆ）およびＣａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３（ＯＨ、Ｆ）_２が同定され、さらに、硫酸イオンを含まないＣａ_５（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ、Ｆ）_２およびＣａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７（ＯＨ）_６が同定された。Ｘ線マイクロアナライザーからは、Ｃａ_５［（Ｓｉ_１−ｘＳ_ｘ）Ｏ_４］_３（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ、Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］_２、Ｃａ_５（ＳｉＯ_４）_２［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］_２およびＣａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］_６が同定され、さらに、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系ゲル状非晶質化合物が認められた。また、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２粉末の場合においては、Ｘ線回折法からはＣａ_５［（Ｓｉ、Ｓ）Ｏ_４］_３（ＯＨ、Ｆ）が同定され、Ｘ線マイクロアナライザーからは、Ｃａ_５［（Ｓｉ_１−ｘＳ_ｘ）Ｏ_４］_３（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙが同定され、さらに、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系ゲル状非晶質化合物が認められた。
【００８０】
このようにして、カルシウムシリケートを含有する粉末と石膏粉末による、このようなフッ素の安定化は、下記の反応機構により説明される。例えば、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２粉末が水共存下でフッ素イオンおよび硫酸イオンと反応してＣａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］_２が生成する場合、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２粉末からカルシウムおよびシリコンが溶出してイオンとなる反応式（７）と、石膏が溶解してカルシウムイオンおよび硫酸イオンになる反応式（２）と、カルシウムイオンおよびシリコンイオンがフッ素イオンおよび硫酸イオンと反応してＣａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］_２が生成する反応式（８）が進行する。
【００８１】
３ＣａＯ・ＳｉＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ→３Ｃａ^２＋＋ＳｉＯ_３ ^２−＋４ＯＨ⁻ ・・・・・・・（７）
１０Ｃａ^２＋＋３ＳｉＯ_３ ^２−＋３ＳＯ_４ ^２−＋２ｙＦ⁻＋（８−２ｙ）ＯＨ⁻→
Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］２＋３Ｈ_２Ｏ・・・・・（８）
【００８２】
２ＣａＯ・ＳｉＯ_２粉末が水共存下でフッ素イオンおよび硫酸イオンと反応してＣａ_５［（Ｓｉ_１−ｘＳ_ｘ）Ｏ_４］_３（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙが生成する場合、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２粉末からカルシウムおよびシリコンが溶出してイオンとなる反応式（９）と、石膏が溶解してカルシウムイオンおよび硫酸イオンになる反応式（２）と、カルシウムイオンおよびシリコンイオンがフッ素イオンおよび硫酸イオンと反応してＣａ_５［（Ｓｉ_１−ｘＳ_ｘ）Ｏ_４］_３（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙが生成する反応が進行する。
【００８３】
２ＣａＯ・ＳｉＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→２Ｃａ^２＋＋ＳｉＯ_３ ^２−＋２ＯＨ⁻ ・・・・・・・・（９）
【００８４】
本発明によれば、このようにして、カルシウムシリケートを含む化合物を硫酸根を含む化合物とともに用いて、Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］_２、Ｃａ_５［（Ｓｉ_１−ｘＳ_ｘ）Ｏ_４］_３（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ等のＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系化合物が生成する際にフッ素が捕捉されることにより、フッ素が固定化される。また、硫酸イオンが関与しない反応による反応生成物であるＣａ_５（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ、Ｆ）_２およびＣａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７（ＯＨ）_６等のＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系化合物が生成する際にフッ素が捕捉されることにより、フッ素が固定化される。すなわち、合成されたカルシウムシリケート化合物２ａ’、天然に産するカルシウムシリケート鉱物２ｂ’およびカルシウムシリケートを含む脱珪スラグ２ｃ’の１種または２種以上に由来する、カルシウムシリケートを含む粉末２’を、石膏３ａ、硫酸アルミニウム３ｂ、硫酸マグネシウム３ｃ、硫酸ナトリウム３ｄおよび硫酸鉄３ｅの１種または２種以上に由来する、硫酸根を含む化合物とともに固定剤として用いることにより、溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃ、二次精錬スラグ１ｄの安定化処理が行われる。
【００８５】
また、本発明者らは、フッ化水素酸を蒸留水で希釈した溶液を撹拌しながら、高温焼成によって合成したカルシウムアルミニウムシリケート（２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ３・ＳｉＯ_２）の粉末を石膏粉末と共に添加し、３〜１２時間撹拌して、反応後の粉末について、その鉱物相をＸ線回折法およびＸ線マイクロアナライザーにより同定した。その結果、エトリンガイト、モノサルフェート、Ｃａ_５［（Ｓｉ、Ｓ）Ｏ_４］_３（ＯＨ、Ｆ）、Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３（ＯＨ、Ｆ）_２、Ｃａ_５（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ、Ｆ）_２およびＣａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７（ＯＨ、Ｆ）_６等のＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物およびゲル状ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系非晶質化合物、Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_６（ＯＨ、Ｆ）_２等のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物が同定された。
【００８６】
カルシウムアルミニウムシリケートを含有する粉末と石膏粉末による、このようなフッ素の安定化は、前記のカルシウムアルミネートと石膏粉末によるフッ素の安定化における反応機構、および、前記のカルシウムシリケートと石膏粉末によるフッ素の安定化における反応機構により説明される。
【００８７】
本発明によれば、このようにして、カルシウムアルミニウムシリケートを含む化合物を硫酸根を含む化合物とともに用いて、エトリンガイト、モノサルフェート、および、Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］_２、Ｃａ_５［（Ｓｉ_１−ｘＳ_ｘ）Ｏ_４］_３（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ等のＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系化合物が生成する際にフッ素が捕捉されることにより、フッ素が固定化される。また、硫酸イオンが関与しない反応による反応生成物であるＣａ_５（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ、Ｆ）_２およびＣａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７（ＯＨ）_６等のＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系化合物、Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_６（ＯＨ、Ｆ）_２等のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物が生成する際にフッ素が捕捉されることにより、フッ素が固定化される。すなわち、合成されたカルシウムアルミニウムシリケート化合物２ａ’’、天然に産するカルシウムアルミニウムシリケート鉱物２ｂ’’およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む二次精錬スラグ２ｃ’’のうちの１種または２種以上に由来する、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末２’’を、石膏３ａ、硫酸アルミニウム３ｂ、硫酸マグネシウム３ｃ、硫酸ナトリウム３ｄおよび硫酸鉄３ｅの１種または２種以上に由来する、硫酸根を含む化合物とともに固定剤として用いることにより、溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃ、二次精錬スラグ１ｄの安定化処理が行われる。
【００８８】
このようにして得られた土中埋設用材料である安定化処理物６は、いずれも、水質および地下水環境基準値である「フッ素溶出量：０．８ｍｇ／Ｌ以下」を十分に満足するため、路盤材や埋め戻し材等として土木現場において、環境汚染を確実に防止しながら、長期間にわたって有効に用いることができる。
【００８９】
このように、本実施形態によれば、溶銑予備処理スラグ１ａ、転炉スラグ１ｂ、電気炉スラグ１ｃ、二次精錬スラグ１ｄといった、フッ素を含む製鋼スラグを、確実に安定化処理することができる。また、この処理に際して、低コストの二次精錬スラグまたは脱珪スラグ２ｃを用いることもできる。従って、二次精錬スラグまたは脱珪スラグ２ｃを用いる場合には、処理コストの低減が可能となる。
【００９０】
また、安定化に用いるカルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末の１種または２種以上の組合せからなる粉末２は、製鋼スラグ１に含まれるフッ素および硫酸根を含む粉末３からもたらされる硫酸イオンと効果的に反応するため、粉末２の使用量の増加も抑制される。そのため、この面からも、処理コストの低減が可能となる。
【００９１】
【実施例】
さらに、実施例により本発明の効果を例証する。なお、以降の各実施例の説明では、溶出するフッ素の処理基準値を０．８ｍｇ／Ｌ以下に想定した場合を、例にとる。
【００９２】
（実施例１）
スラグヤードで採取された溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、および、二次精錬スラグの化学組成を表１に示す。
【００９３】
【表１】

【００９４】
これらの各スラグについて、平成３年環境庁告示第４６号で規定された溶出試験を行った。フッ素の溶出量と、水質および地下水環境基準値とを対比して表２に示す。
【００９５】
【表２】

【００９６】
表２に示す結果から、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、二次精錬スラグＡ（塊状）および二次精錬スラグＢ（粉状）のいずれも、フッ素の溶出量が水質および地下水環境基準の規制値を大幅に超えるため、フッ素の固定化処理を行う必要があることが明らかであった。
【００９７】
一方、ＳｉＯ_２濃度および全鉄濃度が低い二次精錬スラグＣ（塊状）からのフッ素溶出量は、水質および地下水環境基準の規制値以下であることから、特願平１１−１４８５６９号により提案した発明におけるように、このＳｉＯ_２濃度および全鉄濃度が低い二次精錬スラグＣを製鋼スラグの安定化剤に用いることができる。
【００９８】
これらの製鋼スラグのうち、溶銑予備処理スラグ１００質量部に対して、粒度が２ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．１ｍｍ以下のＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３合成品、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３合成品または３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３合成品の粉末を５０質量部、石膏粉末を２０質量部添加した。
【００９９】
得られた処理品について、平成３年環境庁告示第４６号で規定された溶出試験を行った。溶出液中のフッ素濃度（ｍｇ／Ｌ）と、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３合成品、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３合成品または３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３合成品の粒度（ｍｍ）との関係を図２にグラフで示す。
【０１００】
図２に示すグラフから、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３合成品、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３合成品または３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３合成品の粒度が２ｍｍ以下であれば、溶出液中のフッ素濃度は、水質および地下水環境基準値である０．８ｍｇ／Ｌを下回ることがわかる。また、溶出試験後の溶出液をろ過し、溶出液中に懸濁していた粒子を回収して、その鉱物相をＸ線回折法により同定した結果、多量のエトリンガイト３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏおよび少量のモノサルフェート３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４・ｙＨ_２Ｏ（ｙ＝１２または１４）が存在することが認められた。
【０１０１】
（実施例２）
溶銑予備処理スラグ１００質量部に対して、石膏２０質量部と、粒度が０．１ｍｍ以下の二次精錬スラグＣの粉末、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２合成品の粉末、または、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２合成品の粉末を５〜８０質量部添加した。
【０１０２】
得られた処理品について、平成３年環境庁告示第４６号で規定された溶出試験を行った。二次精錬スラグＣの粉末、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２合成品の粉末、または、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２合成品の粉末の質量と、溶出液中のフッ素濃度との関係を図３にグラフで示す。
【０１０３】
図３に示すグラフから、溶銑予備処理スラグ１００質量部に対して、二次精錬スラグＣの粉末、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２合成品の粉末、または、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２合成品の粉末を２０〜８０質量部添加すれば、溶出液中のフッ素濃度は、水質および地下水環境基準値である０．８ｍｇ／Ｌを下回ることがわかる。
【０１０４】
また、溶出試験後の溶出液をろ過し、溶出液中に懸濁していた粒子を回収して、その鉱物相をＸ線回折法により同定した結果、二次精錬スラグＣを用いた場合にはエトリンガイト３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３ＣａＳＯ_４・３２Ｈ_２Ｏおよび少量のモノサルフェート３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＣａＳＯ_４・ｙＨ_２Ｏ（ｙ＝１２または１４）が存在することが認められた。３ＣａＯ・ＳｉＯ_２合成品の場合には、Ｘ線回折法からはＣａ_５［（Ｓｉ、Ｓ）Ｏ_４］_３（ＯＨ、Ｆ）およびＣａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３（ＯＨ、Ｆ）_２、Ｃａ_５（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ、Ｆ）_２およびＣａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７（ＯＨ）_６が同定され、Ｘ線マイクロアナライザーからはＣａ_５［（Ｓｉ_１−ｘＳ_ｘ）Ｏ_４］_３（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ、Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］_２、Ｃａ_５（ＳｉＯ_４）_２［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］_２、Ｃａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７［（ＯＨ）_１−ｙＦ_ｙ］_６、および、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｓ−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系ゲル状非晶質化合物が認められた。２ＣａＯ・ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３合成品の場合には、Ｘ線回折法およびＸ線マイクロアナライザーにより、エトリンガイト、モノサルフェート、Ｃａ_５［（Ｓｉ、Ｓ）Ｏ_４］_３（ＯＨ、Ｆ）、Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３（ＯＨ、Ｆ）_２、Ｃａ_５（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ、Ｆ）_２およびＣａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７（ＯＨ、Ｆ）_６等のＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物およびゲル状ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系非晶質化合物、Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_６（ＯＨ、Ｆ）_２等のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物が同定された。
【０１０５】
（実施例３）
溶銑予備処理スラグ１００質量部または転炉スラグ１００質量部に対して、粒度が０．５ｍｍ以下の二次精錬スラグＡ（塊状）、二次精錬スラグＢ（粉状）および二次精錬スラグＣ（塊状）を５０質量部、石膏粉末を２０質量部添加した。得られた処理品について、平成３年環境庁告示第４６号で規定された溶出試験を行った。各試験における溶出液中のフッ素濃度を表３に示す。
【０１０６】
【表３】

【０１０７】
いずれの二次精錬スラグを用いた場合も、溶出液中のフッ素濃度は、水質および地下水環境基準値である０．８ｍｇ／Ｌを下回ることがわかる。特に、表２においてフッ素溶出量が水質および地下水環境基準値を上回っていた二次精錬スラグＡおよび二次精錬スラグＢについて、これらを石膏と混合することにより、製鋼スラグ中のフッ素の安定化剤として用いることができる。また、溶出試験後の溶出液をろ過し、溶出液中に懸濁していた粒子を回収して、その鉱物相をＸ線回折法およびＸ線マイクロアナライザーにより同定した。その結果、二次精錬スラグＡを用いた場合にはエトリンガイト３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｃａ（ＳＯ_４、Ｆ）・３２Ｈ_２Ｏ、Ｃａ_６Ｆｅ_２（ＳＯ_４、Ｆ）３（ＯＨ）_１２・ｘＨ_２Ｏおよび少量のモノサルフェート３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｃａ（ＳＯ_４、Ｆ）・ｙＨ_２Ｏ（ｙ＝１２または１４）が存在することが認められた。二次精錬スラグＢを用いた場合には、エトリンガイト、モノサルフェート、Ｃａ_５［（Ｓｉ、Ｓ）Ｏ_４］_３（ＯＨ、Ｆ）、Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３（ＯＨ、Ｆ）_２、Ｃａ_５（ＳｉＯ_４）_２（ＯＨ、Ｆ）_２およびＣａ_６Ｓｉ_２Ｏ_７（ＯＨ、Ｆ）_６等のＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物およびゲル状ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系非晶質化合物、Ｃａ_２Ａｌ_２ＳｉＯ_６（ＯＨ、Ｆ）_２等のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ系化合物が認められた。二次精錬スラグＣを用いた場合には、実施例２でも述べたように、エトリンガイトおよびモノサルフェートが存在することが認められた。
【０１０８】
（実施例４）
溶銑予備処理スラグ１００質量部に対して、粒度が０．１ｍｍ以下の二次精錬スラグＢを５０質量部、石膏粉末または硫酸マグネシウム粉末または硫酸ナトリウム粉末を０〜８０質量部添加した。得られた処理品について、平成３年環境庁告示第４６号で規定された溶出試験を行った。溶出液中のフッ素濃度と石膏添加量との関係を図４にグラフで示す。
【０１０９】
図４に示すグラフから、石膏粉末または硫酸マグネシウム粉末または硫酸ナトリウム粉末の添加量が１０〜８０質量部であれば、溶出液中のフッ素濃度は、水質および地下水環境基準値である０．８ｍｇ／Ｌを下回ることがわかる。また、石膏粉末または硫酸マグネシウム粉末または硫酸ナトリウム粉末を５０質量部以上添加しても、その効果は飽和している。これらのことから、石膏粉末または硫酸マグネシウム粉末または硫酸ナトリウム粉末の添加量は１０〜５０質量部で十分である。二次精錬スラグＢの５０質量部に対して、石膏粉末または硫酸マグネシウム粉末または硫酸ナトリウム粉末を１０〜５０質量部添加することは、二次精錬スラグＢの１００質量部に対して、石膏粉末または硫酸マグネシウム粉末または硫酸ナトリウム粉末を２０〜１００質量部添加することに等しい。
【０１１０】
（実施例５）
溶銑予備処理スラグの１００質量部に対して、粒度が０．１ｍｍ以下の二次精錬スラグＢまたは二次精錬スラグＣを２５質量部、石膏を１５質量部添加し、さらに、徐冷高炉スラグ、高炉水砕スラグ、コンクリート屑または石炭灰を０〜９００質量部添加した。得られた処理品について、平成３年環境庁告示第４６号で規定された溶出試験を行った。溶出液中のフッ素濃度を表４に示す。
【０１１１】
【表４】

【０１１２】
表４に示す結果から、溶銑予備処理スラグに石膏のみまたは徐冷高炉スラグのみを添加することによりフッ素溶出量は低下するが、水質および地下水の環境基準値（０．８ｍｇ／Ｌ以下）を下回ることはできない。このフッ素濃度の低減は、石膏のみを添加した場合、溶液中のカルシウムイオン濃度が極めて高くなってＣａＦ_２が析出するとともに、石膏から供給されたカルシウムイオンおよび硫酸イオンが、溶銑予備処理スラグから供給されたカルシウムイオンおよびシリコンイオンと反応し、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系化合物が生成したことによるものである。また、高炉スラグのみを添加した場合、溶出液中でフッ素イオンが高炉スラグから供給されたカルシウムイオンおよびシリコンイオンと反応し、ＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系化合物が生成したことによるものである。
【０１１３】
しかし、二次精錬スラグＢに石膏を添加し、さらに徐冷高炉スラグ、高炉水砕スラグ、コンクリート屑または石炭灰を添加する場合、二次精錬スラグＢから供給されたカルシウムイオン、アルミニウムイオンおよびシリコンイオンが、石膏から供給された硫酸イオンと反応してエトリンガイト３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｃａ（ＳＯ_４、Ｆ）・３２Ｈ_２Ｏ、少量のモノサルフェート３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｃａ（ＳＯ_４、Ｆ）・ｙＨ_２Ｏ（ｙ＝１２または１４）、Ｃａ_５［（Ｓｉ、Ｓ）Ｏ_４］_３（ＯＨ、Ｆ）、Ｃａ_１０（ＳｉＯ_４）_３（ＳＯ_４）_３（ＯＨ、Ｆ）_２が生成し、フッ素イオンを固定化する。また、二次精錬スラグＣに石膏を添加し、さらに徐冷高炉スラグ、高炉水砕スラグ、コンクリート屑または石炭灰を添加すると、二次精錬スラグＣから供給されたカルシウムイオンとアルミニウムイオンが、石膏から供給された硫酸イオンと反応してエトリンガイトおよびモノサルフェート等が生成し、フッ素イオンを固定化する。
【０１１４】
これら硫酸イオンを含む反応生成物のフッ素固定化効果は、溶液中で同時に生成するＣａＯ−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系化合物およびＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｈ_２Ｏ−Ｆ系化合物のフッ素固定化効果より著しく大きいため、結果的に高炉スラグはフッ素の固定化にわずかしか寄与せず、むしろ増容材の役割を果たすことになる。いずれの配合においても溶出液中のフッ素濃度は、水質および地下水の環境基準値（０．８ｍｇ／Ｌ以下）を下回ることがわかる。
【０１１５】
（実施例６）
転炉を用いた溶銑予備処理の後に、予め粒度が１０ｍｍ以下の二次精錬スラグＣを２５質量部、石膏を１５質量部装入しておいたスラグ鍋に、１３００〜１３５０℃の溶銑予備処理スラグ１００質量部を転炉から排滓した。また、二次精錬スラグを添加せずに、石膏のみを１５質量部装入しておいたスラグ鍋に、１３００〜１３５０℃の溶銑予備処理スラグ１００質量部を転炉から排滓する実験も行った。得られた処理品について、平成３年環境庁告示第４６号で規定された溶出試験を行った。溶出液中のフッ素濃度を表５に示す。
【０１１６】
【表５】

【０１１７】
表５において、１５質量部の石膏が添加されることにより、溶出液中のフッ素濃度は、水質および地下水の環境基準値（０．８ｍｇ／Ｌ以下）を下回ることがわかる。硫酸カルシウムは融点降下剤の役目も果たし、フッ素を含む製鋼スラグが製鋼工程における処理炉から排滓されて高温状態にある時に、カルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末およびカルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末のうちの１種または２種以上の組合せからなる粉末と、硫酸根を含む粉末を添加することにより、製鋼スラグの融体化が促進され、製鋼スラグ中にフッ素固定剤成分および硫酸成分がほぼ均一に含まれることになる。また、フッ素を含む製鋼スラグが製鋼工程における処理炉から排滓されて高温状態にある時に、硫酸根を含む粉末のみを添加することによっても、製鋼スラグ中に硫酸成分がほぼ均一に含まれることになる。このため、製鋼スラグの安定化処理において、製鋼スラグから連続的に硫酸イオンが供給されて、フッ素の固定化効率が高まることになる。
【０１１８】
（実施例７）
予め石膏を５〜１５質量部装入しておいたスラグ鍋に、１４００〜１４５０℃の二次精錬スラグＢの１００質量部を排滓した。得られた処理品を２ｍｍ以下に粉砕し、その３０質量部を溶銑予備処理スラグ１００質量部と混合した後、平成３年環境庁告示第４６号で規定された溶出試験を行った。溶出液中のフッ素濃度を表６に示す。
【０１１９】
【表６】

【０１２０】
表６において、二次精錬スラグに５〜１５質量部の石膏が添加されることにより、溶出液中のフッ素濃度は、水質および地下水の環境基準値（０．８ｍｇ／Ｌ以下）を下回ることがわかる。硫酸カルシウムは融点降下剤の役目も果たし、フッ素を含む製鋼スラグが製鋼工程における処理炉から排滓されて高温状態にある時に、石膏を添加することにより、二次精錬スラグの融体化が促進される。その結果、二次精錬スラグ中に硫酸成分がほぼ均一に含まれることになる。このため、これを溶銑予備処理スラグと混合することにより、二次精錬スラグから連続的に硫酸イオンが供給されて、溶銑予備処理スラグから溶出したフッ素の固定化効率が高まることになる。
【０１２１】
（実施例８）
溶銑予備処理スラグ、電気炉スラグ、または転炉スラグの１００重量部に対して、粒度が０．１ｍｍ以下の二次精錬スラグＢまたは脱珪スラグを３５重量部、石膏を１５重量部添加し、さらに、徐冷高炉スラグを０〜９００重量部添加した。これらを配合した後、適量の水を加えてさらに混合してから６０℃（エアバス中）、８０℃（エアバス中）、１２０℃（オートクレーブ中）で３時間または６時間養生した。また、粒度が２ｍｍ以下の分状二次精錬スラグＢの１００重量部に対して、石膏を１５重量部添加し、さらに、徐冷高炉スラグを０〜９００重量部添加した。適量の水を加えて混練してから円柱状に圧粉成型し、６０℃（エアバス中）、８０℃（エアバス中）、１２０℃（オートクレーブ中）で３時間養生した。得られた処理品について、平成３年環境庁告示第４６号で規定された溶出試験を行った。各試験における溶出液中のフッ素濃度を表７に示す。
【０１２２】
【表７】

【０１２３】
表７において、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、または電気炉スラグに二次精錬スラグおよび石膏を添加し、適量の水を加えてさらに混合してから６０℃以上で養生することにより、溶出液中のフッ素濃度は、水質および地下水の環境基準値（０．８ｍｇ／Ｌ以下）を下回ることがわかる。また、二次精錬スラグに石膏を添加し、適量の水を加えてさらに混合してから６０℃以上で養生することによっても、溶出液中のフッ素濃度は０．８ｍｇ／Ｌ以下を下回ることがわかる。これらの処理において、徐冷高炉スラグ等の増容材を加えることによって、溶出液中のフッ素濃度はさらに低下させることができる。
【０１２４】
以上の実施例１〜実施例８より、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、５ＣａＯ・３Ａｌ_２Ｏ_３、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３、９ＣａＯ・５Ａｌ_２Ｏ_３、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３等のカルシウムアルミネート化合物、ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・２ＳｉＯ_２、８ＣａＯ・５ＳｉＯ_２、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２等のカルシウムシリケート化合物、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２、Ｃａ_１．８２Ａｌ_３．６４Ｓｉ_０．３６Ｏ_８、２ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２等のカルシウムアルミニウムシリケート化合物、および、これらの混合物の合成品、水和物、二次精錬スラグ、脱珪スラグの１種または２種以上を組み合わせて、石膏粉末または硫酸マグネシウム粉末または硫酸ナトリウムと混合し、その混合物を固定剤として用いることにより、溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグさらには二次精錬スラグからのフッ素溶出を確実に抑制できることがわかる。さらに、徐冷高炉スラグ、高炉水砕スラグ、コンクリート屑、および、石炭灰の１種または２種以上を組合せたものを増容材として用いることが可能であることがわかる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、製鋼工程で不可避的に発生する溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、二次精錬スラグといった、フッ素を含む製鋼スラグを、確実に安定化処理することができる。また、この処理に際して、低コストの二次精錬スラグまたは脱珪スラグを用いることもできるため、処理コストの上昇も確実に抑制できる。さらに、コンクリート屑および石炭灰等の産業廃棄物を用いることも可能であり、産業廃棄物の再資源化の面からも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】製鋼スラグについて、本発明を実施する形態の安定化処理法を模式的に示す説明図である。
【図２】実施例１において、溶出液中のフッ素濃度と、ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３合成品、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３合成品、あるいは３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３合成品の粒度との関係を示す図である。
【図３】実施例２において、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２合成品、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２・Ａｌ_２Ｏ_３合成品、あるいは、二次精錬スラグＣの質量と、溶出液中のフッ素濃度との関係を示す図である。
【図４】実施例４において、石膏、硫酸マグネシウム、または硫酸ナトリウムの質量と、溶出液中のフッ素濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１：製鋼スラグ
１ａ：溶銑予備処理スラグ
１ｂ：転炉スラグ
１ｃ：電気炉スラグ
１ｄ：二次精錬スラグ
２：カルシウムアルミネートを含む粉末、カルシウムシリケートを含む粉末、カルシウムアルミニウムシリケートを含む粉末の１種または２種以上の組合せからなる粉末
２ａ：カルシウムアルミネート、カルシウムシリケート、カルシウムアルミニウムシリケートの合成品およびその水和物
２ｂ：天然鉱石
２ｃ：二次精錬スラグまたは脱珪スラグ
３：硫酸根を含む粉末
３ａ：石膏
３ｂ：硫酸アルミニウム
３ｃ：硫酸マグネシウム
３ｄ：硫酸ナトリウム
３ｅ：硫酸鉄
４：増容材
４ａ：徐冷高炉スラグ
４ｂ：高炉水砕スラグ
４ｃ：コンクリート屑
４ｄ：石炭灰
５：混合装置
６：安定化処理品（土中埋設用材料）
７：混練および造粒の二つの機能をあわせ持つ機械
８：造粒物
９：オートクレーブ装置または蒸気養生装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a technology for stabilizing industrial waste containing fluorine. More specifically, the present invention inevitably occurs in the steel making process.Industrial waste, fluorine-containing hot metal pretreatment slag or secondary refining slagIt relates to the stabilization processing technology.
[0002]
[Prior art]
  As is well known, various steelmaking slags such as hot metal pretreatment slag, converter slag, electric furnace slag, and secondary refining slag are inevitably generated in the steelmaking process. The total amount of steelmaking slag emissions in Japan reached, for example, about 10 million tons in 1997, of which about 5.7 million tons were used as industrial waste for civil works and landfills.
[0003]
  By the way, in these steelmaking slags, in order to improve the fluidity by lowering the melting point of the slag and improving the reactivity between the slag and the molten steel in the steelmaking process, the meteorite CaF is generally used.₂Is added. For this reason, fluorine is unavoidably contained in the steelmaking slag.
[0004]
  In recent years, it has been found that ingestion of a large amount of this fluorine over a long period of time causes various disorders such as dental fluorosis, osteofluorosis, and movement disorder fluorosis. For this reason, fluorine is designated as one of the water quality and groundwater environmental standard items in Japan. For this reason, as described above, when steelmaking slag generated in large quantities is used for civil engineering work and landfilling, there is a risk of environmental pollution caused by the elution of fluorine from the steelmaking slag. It is necessary to perform suppression treatment and pay sufficient attention to fluorine elution.
[0005]
  However, since the final standards for final disposal of industrial waste in Japan did not establish a regulation value for the amount of fluorine elution for landfilled products, the method for suppressing fluorine elution from industrial waste including steelmaking slag Until was not considered at all.
[0006]
  Although not intended to suppress fluorine elution from steelmaking slag, until now, as a method of removing fluorine contained in a high concentration in the solution, by adding lime to this solution, stable calcium fluoride A technique for immobilizing fluorine by precipitating is known.
[0007]
  A technique for immobilizing fluorine by adsorbing fluorine ions to activated alumina particles is also known.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
  However, according to these technologies, although it is possible to fix fluorine at the laboratory level and fall below the wastewater environment standard value of the Water Pollution Control Law, as described above, it is difficult to produce industrial waste such as steelmaking slag generated in large quantities. It is difficult to sufficiently fix the contained fluorine on an industrial scale and prevent the occurrence of environmental pollution.
[0009]
  Therefore, the inventors previously used Japanese Patent Application No. 10-339500 to use a powder containing calcium aluminate, which is a compound containing calcium and aluminum, as a stabilizer, and to stabilize the steelmaking slag containing fluorine. Proposed invention to do. Briefly, the present invention provides a steelmaking slag containing fluorine in the presence of water in the presence of 3CaO · Al.₂O₃And 12CaO · 7Al₂O₃When calcium aluminate powder such as slag is added as a stabilizer, the elution of fluorine from the steelmaking slag is suppressed by utilizing the fact that a sparingly soluble compound containing fluorine is generated in the solution.
[0010]
  Further, the inventors of the present invention previously prepared by Japanese Patent Application No. 11-148568 are powders containing calcium aluminate used as a stabilizer in the invention proposed in Japanese Patent Application No. 10-339500, comprising secondary refining slag. In order to substitute by powder, the invention which tempered secondary refining slag was proposed. Briefly, the present invention describes the composition of secondary refining slag as SiO₂Concentration: 10% or less (in this specification, “%” means “mass%” unless otherwise specified), total iron concentration: 3% or less, Al₂O₃Concentration: 3CaO · Al by adjusting to 30-55%₂O₃And 12CaO · 7Al₂O₃It suppresses fluorine elution from steelmaking slag with the same action as calcium aluminate powder.
[0011]
  However, as a result of further earnest studies by the present inventors, in the steelmaking process, secondary refining slag that can have such a composition is a limited amount of the total amount of secondary refining slag obtained, Rather, SiO₂Concentration: 10% or more, Total iron concentration: 3% or less, Al₂O₃Concentration: It was found that a large amount of secondary refining slag having a composition of 25 to 35% was produced. For this reason, on the current industrial scale, it is difficult to substitute the powder containing calcium aluminate with the powder made of secondary smelting slag.₂Secondary refining slag with high concentration could not be used to suppress fluorine elution from steelmaking slag.
[0012]
  Here, the object of the present invention is inevitably generated in the steelmaking process, for example, hot metal pretreatment slagOrSecondary refining slag,It is to provide a stabilization treatment technology for industrial waste containing fluorine.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  Here, the present invention uses a mixture of a powder containing calcium aluminum silicate and a powder containing sulfate radical as a fluorine fixing agent,Hot metal pretreatment slag or secondary refining slag containing fluorine, which is an industrial waste generated in the steelmaking processIt is the stabilization processing method of the industrial waste containing fluorine characterized by performing the stabilization processing of this. In this stabilization method for industrial waste containing fluorine according to the present invention, CaO-SiO₂-Al₂O₃-H₂An OS compound is produced, and this reaction product is used as a fluorine fixing agent.
[0014]
  Further, in the method for stabilizing industrial waste containing fluorine according to the present invention, the powder containing calcium aluminum silicate is composed of a synthesized calcium aluminum silicate compound, a naturally occurring calcium aluminum silicate mineral and calcium aluminum silicate. It is exemplified that the secondary refining slag is comprised of one or a combination of two or more.
[0015]
  Moreover, in these industrial waste stabilization treatment methods containing fluorine according to the present invention, the powder containing sulfate radical is one or more of gypsum, aluminum sulfate, magnesium sulfate, sodium sulfate and iron sulfate. It is illustrated that it consists of these combinations.
[0016]
  In addition, in the stabilization method for industrial waste containing fluorine according to the present invention, the average particle size of the powder containing calcium aluminum silicate is 2 mm or less in order to reliably stabilize the fluorine. ,desirable. On the other hand, since the powder containing a sulfate group is rapidly dissolved in water, the size of the powder containing a sulfate group is not limited.
[0018]
  Further, in the stabilization method for industrial waste containing fluorine according to the present invention, fluorine is contained.Hot metal pretreatment slag or secondary refining slagAddition of 20 to 80 parts by mass of powder containing calcium aluminum silicate and addition of 10 to 80 parts by mass of powder containing sulfate radicals to 100 parts by mass ensures stabilization of fluorine and processing costs. It is desirable to suppress the rise of
[0019]
  Further, in these industrial waste stabilization treatment methods containing fluorine according to the present invention, the stabilization treatment includes fluorine.Hot metal pretreatment slag or secondary refining slagIt is exemplified that the reaction is performed by reacting a powder containing calcium aluminum silicate and a powder containing sulfate radical in the presence of water. Moreover, in the stabilization treatment method of industrial waste containing fluorine according to the present invention, the stabilization treatment is performed by heating and pressurizing to 60 ° C. or higher by performing autoclave treatment or steam curing in the presence of water. Is desirable in order to ensure the stabilization of the fluorine.
[0020]
  Including these fluorines according to the present inventionIndustrial wasteIn the stabilization treatment method, the stabilization treatment contains fluorine.Hot metal pretreatment slag or secondary refining slagIt is desirable to increase the fluorine immobilization efficiency when it is discharged from the processing furnace in the steelmaking process and is in a high temperature state. Also contains fluorineHot metal pretreatment slag or secondary refining slagIs exhausted from the processing furnace in the steelmaking process, especially when a powder containing sulfate radicals is added, sulfate ions are continuously supplied from the steelmaking slag in the stabilization process of the steelmaking slag. Therefore, it is further desirable to increase the efficiency of immobilizing fluorine.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a situation in which the steelmaking slags 1a to 1d, which are industrial waste containing fluorine, are subjected to the stabilization treatment by the stabilization treatment method of the present embodiment.
[0025]
  In the present embodiment shown in the figure, a synthesized calcium aluminate compound, calcium silicate compound or calcium aluminum silicate compound 2a, a naturally occurring calcium aluminate mineral, calcium silicate mineral or calcium aluminate silicate mineral 2b, and calcium Powder 2 containing calcium aluminate, calcium silicate or calcium aluminum silicate derived from one or more of secondary refining slag containing aluminate or calcium aluminum silicate compound or desiliconized slag 2c containing calcium silicate, and gypsum 3a, aluminum sulfate 3b, magnesium sulfate 3c, sodium sulfate 3d and iron sulfate 3e derived from one or more of powder 3 containing sulfate radical Used as fixative, it is performed stabilization steelmaking slag 1a~1d containing fluorine.
[0026]
  In addition, steelmaking slag 1a to 1d containing fluorine, calcium aluminate, powder 2a to 2c containing calcium silicate or calcium aluminum silicate, powder 3a to 3e containing sulfate radical, slow-cooled blast furnace slag 4a, granulated blast furnace slag 4b, A bulking material 4 derived from one or more of concrete waste 4c and coal ash 4d is added as a material 7 for embedding in soil.
[0027]
  Therefore, in the following description, the steelmaking slag 1, calcium aluminate, calcium silicate or powder 2 containing calcium aluminum silicate, powder 3 containing sulfate radical, bulking agent 4, and stabilization treatment will be described sequentially.
[Steel slag 1]
  The steelmaking slag 1 subjected to stabilization treatment in the present embodiment is a hot metal pretreatment slag 1a containing fluorine, a converter slag 1b containing fluorine, an electric furnace slag 1c containing fluorine, and a total iron concentration containing fluorine shown in FIG. It is at least one of secondary refining slag 1d having a high height.
[0028]
  In the present invention, the form of the steelmaking process in which the steelmaking slag 1 is generated does not require any limitation. As such a steelmaking slag 1, for example, (1) hot metal pretreatment slag 1a generated by a torpedo, hot metal ladle or converter, (2) a converter generated by top blowing operation, bottom blowing operation or top and bottom blowing operation Examples include slag 1b, (3) electric furnace slag 1c generated by high-frequency heating or arc heating, and (4) secondary refining slag 1d generated by high-frequency heating or arc heating.
[0029]
  As a matter of course, the composition of the steelmaking slag 1 varies depending on various factors such as an operation method and a molten steel composition. However, the hot metal pretreatment slag 1a, the converter slag 1b, the electric furnace slag 1c, and the secondary refining slag 1d all contain fluorine. For example, the hot metal pretreatment slag 1a contains 0.1 to 7.8% fluorine, the converter slag 1b contains 0.2 to 3.8% fluorine, and the electric furnace slag 1c contains 0.7 to 9.2%. The secondary refining slag 1d contains 0.1 to 6.4% of fluorine.
[0030]
  These fluorine contained in the steelmaking slag is, for example, CaF in each of the steelmaking slags 1a to 1d.₂, Ca₅F (PO₄)₃3CaO · 2SiO₂・ CaF₂, (2CaO · SiO₂)₂・ CaF₂, (3CaO · SiO₂)₃・ CaF₂Or 11CaO · 7Al₂O₃・ CaF₂Which mineral phase is present varies depending on various factors such as slag composition, operation method and slag cooling conditions.
[0031]
  2CaO · SiO₂3CaO · SiO₂2CaO · SiO₂・ Al₂O₃2CaO ・ TiO₂Or 12CaO · 7Al₂O₃In each of the mineral phases, 0.5 to 12% of fluorine is contained.
[Powder 2 containing calcium aluminate]
  In the present invention, as powder 2 containing calcium aluminate, one or more of synthesized calcium aluminate compound 2a, naturally produced aluminate mineral 2b and secondary refining slag 2c containing calcium aluminate Powder 2 derived from is used.
[0032]
  In the present invention, “calcium aluminate” means, for example, CaO · Al₂O₃5CaO.3Al₂O₃, 12CaO · 7Al₂O₃, 9CaO · 5Al₂O₃2CaO · Al₂O₃3CaO · Al₂O₃Or a mixture thereof, or a hydrate thereof.
[0033]
  As the synthesized calcium aluminate compound 2a, for example, CaO · Al₂O₃5CaO.3Al₂O₃, 12CaO · 7Al₂O₃, 9CaO · 5Al₂O₃2CaO · Al₂O₃3CaO · Al₂O₃Or 3CaO · Al₂O₃・ MgO, 4CaO ・ Al₂O₃・ Fe₂O₃Or a mixture thereof. All of these are easily synthesized by a so-called high-temperature firing method. Hydrates produced by reacting these with water include CaO · Al₂O₃・ 8.5H₂O, CaO · Al₂O₃・ 10H₂O, 4CaO · 3Al₂O₃・ 3H₂O, 2CaO · Al₂O₃・ 6H₂O, 2CaO · Al₂O₃・ 8H₂O, Ca₃Al₂(OH)₁₂3CaO · Al₂O₃XH₂O (x = 8-12), 3CaO · Al₂O₃・ Ca (OH)₂・ 18H₂O, 3CaO · Al₂O₃・ 3Ca (OH)₂・ 32H₂O, 4CaO · Al₂O₃・ 13H₂O, α-4CaO · Al₂O₃・ 19H₂O, 4CaO · Al₂O₃XH₂O etc.
[0034]
  Examples of naturally occurring calcium aluminate mineral 2b include 12CaO · 7Al₂O₃Mayenite as a mineral of composition, CaO · Al₂O₃・ 8.5H₂Tunite is a mineral of O composition, Ca₃Al₂(OH)₁₂There are Katoite and Hydroglossal as minerals of composition.
[0035]
  The secondary refining slag 2c means a slag generated when performing a secondary refining (outside furnace refining) such as a vacuum refining method, a ladle refining method or a simple ladle refining method, and includes CaO (lime) and Al₂O₃(Alumina) is included as a main component. For such secondary refining slag 2c, when the mineral phase is identified by an appropriate method such as X-ray diffraction, Al in the secondary refining slag 2c is identified.₂O₃Concentration and SiO₂Depending on the concentration, for example Al₂O₃High concentration of SiO₂3CaO · Al when the concentration is low₂O₃Phase and 12CaO · 7Al₂O₃Phase is Al₂O₃Concentration and SiO₂2CaO · Al when the concentration is high₂O₃・ SiO₂The phase is recognized as the main mineral phase. In some secondary refining slag, SiO in the slag₂P is high in concentration₂O₅2CaO · SiO precipitated during cooling due to low concentration₂The phase undergoes phase transformation with a temperature drop and becomes a powdery secondary refining slag. For this reason, when this powdery secondary refining slag is used as a fluorine stabilizer, the pulverization step of the stabilizer can be omitted.
[0036]
  In the present invention, it is “calcium aluminate”, for example, CaO · Al.₂O₃5CaO.3Al₂O₃, 12CaO · 7Al₂O₃, 9CaO · 5Al₂O₃2CaO · Al₂O₃3CaO · Al₂O₃Or 3CaO · Al₂O₃・ MgO, 4CaO ・ Al₂O₃・ Fe₂O₃, Or a mixture thereof or a hydrate thereof, by reacting with sulfate ions, ettringite 3CaO · Al₂O₃・ 3CaSO₄・ 32H₂O and monosulfate 3CaO · Al₂O₃・ CaSO₄・ YH₂O (y = 12 or 14) is generated, and the fluorine contained in the steelmaking slag 1 can be easily and reliably fixed.
[0037]
  In the present embodiment, when the average particle diameter of the powder 2 containing calcium aluminate exceeds 2 mm, the reaction interface area between the powder 2 and water decreases in the presence of water, thereby reducing the Ca ions from the powder 2. And the supply of Al ions is slow. As a result, the amount of ettringite and monosulfate produced by the reaction with sulfate ions is reduced, and the amount of fluorine taken into the reaction product during the production of these reaction products is less than the amount of fluorine eluted from the steelmaking slag 1. Thus, there is a risk that the fixation of fluorine is insufficient. Therefore, the average particle size of the powder 2 is desirably 2 mm or less, and more desirably 0.2 mm or less from the same viewpoint. From such a viewpoint, the lower limit of the average particle diameter of the powder 2 is not limited, but when the average particle diameter is less than 0.02 mm, the handling of the powder 2 becomes troublesome and the production of ettringite and monosulfate is generated. The reaction is easily completed in a short time. Therefore, the lower limit of the average particle size of the powder 2 is preferably 0.02 mm.
[0038]
  Also, if the amount of powder 2 containing calcium aluminate is small, in the presence of water, neither the amount of ettringite produced nor the amount of monosulfate produced by the reaction of these powder 2 with sulfate ions is sufficient. There is a possibility that the amount of fluorine taken into ettringite and monosulfate will be smaller than the amount of fluorine eluted from steelmaking slag 1, and the fixation of fluorine may be insufficient. These tendencies become more prominent as the concentration of fluorine contained in the steelmaking slag increases. On the other hand, when there are too many addition amounts of the compound which has the powder 2 and a sulfate group, while the stabilization effect of a fluorine will be saturated, cost will become high and volume reduction will be inhibited.
[0039]
  So, in this embodiment, when performing the stabilization process of the hot metal preliminary treatment slag 1a, the converter slag 1b, the electric furnace slag 1c, or the

secondary refining slag

1d, 100 parts by mass of the steel-making slag containing fluorine is used. Thus, it is desirable to add 20-80 parts by mass of powder 2 containing calcium aluminate, and it is more desirable to add 30-80 parts by mass.
[Powder 2 'containing calcium silicate]
  In the present invention, the powder 2 ′ containing calcium silicate is derived from one or more of the synthesized calcium silicate compound 2a ′, the naturally occurring calcium silicate mineral 2b ′, and the desiliconized slag 2c ′ containing calcium silicate. Powder 2 ′ is used.
[0040]
  In the present invention, “calcium silicate” means, for example, CaO · SiO 2₂3CaO · 2SiO₂, 8CaO · 5SiO₂2CaO · SiO₂3CaO · SiO₂Or a mixture thereof, or a hydrate thereof.
[0041]
  As the synthesized calcium silicate compound 2a ', for example, CaO.SiO₂3CaO · 2SiO₂, 8CaO · 5SiO₂2CaO · SiO₂3CaO · SiO₂Or CaO ・ MgO ・ SiO₂3CaO · MgO · 2SiO₂5CaO · MgO · 3SiO₂7CaO · MgO · 4SiO₂3CaO · Fe₂O₃・ 3SiO₂, CaFeSiO₄, CaTiSiO₅Or a mixture thereof. All of these are easily synthesized by a so-called high-temperature firing method. Hydrates formed by reacting these with water include CaO · SiO₂XH₂O (x = 1/6, 1/3 or 1), 3CaO.2SiO₂・ YH₂O (y = 0.5 to 11/3), 8CaO · 5SiO₂・ 2H₂O, 5CaO · 3SiO₂・ 2H₂O, 2CaO · SiO₂・ ZH₂O (z = 0.3-1), 5CaO.2SiO₂・ H₂O, 3CaO · SiO₂・ 1.5H₂In addition to these, CaO-SiO₂-H₂There is a gel-like amorphous compound called an O-based compound.
[0042]
  Examples of naturally occurring calcium silicate mineral 2b 'include CaO · SiO 2₂Wollastonite as a mineral of composition is 3CaO.2SiO₂Rankinite is a mineral of the composition 2CaO · SiO₂Larnite and Bredigite are the minerals of the composition, such as 3CaO · SiO₂As a mineral of composition, Halite is CaO / MgO / SiO.₂As a mineral of composition, Monticellite is 3CaO · MgO · 2SiO₂Merwinite as a mineral of composition is 7CaO · MgO · 4SiO₂Bredigite as a mineral of composition is CaFeSiO₄Kirschsteinite as a mineral of composition is CaTiSiO₅There is Titanite as a mineral of composition. CaO / SiO₂・ H₂Sulunite is a mineral of O composition, 3CaO · 2SiO₂・ 3H₂Afwillite is the mineral of O composition, 2CaO · SiO₂・ H₂Hillebrandite is a 5CaO.2SiO₂・ H₂There are Chondrite and Reinhard braunsite as minerals of O composition.₂・ 1.5H₂Jaffite is a mineral having an O composition.
[0043]
  The desiliconization slag 2c 'means slag generated when desiliconization of hot metal is performed in a blast furnace discharge or hot metal ladle.₂And CaO as a main component. When such a desiliconized slag 2c 'is identified as a mineral phase by an appropriate method such as an X-ray diffraction method, the CaO concentration in the desiliconized slag 2c' and SiO₂  Depending on the concentration, for example, the CaO concentration is high and SiO₂When the concentration is low, 2CaO · SiO₂Phase and 3CaO · 2SiO₂The phase is low in CaO concentration and SiO₂When the concentration is high, 3CaO · 2SiO₂Phase and CaO / SiO₂The phase is recognized as the main mineral phase.
[0044]
  In the present invention, it is a “calcium silicate” such as CaO · SiO.₂3CaO · 2SiO₂, 8CaO · 5SiO₂2CaO · SiO₂3CaO · SiO₂Or CaO ・ MgO ・ SiO₂3CaO · MgO · 2SiO₂5CaO · MgO · 3SiO₂7CaO · MgO · 4SiO₂3CaO · Fe₂O₃・ 3SiO₂, CaFeSiO₄, CaTiSiO₅, Or a mixture thereof, or any of these hydrates, by reacting with sulfate ions, for example, Ca₅[(Si, S) O₄]₃(OH, F), Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃(OH, F)₂And CaO-SiO₂-SH₂O type | system | group gel-like amorphous compound produces | generates and the fluorine contained in the steelmaking slag 1 can be fix | immobilized easily and reliably. In addition to these reaction products, for example, Ca₅(SiO₄)₂(OH, F)₂, Ca₆Si₂O₇(OH, F)₆And CaO-SiO₂-H₂A compound that does not contain sulfate ions such as an O-based gel-like amorphous compound is generated, and fluorine eluted from the steelmaking slag 1 can be immobilized.
[0045]
  In this embodiment, when the average particle diameter of the powder 2 ′ containing calcium silicate exceeds 2 mm, the reaction interface area between these powder 2 ′ and water decreases in the presence of water, thereby reducing the powder from the powder 2 ′. The supply of Ca ions and Si ions is delayed. As a result, CaO-SiO by reaction with sulfate ions₂-SH₂CaO-SiO not involving O-based compounds and sulfate ions₂-H₂The production amount of O-based compounds is reduced, and the amount of fluorine taken into the reaction products during the production of these reaction products is less than the amount of fluorine elution from the steelmaking slag 1, resulting in insufficient fixation of fluorine. There is a risk. Therefore, the average particle diameter of the powder 2 'is desirably 2 mm or less, and more desirably 0.2 mm or less from the same viewpoint. From such a viewpoint, the lower limit of the average particle diameter of the powder 2 ′ is not limited, but if the average particle diameter is less than 0.02 mm, the handling of the powder 2 ′ becomes troublesome. The lower limit of the average particle diameter of 'is preferably 0.02 mm.
[0046]
  Further, when the amount of the powder 2 'containing calcium silicate is small, CaO-SiO due to the reaction between the powder 2' and sulfate ions in the presence of water.₂-SH₂CaO-SiO not involving O-based compounds and sulfate ions₂-H₂Since the production amount of the O-based compound is not sufficient, the amount of fluorine taken into these reaction products becomes smaller than the amount of fluorine eluted from the steelmaking slag 1, and the fixation of fluorine may be insufficient. These tendencies become more prominent as the concentration of fluorine contained in the steelmaking slag increases. On the other hand, when the amount of the powder 2 'and the compound having a sulfate group added is too large, the effect of stabilizing the fluorine is saturated and the cost is increased and volume reduction is inhibited.
[0047]
  So, in this embodiment, when performing the stabilization process of the hot metal pretreatment slag 1a, the converter slag 1b, the electric furnace slag 1c, or the

secondary refining slag

1d, 100 parts by mass of the steel-making slag containing fluorine is used. Thus, it is desirable to add 20 to 80 parts by mass of powder 2 ′ containing calcium silicate, and it is more desirable to add 30 to 80 parts by mass.
[Powder 2 '' containing calcium aluminum silicate]
  In the present invention, as the powder 2 ″ containing calcium aluminum silicate, the synthesized calcium aluminum silicate compound 2a ″, the naturally occurring calcium aluminum silicate mineral 2b ″, and the secondary refining slag 2c ″ containing calcium aluminum silicate are used. A powder 2 ″ derived from one or more of the above is used.
[0048]
  In the present invention, “calcium aluminum silicate” means, for example, CaO · Al₂O₃・ SiO₂, Ca_1.82Al_3.64Si_0.36O₈2CaO · Al₂O₃・ SiO₂Or a mixture thereof, or a hydrate thereof.
[0049]
  Examples of the synthesized calcium aluminum silicate compound 2a ″ include CaO · Al₂O₃・ SiO₂, Ca_1.82Al_3.64Si_0.36O₈2CaO · Al₂O₃・ SiO₂Or 4CaO.MgO.Al2O3.3SiO2, 8CaO.MgO.3Al₂O₃・ 5SiO₂, 54CaO · MgO · Al₂O₃・ 16SiO₂, Ca₂Al_1.5Fe_0.5SiO₇, Ca₂Mg_0.2AlFe_0.6Si_0.2O₅Or a mixture thereof. All of these are easily synthesized by a so-called high-temperature firing method. Hydrates produced by reacting these with water include Ca₃Al₂(SiO₄)_1.25(OH)₇, Ca₃Al₂(SiO₄)₂(OH)₄, Ca₂Al₂SiO₆(OH)₂, CaAlSiO₄(OH) etc., in addition to these, CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂There is a gel-like amorphous compound called an O-based compound.
[0050]
  Examples of the naturally occurring calcium aluminum silicate mineral 2b '' include Ca₂Al₂SiO₇And Ca₂Al (Al, Si)₂O₇Gehlenite as a mineral of composition, Ca₃Al₂(SiO₄)_1.25(OH)₇Hibschite as a mineral of composition, Ca₃Al₂(SiO₄)₂(OH)₄As a mineral of composition, Gross hydroxide is Ca,₂Al₂SiO₆(OH)₂Kamaishilite and Bicchulite as the minerals of the composition are CaAlSiO₄Examples of minerals having an (OH) composition include Vuagnenite.
[0051]
  As described above, the secondary refining slag 2c ″ means the slag generated when secondary refining (external refining) such as vacuum refining, ladle refining or simple ladle refining is performed. CaO (lime) and Al₂O₃(Alumina) is included as a main component. Al in such secondary refining slag 2c ''₂O₃Concentration and SiO₂2CaO · Al when the concentration is high₂O₃・ SiO₂The phase is recognized as the main mineral phase.
[0052]
  In the present invention, “calcium aluminum silicate”, for example, CaO · Al₂O₃・ SiO₂, Ca_1.82Al_3.64Si_0.36O₈2CaO · Al₂O₃・ SiO₂Or 4CaO ・ MgO ・ Al₂O₃・ 3SiO₂, 8CaO · MgO · 3Al₂O₃・ 5SiO₂, 54CaO · MgO · Al₂O₃・ 16SiO₂, Ca₂Al_1.5Fe_0.5SiO₇, Ca₂Mg_0.2AlFe_0.6Si_0.2O₅, Or a mixture thereof, or any of these hydrates, by reacting with sulfate ions, ettringite 3CaO · Al₂O₃・ 3CaSO₄・ 32H₂O and monosulfate 3CaO · Al₂O₃・ CaSO₄・ YH₂O (y = 12 or 14), Ca₅[(Si, S) O₄]₃(OH, F), Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃(OH, F)₂Thus, the fluorine contained in the steelmaking slag 1 can be fixed easily and reliably. In addition to these reaction products, Ca₅(SiO₄)₂(OH, F)₂And Ca₆Si₂O₇(OH, F)₆CaO-SiO₂-H₂O-based compounds and gelled CaO-SiO₂-H₂O-based amorphous compound, Ca₂Al₂SiO₆(OH, F)₂CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂O-based compounds are generated, and fluorine eluted from the steelmaking slag 1 can be immobilized.
[0053]
  In the present embodiment, when the average particle diameter of the powder 2 ″ containing calcium aluminum silicate exceeds 2 mm, the reaction interface area between these powder 2 ″ and water decreases in the presence of water. The supply of Ca ions, Al ions and Si ions from '' is delayed. As a result, ettringite, monosulfate, Ca by reaction with sulfate ions₅[(Si, S) O₄]₃(OH, F) and Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃(OH, F)₂CaO-SiO₂-SH₂O-based compounds and Ca that do not involve sulfate ions₅(SiO₄) 2 (OH, F)₂And Ca₆Si₂O₇(OH, F)₆CaO-SiO₂-H₂O-based compound, Ca₂Al₂SiO₆(OH, F)₂CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂The production amount of O-based compounds is reduced, and the amount of fluorine taken into the reaction products during the production of these reaction products is less than the amount of fluorine elution from the steelmaking slag 1, resulting in insufficient fixation of fluorine. There is a risk. Therefore, the average particle diameter of the powder 2 ″ is desirably 2 mm or less, and more desirably 0.2 mm or less from the same viewpoint. From such a viewpoint, the lower limit of the average particle size of the powder 2 '' is not limited, but if the average particle size is less than 0.02 mm, the handling of the powder 2 '' becomes troublesome. The lower limit of the average particle diameter of the powder 2 ″ is preferably 0.02 mm.
[0054]
  Further, when the amount of the powder 2 ″ containing calcium aluminum silicate is small, ettringite, monosulfate, CaO—SiO by reaction of these powder 2 ″ with sulfate ions in the presence of water.₂-SH₂O-based compounds and CaO-SiO not involving sulfate ions₂-H₂O-based compounds and CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂Since the production amount of the O-based compound is not sufficient, the amount of fluorine taken into these reaction products becomes smaller than the amount of fluorine eluted from the steelmaking slag 1, and the fixation of fluorine may be insufficient. These tendencies become more prominent as the concentration of fluorine contained in the steelmaking slag increases. On the other hand, if the addition amount of the powder 2 ″ and the compound having a sulfate group is too large, the effect of stabilizing the fluorine is saturated, and the cost is increased and volume reduction is inhibited.
[0055]
  So, in this embodiment, when performing the stabilization process of the hot metal preliminary treatment slag 1a, the converter slag 1b, the electric furnace slag 1c, or the secondary refining slag 1d, the mass of the steelmaking slag containing fluorine is 100 parts by mass. Thus, it is desirable to add 20-80 parts by mass of powder 2 ″ containing calcium aluminum silicate, and it is more desirable to add 30-80 parts by mass.
[0056]
  [Powder 3 containing sulfate radical]
  In the present embodiment, for example, powder 3 derived from one or more of gypsum 3a, aluminum sulfate 3b, magnesium sulfate 3c, sodium sulfate 3d, and iron sulfate 3e is used as powder 3 containing sulfate radicals. Among these, the gypsum 3a is produced in a large amount in the sulfur removal device in the waste gas in the iron ore sintering process. In addition, a large amount of crystallization occurs when pH-adjusting lime is added to sulfuric acid, which is a pickling waste solution for steel sheets. In this embodiment, since gypsum which is a by-product in the steel industry is used, it is preferable from the viewpoint of effective use of resources.
[0057]
  Since powders containing sulfate radicals such as gypsum 3a, aluminum sulfate 3b, magnesium sulfate 3c, sodium sulfate 3d, and iron sulfate 3e are rapidly dissolved in water, the particle size of powder 3 containing sulfate radicals is used in the present invention. No limitation is required.
[0058]
  In the present embodiment, sulfuric acid is added to 100 parts by mass of powder 2 including calcium aluminate, powder including calcium silicate, and powder 2 including a combination of two or more of powders including calcium aluminum silicate. Adding 20 to 100 parts by mass of the powder 3 containing roots results in ettringite and CaO-SiO.₂-SH₂An O-based compound can be efficiently produced, which is desirable.
[0059]
  Further, in the present embodiment, the powder 2 including calcium aluminate, the powder 2 including calcium silicate, and the powder 2 including a combination of two or more of the powder including calcium aluminum silicate and the powder 3 including sulfate radicals are manufactured. Although the case where it adds simultaneously to slag 1 is shown, it is different from this, and consists of the 1 type, or combination of 2 or more types of the powder containing calcium aluminate, the powder containing calcium silicate, and the powder containing calcium aluminum silicate. A stabilization treatment agent may be produced by mixing the powder 2 and the powder 3 containing sulfate radicals, and this stabilization treatment agent may be added to the steelmaking slag 1 containing fluorine. In this case, a sulfate group is included with respect to 100 parts by mass of powder 2 including calcium aluminate, powder including calcium silicate, and powder 2 including one or a combination of two or more of powders including calcium aluminum silicate. It is desirable to add 20 to 100 parts by mass of powder 3.
[Filler 4]
  In this embodiment, as the volume increasing material 4, for example, industrial waste derived from one or more of slowly cooled blast furnace slag 4a, blast furnace granulated slag 4b, concrete scrap 4c and coal ash 4d is used.
[0060]
  This volume increasing material 4 also has an effect as a steelmaking slag 1, that is, a diluent for a fluorine elution source. Further, Ca ions, Si ions, and Al ions are eluted from the slowly cooled blast furnace slag 4a, blast furnace granulated slag 4b, and concrete scrap 4c, and immediately CaO-SiO.₂-H₂O compounds and CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂A large amount of O compound is produced. However, CaO-SiO₂-H₂O compounds and CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂O compounds include ettringite, monosulfate and CaO-SiO₂-SH₂Compared to O-based compounds, the ability to take in fluorine ions is small, so even if these compounds are produced in large quantities, the amount of fluorine ions immobilized is small. Further, in the experiment in which the slow-cooled blast furnace slag 4a, the blast furnace granulated slag 4b, the concrete scrap 4c and the gypsum 3a were mixed and shaken in water, as a result of X-ray diffraction of the sample after the experiment, ettringite, monosulfate and CaO- SiO₂-SH₂  Formation of O-based compounds was not observed.
[0061]
  Thus, since the volume-enhancing material is not greatly involved in the fluorine stabilization reaction mechanism, the particle size of the volume-enhancing material is not limited at all. Further, when the purpose is only to stabilize the steelmaking slag 1 and the production of the underground material 7 described later is not performed, it is not always necessary to add the bulking material 4.
[0062]
  In the present embodiment, addition of 900 parts by mass or less of the bulking material to 100 parts by mass of the steelmaking slag suppresses an increase in the processing cost for manufacturing the roadbed material and the landfill material, and the steelmaking slag, It is desirable for recycling of so-called industrial waste such as cold blast furnace slag, blast furnace granulated slag, concrete scrap, and coal ash.
[0063]
  Japan's total blast furnace slag emissions reached, for example, about 23 million tons in a year in 1997, of which about 16 million tons, or 69%, was recycled into cement and concrete. I'm just there. Therefore, according to this embodiment, reuse of blast furnace slag can be further promoted.
[0064]
  [Stabilization of steelmaking slags 1a to 1d]
  As shown in FIG. 1, in this embodiment, the powder 2 and sulfuric acid which consist of 1 type or the combination of 2 or more types among the powder containing the calcium aluminate mentioned above, the powder containing calcium silicate, and the powder containing calcium aluminum silicate. The powder 3 containing roots is used to stabilize the hot metal pretreatment slag 1a, converter slag 1b, electric furnace slag 1c, or secondary refining slag 1d.
[0065]
  The hot metal pretreatment slag 1a, converter slag 1b, electric furnace slag 1c or secondary refining slag 1d is stabilized by a powder containing calcium aluminate, powder containing calcium silicate and powder containing calcium aluminum silicate. After adding a suitable amount of powder 2 composed of one or two or more kinds of powders and powder 3 containing sulfate radicals, by sufficiently mixing using machine 5, fluorine eluted from these steelmaking slags 1a to 1d is immobilized. This is a process for obtaining the material 6 for embedding in the soil which is a stabilized product. Under the present circumstances, you may fix the fluorine in steelmaking slag 1a-1d by performing an autoclave process or steam curing at 60 degreeC or more using the autoclave or the steam curing apparatus 9. FIG.
[0066]
  Further, steelmaking slag 1, powder containing calcium aluminate, powder containing calcium silicate and powder containing calcium aluminum silicate, powder 2 consisting of one or a combination of two or more, powder 3 containing sulfate radical, and volume increase The material 4 may be obtained by sufficiently mixing the material 4 using the machine 5. Also in this case, the fluorine in the steelmaking slags 1a to 1d may be fixed by performing autoclave treatment or steam curing at 60 ° C. or higher using the autoclave or the steam curing device 9.
[0067]
  Also, the hot metal pretreatment slag 1a, converter slag 1b, electric furnace slag 1c or secondary refining slag 1d is pulverized, for example, a kneader, a granulator, or a machine 7 having both functions of kneading and granulation. A powder containing steelmaking slag 1 and a powder containing calcium aluminate, a powder containing calcium silicate and a powder 2 consisting of one or a combination of two or more of a powder containing calcium aluminum silicate and a sulfate group In this process, the powder 3 and the bulking material 4 are kneaded to obtain a granulated product 8 having a desired shape (for example, a cylindrical shape), thereby obtaining the material 6 for embedding in soil. Also in this case, the fluorine in the steelmaking slags 1a to 1d may be fixed by performing autoclave treatment or steam curing at 60 ° C. or higher using the autoclave or the steam curing device 9.
[0068]
  At this time, by using blast furnace granulated slag powder as the bulking material 4, the granulated product 8 becomes firm, and contact with rainwater and groundwater is limited only to the surface of the granulated product 8. Is more effectively suppressed, which is desirable.
[0069]
  In addition, during the stabilization treatment, the powder 2 and the sulfate group composed of one or a combination of two or more of steelmaking slag 1, powder containing calcium aluminate, powder containing calcium silicate and powder containing calcium aluminum silicate. In the present embodiment, the water coexisting with the powder 3 containing is used to form an agglomerated granulation phenomenon by rolling granulation or stirring granulation to form the granulated product 8. Therefore, an appropriate solvent may be used together with water depending on the strength and hardness required for the granulated product 8. Examples of such a solvent include dextrin and lignin.
[0070]
  This stabilization treatment is desirably performed when the steel-making slag 1 containing fluorine is discharged from the treatment furnace in the steel-making process and is in a high-temperature state in order to increase the efficiency of fluorine fixation. When the steelmaking slag 1 containing fluorine is discharged from the processing furnace in the steelmaking process and is in a high temperature state, in particular, in the stabilization treatment of the steelmaking slag 1 by adding the powder 3 containing sulfate radicals, from the steelmaking slag 1 Since sulfate ions are continuously supplied, it is further desirable to increase the efficiency of fluorine fixation.
[Stabilization effect]
  A mechanism in which fluorine contained in each of the hot metal pretreatment slag 1a, converter slag 1b, electric furnace slag 1c, and secondary refining slag 1d shown in FIG. 1 is fixed by such stabilization treatment will be described.
[0071]
  The inventors have synthesized calcium aluminate (3CaO · Al) synthesized by high-temperature firing while stirring a solution obtained by diluting hydrofluoric acid with distilled water.₂O₃, 12CaO · 7Al₂O₃Or CaO · Al₂O₃) Was added together with gypsum powder and stirred for 3 to 12 hours, and the mineral phase of the powder after the reaction was identified by X-ray diffraction method and X-ray microanalyzer. As a result, in any case of calcium aluminate powder, ettringite 3CaO · Al is obtained from the X-ray diffraction method.₂O₃・ 3CaSO₄・ 32H₂O and monosulfate 3CaO · Al₂O₃・ CaSO₄・ YH₂O (y = 12 or 14) was identified as the main phase, and X-ray microanalyzer confirmed that these ettringite and monosulfate contained fluorine.
[0072]
  Thus, the stabilization of such fluorine by the powder containing calcium aluminate and the gypsum powder is explained by the following reaction mechanism. For example, 3CaO · Al₂O₃The powder reacts with fluorine ions and sulfate ions in the presence of water to produce 3CaO · Al₂O₃・ 3Ca [(SO₄)_1-xF_2x] 32H₂When O is generated, 3CaO · Al₂O₃Reaction formula (1) in which calcium and aluminum are eluted from the powder into ions, Reaction formula (2) in which gypsum dissolves into calcium ions and sulfate ions, and calcium ions and aluminum ions are fluorine ions and sulfate ions. 3CaO · Al reacts₂O₃・ 3Ca [(SO₄)_1-xF_2x] 32H₂Reaction formula (3) in which O is generated proceeds.
[0073]
  3CaO ・ Al₂O₃+ 2H₂O → 3Ca²⁺+ 2AlO^2-+ 4OH⁻    ・・・・・・・ (1)
  CaSO₄・ 2H₂O → Ca²⁺+ SO₄ ^2-+ 2H₂O (2)
  6Ca²⁺+ 2AlO^2-+ 6xF⁻+3 (1-x) SO₄ ^2-+ 4OH⁻+ 30H₂O
  → 3CaO · Al₂O₃・ 3Ca [(SO4)_1-xF_2x] 32H₂O (3)
[0074]
  Or 3CaO · Al₂O₃The powder reacts directly with fluoride ion, gypsum, calcium ion and water to produce 3CaO · Al₂O₃・ 3Ca [(SO₄)_1-xF_2x] 32H₂Reaction formula (4) in which O is generated proceeds.
[0075]
  3CaO ・ Al₂O₃+3 (1-x) CaSO₄・ 2H₂O + 6xF⁻+ 3xCa²⁺+ (26 + 6x) H₂O →
  3CaO ・ Al₂O₃・ 3Ca [(SO₄)_1-xF_2x] 32H₂O (4)
[0076]
  On the other hand, 12CaO · 7Al₂O₃Powder (or CaO · Al₂O₃Powder) reacts with fluorine ions in the presence of water to produce 3CaO · Al₂O₃・ 3Ca [(SO₄)_1-xF_2x] 32H₂When O is generated, 12CaO · 7Al₂O₃Powder (or CaO · Al₂O₃The reaction formula (5) (or (6)) in which calcium and aluminum are eluted from the powder) to form ions, and calcium ions and aluminum ions react with fluorine ions and sulfate ions to form 3CaO · Al₂O₃・ 3Ca [(SO₄)_1-xF_2x] 32H₂Reaction formula (3) in which O is generated proceeds.
[0077]
  12CaO ・ 7Al₂O₃+ 5H₂O → 12Ca²⁺+ 14AlO^2-+ 10OH⁻  (5)
  CaO ・ Al₂O₃→ Ca²⁺+ 2AlO^2-                          .... (6)
[0078]
  According to the present invention, in this way, a compound containing calcium aluminate is used together with a compound containing a sulfate group, and fluorine is captured when ettringite and monosulfate are produced, thereby fixing the fluorine. . That is, a powder containing calcium aluminate derived from one or more of the synthesized calcium aluminate compound 2a, naturally occurring calcium aluminate mineral 2b and secondary refining slag 2c containing calcium aluminate 2 is used as a fixing agent together with a compound containing a sulfate group derived from one or more of gypsum 3a, aluminum sulfate 3b, magnesium sulfate 3c, sodium sulfate 3d, and iron sulfate 3e, so that hot metal pretreatment slag 1a The converter slag 1b, the electric furnace slag 1c, and the secondary refining slag 1d are stabilized.
[0079]
  In addition, the present inventors also developed a calcium silicate (3CaO.SiO2) synthesized by high-temperature firing while stirring a solution obtained by diluting hydrofluoric acid with distilled water.₂Or 2CaO · SiO₂) Was added together with gypsum powder and stirred for 3 to 12 hours, and the mineral phase of the powder after the reaction was identified by X-ray diffraction method and X-ray microanalyzer. As a result, 3CaO · SiO₂In the case of powder, the X-ray diffraction method shows that Ca₅[(Si, S) O₄]₃(OH, F) and Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃(OH, F)₂Is further identified, and further Ca-free sulfate ions₅(SiO₄)₂(OH, F)₂And Ca₆Si₂O₇(OH)₆Was identified. From the X-ray microanalyzer, Ca₅[(Si_1-xS_x) O₄]₃(OH)_1-yF_y, Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃[(OH)_1-yF_y]₂, Ca₅(SiO₄)₂[(OH)_1-yF_y]₂And Ca₆Si₂O₇[(OH)_1-yF_y]₆Was further identified, and CaO-SiO₂-SH₂An OF-based gel-like amorphous compound was observed. 2CaO · SiO₂In the case of powder, the X-ray diffraction method shows that Ca₅[(Si, S) O₄]₃(OH, F) was identified, and from the X-ray microanalyzer, Ca₅  [(Si_1-xS_x) O₄]₃(OH)_1-yF_yWas further identified, and CaO-SiO₂-SH₂An OF-based gel-like amorphous compound was observed.
[0080]
  Thus, such fluorine stabilization by the powder containing calcium silicate and the gypsum powder is explained by the following reaction mechanism. For example, 3CaO · SiO₂The powder reacts with fluoride ions and sulfate ions in the presence of water to react with Ca.₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃[(OH)_1-yF_y]₂3CaO · SiO₂Reaction formula (7) in which calcium and silicon are eluted from powder into ions, Reaction formula (2) in which gypsum dissolves into calcium ions and sulfate ions, and calcium ions and silicon ions are fluorine ions and sulfate ions. React to Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃[(OH)_1-yF_y]₂The reaction formula (8) in which is generated proceeds.
[0081]
  3CaO · SiO₂+ 2H₂O → 3Ca²⁺+ SiO₃ ^2-+ 4OH⁻      .... (7)
  10Ca²⁺+ 3SiO₃ ^2-+ 3SO₄ ^2-+ 2yF⁻+ (8-2y) OH⁻→
  Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃[(OH)_1-yF_y] 2 + 3H₂O (8)
[0082]
  2CaO · SiO₂The powder reacts with fluoride ions and sulfate ions in the presence of water to react with Ca.₅[(Si_1-xS_x) O₄]₃(OH)_1-yF_y2CaO · SiO₂Reaction formula (9) in which calcium and silicon are eluted from powder into ions, Reaction formula (2) in which gypsum dissolves into calcium ions and sulfate ions, and calcium ions and silicon ions into fluorine ions and sulfate ions React to Ca₅[(Si_1-xS_x) O₄]₃(OH)_1-yF_yThe reaction to produce proceeds.
[0083]
  2CaO · SiO₂+ H₂O → 2Ca²⁺+ SiO₃ ^2-+ 2OH⁻      (9)
[0084]
  According to the present invention, in this way, a compound containing calcium silicate is used together with a compound containing sulfate radical,₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃[(OH)_1-yF_y]₂, Ca₅[(Si_1-xS_x) O₄]₃(OH)_1-yF_yCaO-SiO₂-SH₂Fluorine is captured when the O—F-based compound is generated, so that the fluorine is immobilized. In addition, Ca, which is a reaction product of a reaction that does not involve sulfate ions.₅(SiO₄)₂(OH, F)₂And Ca₆Si₂O₇(OH)₆CaO-SiO₂-H₂Fluorine is captured when the O—F-based compound is generated, so that the fluorine is immobilized. That is, a powder 2 ′ containing calcium silicate derived from one or more of synthesized calcium silicate compound 2a ′, naturally occurring calcium silicate mineral 2b ′ and desiliconized slag 2c ′ containing calcium silicate, By using it as a fixing agent together with a compound containing sulfate radical derived from one or more of gypsum 3a, aluminum sulfate 3b, magnesium sulfate 3c, sodium sulfate 3d and iron sulfate 3e, hot metal pretreatment slag 1a, converter The stabilization process of the slag 1b, the electric furnace slag 1c, and the secondary refining slag 1d is performed.
[0085]
  In addition, the present inventors also developed a calcium aluminum silicate (2CaO · Al) synthesized by high-temperature firing while stirring a solution obtained by diluting hydrofluoric acid with distilled water.₂O3 ・ SiO₂) Was added together with gypsum powder and stirred for 3 to 12 hours, and the mineral phase of the powder after the reaction was identified by X-ray diffraction method and X-ray microanalyzer. As a result, ettringite, monosulfate, Ca₅[(Si, S) O₄]₃(OH, F), Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃(OH, F)₂, Ca₅(SiO₄)₂(OH, F)₂And Ca₆Si₂O₇(OH, F)₆CaO-SiO₂-H₂O-based compounds and gelled CaO-SiO₂-H₂O-based amorphous compound, Ca₂Al₂SiO₆(OH, F)₂CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂An O-based compound was identified.
[0086]
  Such stabilization of fluorine by the powder containing calcium aluminum silicate and gypsum powder is based on the reaction mechanism in the stabilization of fluorine by the calcium aluminate and gypsum powder, and the fluorine by the calcium silicate and gypsum powder. Explained by the reaction mechanism in stabilization.
[0087]
  According to the present invention, in this way, using a compound containing calcium aluminum silicate together with a compound containing sulfate radical, ettringite, monosulfate, and Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃[(OH)_1-yF_y]₂, Ca₅[(Si_1-xS_x) O₄]₃(OH)_1-yF_yCaO-SiO₂-SH₂Fluorine is captured when the O—F-based compound is generated, so that the fluorine is immobilized. In addition, Ca, which is a reaction product of a reaction that does not involve sulfate ions.₅(SiO₄)₂(OH, F)₂And Ca₆Si₂O₇(OH)₆CaO-SiO₂-H₂OF compound, Ca₂Al₂SiO₆(OH, F)₂CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂Fluorine is captured when the O-based compound is produced, so that fluorine is immobilized. That is, derived from one or more of the synthesized calcium aluminum silicate compound 2a ″, naturally occurring calcium aluminum silicate mineral 2b ″ and secondary refining slag 2c ″ containing calcium aluminum silicate, Powder 2 ″ containing calcium aluminum silicate is used as a fixing agent together with a compound containing a sulfate group derived from one or more of gypsum 3a, aluminum sulfate 3b, magnesium sulfate 3c, sodium sulfate 3d and iron sulfate 3e. Thus, the hot metal preliminary treatment slag 1a, the converter slag 1b, the electric furnace slag 1c, and the secondary refining slag 1d are stabilized.
[0088]
  The stabilized treated product 6 that is the material for embedding in the soil thus obtained sufficiently satisfies the water quality and groundwater environmental standard value “fluorine elution amount: 0.8 mg / L or less”. It can be effectively used for a long period of time as a roadbed material, a backfill material, etc. in a civil engineering site while reliably preventing environmental contamination.
[0089]
  Thus, according to this embodiment, the steelmaking slag containing fluorine, such as the hot metal preliminary treatment slag 1a, the converter slag 1b, the electric furnace slag 1c, and the secondary refining slag 1d, can be reliably stabilized. . In this process, low-cost secondary refining slag or desiliconized slag 2c can also be used. Therefore, when secondary refining slag or desiliconized slag 2c is used, the processing cost can be reduced.
[0090]
  In addition, powder containing calcium aluminate used for stabilization, powder containing calcium silicate, powder 2 made of one or a combination of two or more powders containing calcium aluminum silicate are fluorine and sulfate radicals contained in steelmaking slag 1. Since it reacts effectively with sulfate ions derived from the powder 3 containing, an increase in the amount of powder 2 used is also suppressed. Therefore, also from this aspect, the processing cost can be reduced.
[0091]
【Example】
  Further, the effect of the present invention is illustrated by examples. In the following description of each example, a case where the treatment reference value of eluted fluorine is assumed to be 0.8 mg / L or less is taken as an example.
[0092]
  (Example 1)
  Table 1 shows chemical compositions of the hot metal pretreatment slag, converter slag, electric furnace slag, and secondary refining slag collected at the slag yard.
[0093]
[Table 1]

[0094]
About each of these slag, the elution test prescribed | regulated by the Environment Agency Notification No. 46 in 1991 was conducted. Table 2 shows the fluorine elution amount and the water quality and groundwater environmental standard values.
[0095]
[Table 2]

[0096]
  From the results shown in Table 2, from the hot metal pretreatment slag, converter slag, electric furnace slag, secondary refining slag A (bulk) and secondary refining slag B (powder), the amount of elution of fluorine is water quality and groundwater It was clear that it was necessary to fix the fluorine because it greatly exceeded the environmental standards.
[0097]
  On the other hand, SiO₂The amount of fluorine elution from secondary smelting slag C (bulk) with low concentration and total iron concentration is below the regulation values of water quality and groundwater environmental standards, so in the invention proposed by Japanese Patent Application No. 11-148568 , This SiO₂Secondary refining slag C having a low concentration and total iron concentration can be used as a stabilizer for steelmaking slag.
[0098]
  Among these steelmaking slags, CaO · Al having a particle size of 2 mm or less, 0.5 mm or less, 0.1 mm or less with respect to 100 parts by mass of the hot metal pretreatment slag.₂O₃Synthetic product, 12CaO · 7Al₂O₃Synthetic product or 3CaO · Al₂O₃50 parts by mass of synthetic powder and 20 parts by mass of gypsum powder were added.
[0099]
  The obtained processed product was subjected to a dissolution test specified in 1992 Environment Agency Notification No. 46. Fluorine concentration in eluate (mg / L) and CaO · Al₂O₃Synthetic product, 12CaO · 7Al₂O₃Synthetic product or 3CaO · Al₂O₃FIG. 2 is a graph showing the relationship with the particle size (mm) of the synthesized product.
[0100]
  From the graph shown in FIG.₂O₃Synthetic product, 12CaO · 7Al₂O₃Synthetic product or 3CaO · Al₂O₃When the particle size of the synthetic product is 2 mm or less, it can be seen that the fluorine concentration in the eluate is lower than 0.8 mg / L which is the water quality and groundwater environmental standard value. Moreover, the eluate after the elution test was filtered, and the particles suspended in the eluate were collected, and the mineral phase was identified by X-ray diffraction. As a result, a large amount of ettringite 3CaO · Al₂O₃・ 3CaSO₄・ 32H₂O and a small amount of monosulfate 3CaO · Al₂O₃・ CaSO₄・ YH₂It was observed that O (y = 12 or 14) was present.
[0101]
  (Example 2)
  Powder of secondary refining slag C having a particle size of 0.1 mm or less and 3CaO · SiO for 100 parts by mass of hot metal pretreated slag₂Synthetic powder or 2CaO · Al₂O₃・ SiO₂5 to 80 parts by mass of the synthesized powder was added.
[0102]
  The obtained processed product was subjected to a dissolution test specified in 1992 Environment Agency Notification No. 46. Secondary refining slag C powder, 3CaO · SiO₂Synthetic powder or 2CaO · Al₂O₃・ SiO₂FIG. 3 is a graph showing the relationship between the mass of the synthetic powder and the fluorine concentration in the eluate.
[0103]
  From the graph shown in FIG. 3, powder of secondary refining slag C, 3CaO · SiO, with respect to 100 parts by mass of hot metal pretreatment slag₂Synthetic powder or 2CaO · Al₂O₃・ SiO₂If 20-80 mass parts of synthetic powders are added, it will be understood that the fluorine concentration in the eluate falls below 0.8 mg / L, which is the water quality and groundwater environmental standard value.
[0104]
  Moreover, the eluate after the elution test is filtered, the particles suspended in the eluate are collected, and the mineral phase is identified by the X-ray diffraction method. As a result, when secondary refining slag C is used Ettlingite 3CaO ・ Al₂O₃・ 3CaSO₄・ 32H₂O and a small amount of monosulfate 3CaO · Al₂O₃・ CaSO₄・ YH₂It was observed that O (y = 12 or 14) was present. 3CaO · SiO₂In the case of a synthetic product, the X-ray diffraction method shows that Ca₅[(Si, S) O₄]₃(OH, F) and Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃(OH, F)₂, Ca₅(SiO₄)₂(OH, F)₂And Ca₆Si₂O₇(OH)₆Was identified, and the X-ray microanalyzer₅[(Si_1-xS_x) O₄]₃(OH)_1-yF_y, Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃[(OH)_1-yF_y]₂, Ca₅(SiO₄)₂[(OH)_1-yF_y]₂, Ca₆Si₂O₇[(OH)_1-yF_y]₆And CaO-SiO₂-SH₂An OF-based gel-like amorphous compound was observed. 2CaO · SiO₂・ Al₂O₃In the case of a synthetic product, ettringite, monosulfate, Ca, etc. are obtained by X-ray diffraction method and X-ray microanalyzer.₅[(Si, S) O₄]₃(OH, F), Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃(OH, F)₂, Ca₅(SiO₄)₂(OH, F)₂And Ca₆Si₂O₇(OH, F)₆CaO-SiO₂-H₂O-based compounds and gelled CaO-SiO₂-H₂O-based amorphous compound, Ca₂Al₂SiO₆(OH, F)₂CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂An O-based compound was identified.
[0105]
  (Example 3)
  Secondary refining slag A (bulk), secondary refining slag B (powder), and secondary refining slag C (particle size of 0.5 mm or less with respect to 100 parts by weight of hot metal pretreatment slag or 100 parts by weight of converter slag ( 50 parts by mass) and 20 parts by mass of gypsum powder were added. The obtained processed product was subjected to a dissolution test specified in 1992 Environment Agency Notification No. 46. Table 3 shows the fluorine concentration in the eluate in each test.
[0106]
[Table 3]

[0107]
  It can be seen that in any secondary refining slag, the fluorine concentration in the eluate is below the water quality and groundwater environmental standard value of 0.8 mg / L. In particular, the secondary refining slag A and the secondary refining slag B, whose fluorine elution amounts in Table 2 exceeded the water quality and groundwater environmental standard values, were mixed with gypsum to stabilize the fluorine in the steelmaking slag. Can be used as Further, the eluate after the elution test was filtered, particles suspended in the eluate were collected, and the mineral phase was identified by an X-ray diffraction method and an X-ray microanalyzer. As a result, when secondary refining slag A is used, ettringite 3CaO · Al₂O₃・ 3Ca (SO₄, F) ・ 32H₂O, Ca₆Fe₂(SO₄F) 3 (OH)₁₂XH₂O and a small amount of monosulfate 3CaO · Al₂O₃・ Ca (SO₄, F) ・ yH₂It was observed that O (y = 12 or 14) was present. When secondary refining slag B is used, ettringite, monosulfate, Ca₅[(Si, S) O₄]₃(OH, F), Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃(OH, F)₂, Ca₅(SiO₄)₂(OH, F)₂And Ca₆Si₂O₇(OH, F)₆CaO-SiO₂-H₂O-based compounds and gelled CaO-SiO₂-H₂O-based amorphous compound, Ca₂Al₂SiO₆(OH, F)₂CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂O-based compounds were observed. When secondary refining slag C was used, as described in Example 2, the presence of ettringite and monosulfate was observed.
[0108]
  Example 4
  50 parts by mass of secondary smelting slag B having a particle size of 0.1 mm or less and 0-80 parts by mass of gypsum powder, magnesium sulfate powder or sodium sulfate powder were added to 100 parts by mass of hot metal pretreated slag. The obtained processed product was subjected to a dissolution test specified in 1992 Environment Agency Notification No. 46. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the fluorine concentration in the eluate and the amount of gypsum added.
[0109]
  From the graph shown in FIG. 4, when the addition amount of gypsum powder, magnesium sulfate powder or sodium sulfate powder is 10 to 80 parts by mass, the fluorine concentration in the eluate is 0.8 mg which is the standard value of water quality and groundwater environment. It turns out that it is less than / L. Moreover, the effect is saturated even if 50 mass parts or more of gypsum powder, magnesium sulfate powder, or sodium sulfate powder is added. Therefore, 10 to 50 parts by mass is sufficient for the addition amount of gypsum powder, magnesium sulfate powder or sodium sulfate powder. Adding 50 to 50 parts by mass of the gypsum powder, magnesium sulfate powder or sodium sulfate powder to 50 parts by mass of the secondary refining slag B means that gypsum powder or It is equivalent to adding 20 to 100 parts by mass of magnesium sulfate powder or sodium sulfate powder.
[0110]
  (Example 5)
  25 parts by mass of secondary refining slag B or secondary refining slag C having a particle size of 0.1 mm or less and 15 parts by mass of gypsum are added to 100 parts by mass of hot metal pretreatment slag, and further, gradually cooled blast furnace slag, 0 to 900 parts by mass of granulated blast furnace slag, concrete scrap or coal ash was added. The obtained processed product was subjected to a dissolution test specified in 1992 Environment Agency Notification No. 46. Table 4 shows the fluorine concentration in the eluate.
[0111]
[Table 4]

[0112]
  From the results shown in Table 4, when only gypsum or slow-cooled blast furnace slag is added to the hot metal pretreatment slag, the amount of fluorine elution decreases, but it is below the environmental standard value of water quality and groundwater (0.8 mg / L or less). It is not possible. This reduction in fluorine concentration is due to the fact that when only gypsum is added, the calcium ion concentration in the solution becomes extremely high and CaF₂, Calcium ions and sulfate ions supplied from gypsum react with calcium ions and silicon ions supplied from the hot metal pretreatment slag, and CaO-SiO₂-H₂This is due to the formation of the O-F compound. When only blast furnace slag is added, fluorine ions react with calcium ions and silicon ions supplied from the blast furnace slag in the eluate, and CaO-SiO₂-H₂This is due to the formation of the O-F compound.
[0113]
  However, when adding gypsum to secondary refining slag B and further adding slowly cooled blast furnace slag, granulated blast furnace slag, concrete scrap or coal ash, calcium ions, aluminum ions and silicon supplied from secondary refining slag B Ettringite 3CaO.Al reacts with sulfate ions supplied from gypsum₂O₃・ 3Ca (SO₄, F) ・ 32H₂O, small amount of monosulfate 3CaO · Al₂O₃・ Ca (SO₄, F) ・ yH₂O (y = 12 or 14), Ca₅[(Si, S) O₄]₃(OH, F), Ca₁₀(SiO₄)₃(SO₄)₃(OH, F)₂Is generated, and fluoride ions are immobilized. Moreover, when gypsum is added to the secondary smelting slag C and further slowly cooled blast furnace slag, blast furnace granulated slag, concrete scrap or coal ash is added, calcium ions and aluminum ions supplied from the secondary smelting slag C become gypsum. Reacts with sulfate ions supplied from ettringite, monosulfate, and the like, thereby immobilizing fluorine ions.
[0114]
  The fluorine immobilization effect of the reaction product containing sulfate ions is the same as that of CaO-SiO generated simultaneously in solution.₂-H₂OF-based compounds and CaO-Al₂O₃-SiO₂-H₂As a result, the blast furnace slag contributes little to fluorine fixation rather than the fluorine fixing effect of the O—F-based compound. It can be seen that the fluorine concentration in the eluate is lower than the environmental standard value of water quality and groundwater (0.8 mg / L or less) in any formulation.
[0115]
  (Example 6)
  After the hot metal pretreatment using the converter, the hot metal pretreatment at 1300 to 1350 ° C. is performed in a slag pan in which 25 parts by mass of secondary smelting slag C having a particle size of 10 mm or less and 15 parts by mass of gypsum are previously charged. 100 parts by mass of slag was discharged from the converter. In addition, an experiment was conducted in which 100 parts by mass of hot metal pretreatment slag at 1300 to 1350 ° C. was discharged from the converter into a slag pot that had been charged with 15 parts by mass of gypsum without adding secondary refining slag. It was. The obtained processed product was subjected to a dissolution test specified in 1992 Environment Agency Notification No. 46. Table 5 shows the fluorine concentration in the eluate.
[0116]
[Table 5]

[0117]
  In Table 5, it can be seen that by adding 15 parts by mass of gypsum, the fluorine concentration in the eluate falls below the environmental standard value of water quality and groundwater (0.8 mg / L or less). Calcium sulfate also acts as a melting point depressant. When the steelmaking slag containing fluorine is discharged from the processing furnace in the steelmaking process and is in a high temperature state, the powder containing calcium aluminate, the powder containing calcium silicate and the calcium aluminum silicate are added. By adding a powder composed of one or more of the powders included and a powder containing sulfate radicals, the melting of the steelmaking slag is promoted, and a fluorine fixing agent component and a sulfuric acid component are contained in the steelmaking slag. Is contained almost uniformly. Also, when the steelmaking slag containing fluorine is discharged from the processing furnace in the steelmaking process and is in a high temperature state, the sulfuric acid component is almost uniformly contained in the steelmaking slag by adding only the powder containing sulfate radicals. become. For this reason, in the stabilization process of steelmaking slag, a sulfate ion is continuously supplied from steelmaking slag, and the fixation efficiency of fluorine increases.
[0118]
  (Example 7)
  100 mass parts of 1400-1450 degreeC secondary refining slag B was discharged | emitted to the slag pot which charged 5-15 mass parts of gypsum beforehand. The obtained treated product was pulverized to 2 mm or less, 30 parts by mass thereof were mixed with 100 parts by mass of hot metal pretreatment slag, and then an elution test specified in 1991 Environment Agency Notification No. 46 was conducted. Table 6 shows the fluorine concentration in the eluate.
[0119]
[Table 6]

[0120]
  In Table 6, when 5 to 15 parts by mass of gypsum is added to the secondary smelting slag, the fluorine concentration in the eluate may be lower than the environmental standard value of water quality and groundwater (0.8 mg / L or less). Recognize. Calcium sulfate also acts as a melting point depressant, and when the steel-making slag containing fluorine is discharged from the processing furnace in the steel-making process and is in a high temperature state, the melting of the secondary refining slag is promoted by adding gypsum Is done. As a result, the sulfuric acid component is contained almost uniformly in the secondary refining slag. For this reason, by mixing this with hot metal pretreatment slag, sulfate ions are continuously supplied from the secondary refining slag, and the immobilization efficiency of fluorine eluted from the hot metal pretreatment slag is increased.
[0121]
  (Example 8)
  To 100 parts by weight of hot metal pretreatment slag, electric furnace slag, or converter slag, 35 parts by weight of secondary refining slag B or desiliconized slag having a particle size of 0.1 mm or less and 15 parts by weight of gypsum are added, Further, 0 to 900 parts by weight of slowly cooled blast furnace slag was added. After blending these, an appropriate amount of water was added and further mixed, followed by curing at 60 ° C. (in an air bath), 80 ° C. (in an air bath), and 120 ° C. (in an autoclave) for 3 hours or 6 hours. Further, 15 parts by weight of gypsum was added to 100 parts by weight of the secondary secondary smelting slag B having a particle size of 2 mm or less, and 0 to 900 parts by weight of slowly cooled blast furnace slag was added. After adding an appropriate amount of water and kneading, it was compacted into a cylindrical shape and cured at 60 ° C. (in an air bath), 80 ° C. (in an air bath), and 120 ° C. (in an autoclave) for 3 hours. The obtained processed product was subjected to a dissolution test specified in 1992 Environment Agency Notification No. 46. Table 7 shows the fluorine concentration in the eluate in each test.
[0122]
[Table 7]

[0123]
  In Table 7, by adding secondary refining slag and gypsum to hot metal pretreatment slag, converter slag, or electric furnace slag, adding an appropriate amount of water and further mixing, then curing at 60 ° C or higher, It can be seen that the fluorine concentration in the water is lower than the environmental standard value of water quality and groundwater (0.8 mg / L or less). In addition, the fluorine concentration in the eluate may be less than 0.8 mg / L or less by adding gypsum to secondary refining slag, adding an appropriate amount of water and further mixing and then curing at 60 ° C or higher. Recognize. In these treatments, the fluorine concentration in the eluate can be further reduced by adding a bulking material such as slowly cooled blast furnace slag.
[0124]
  From Examples 1 to 8 above, CaO · Al₂O₃5CaO.3Al₂O₃, 12CaO · 7Al₂O₃, 9CaO · 5Al₂O₃2CaO · Al₂O₃3CaO · Al₂O₃2CaO · SiO₂・ Al₂O₃Calcium aluminate compounds such as CaO · SiO₂3CaO · 2SiO₂, 8CaO · 5SiO₂2CaO · SiO₂3CaO · SiO₂Calcium silicate compounds such as CaO · Al₂O₃・ SiO₂, Ca_1.82Al_3.64Si_0.36O₈2CaO · Al₂O₃・ SiO₂Calcium aluminum silicate compounds such as these, and synthetic products of these mixtures, hydrates, secondary refining slags, or one or more of desiliconized slags, and mixed with gypsum powder, magnesium sulfate powder or sodium sulfate It can be seen that by using the mixture as a fixing agent, elution of fluorine from the hot metal pretreatment slag, converter slag, electric furnace slag, and secondary refining slag can be reliably suppressed. Furthermore, it turns out that what combined 1 type, or 2 or more types of slow-cooled blast furnace slag, blast-furnace granulated slag, concrete waste, and coal ash can be used as a volume expanding material.
[0125]
【The invention's effect】
  As described above in detail, according to the present invention, steelmaking slag containing fluorine, such as hot metal pretreatment slag, converter slag, electric furnace slag, and secondary refining slag that are inevitably generated in the steelmaking process, can be reliably obtained. Stabilization can be performed. Moreover, since a low-cost secondary refining slag or desiliconized slag can be used in this process, an increase in process cost can be reliably suppressed. Furthermore, it is also possible to use industrial waste such as concrete scrap and coal ash, which is preferable from the viewpoint of recycling industrial waste.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a stabilization processing method according to an embodiment of the present invention for steelmaking slag.
FIG. 2 shows the concentration of fluorine in the eluate and CaO.Al in Example 1.₂O₃Synthetic product, 12CaO · 7Al₂O₃Synthetic product or 3CaO · Al₂O₃It is a figure which shows the relationship with the particle size of a synthetic product.
3 is 3CaO.SiO2 in Example 2. FIG.₂Synthetic product, 2CaO · SiO₂・ Al₂O₃It is a figure which shows the relationship between the mass of a synthetic product or secondary refining slag C, and the fluorine concentration in an eluate.
4 is a graph showing the relationship between the mass of gypsum, magnesium sulfate or sodium sulfate and the fluorine concentration in the eluate in Example 4. FIG.
[Explanation of symbols]
1: Steelmaking slag
1a: Hot metal pretreatment slag
1b: Converter slag
1c: Electric furnace slag
1d: Secondary refining slag
2: Powder comprising calcium aluminate, powder comprising calcium silicate, powder comprising one or a combination of two or more powders containing calcium aluminum silicate
2a: Calcium aluminate, calcium silicate, calcium aluminum silicate composite and hydrate
2b: natural ore
2c: Secondary refining slag or desiliconized slag
3: Powder containing sulfate radical
3a: plaster
3b: Aluminum sulfate
3c: Magnesium sulfate
3d: Sodium sulfate
3e: Iron sulfate
4: Capacity increaser
4a: Slow cooling blast furnace slag
4b: Blast furnace granulated slag
4c: Concrete scrap
4d: Coal ash
5: Mixing device
6: Stabilized products (materials buried in soil)
7: Machine having both functions of kneading and granulation
8: Granulated product
9: Autoclave device or steam curing device

Claims

A mixture of powder containing calcium aluminum silicate and powder containing sulfate radical is used as a fluorine fixing agent to stabilize the hot metal pretreatment slag or secondary refining slag containing fluorine, which is an industrial waste generated in the steelmaking process. A method for stabilizing industrial waste containing fluorine.

The powder containing calcium aluminum silicate is composed of one or more combinations of a synthesized calcium aluminum silicate compound, a naturally occurring calcium aluminum silicate mineral, and a secondary refining slag containing calcium aluminum silicate. 1. A method for stabilizing industrial waste containing fluorine described in 1.

The industrial waste containing fluorine according to claim 1 or 2, wherein the powder containing a sulfate group is composed of one or a combination of gypsum, aluminum sulfate, magnesium sulfate, sodium sulfate, and iron sulfate. Stabilization treatment method.

The method for stabilizing industrial waste containing fluorine according to any one of claims 1 to 3, wherein the average particle size of the powder containing calcium aluminum silicate is 2 mm or less.

While adding 20-80 parts by mass of the powder containing calcium aluminum silicate to 100 parts by mass of the hot metal pretreatment slag or secondary refining slag containing fluorine, 10-80 parts by mass of the powder containing sulfate radical The method for stabilizing industrial waste containing fluorine according to any one of claims 1 to 4 , which is added .

In the stabilization treatment, the hot metal pretreatment slag or secondary refining slag containing fluorine is reacted with a mixture of the powder containing calcium aluminum silicate and the powder containing sulfate radical in the presence of water. The method for stabilizing industrial waste containing fluorine according to any one of claims 1 to 5, which is performed by:

The said stabilization process was performed by heating and pressurizing to 60 degreeC or more by performing an autoclave process or steam curing in presence of water, It was described in any one of Claim 1-6 A method for stabilizing industrial waste containing fluorine.

The stabilization process is performed when the hot metal pretreatment slag or secondary refining slag containing fluorine is discharged from a processing furnace in a steelmaking process and is in a high temperature state. The method for stabilizing industrial waste containing fluorine as described in item 1 .