JP4092667B2 - 鉄を含む残渣を人工岩石に変換するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、非鉄加工産業からの鉄を含む残渣を人工岩石に変換するための方法に関する。
鉄を含む残渣は、非鉄産業の、特に亜鉛加工産業の代表的な副生物である。事実、亜鉛製造でよく知られた技術には硫酸亜鉛溶液の電気分解が含まれる。電気分解の前に溶液から除去されなければならない主な不純物の一つは鉄である。この目的のために、鉄を含む残渣を形成させることにより鉄を沈澱させ、そして亜鉛溶液から分離する。この残渣は、始めに溶液に存在していた大部分の鉄、多量の鉛、砒素、シリカおよび残余の亜鉛からなる。分離の前および間で優勢な条件に依存して、残渣中の鉄はジャロサイト、針鉄鉱、赤鉄鉱または磁鉄鉱として得られる。特にジャロサイトおよび針鉄鉱は商業的価値がなく、そして危険な廃棄物であると考えられている。その廃棄物処理場は厳しく管理され、そして浸出物の漏れを防がなければならない。
危険な産業廃棄物の安定化および固体化は普及している環境技術であり、一般的に“Stabilizing hazardous waste”, J.R.Conner, Chemtech, 1993年12月，第３５ないし４４頁に記載されている。ほとんどの安定化および固体化技術は、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＯおよびＦｅ₂Ｏ₃の間で錯体水和系を形成するポゾラン反応、すなわちポートランドセメント中で起こる型の反応を利用する。
亜鉛産業におけるこの技術の公知の用途はＥＰ−Ａ−００３１６６７に記載されている。この文献は特にジャロサイトの処理について扱っており、そしてカルシウム含有セメント粉末ならびにアルミナおよびシリカをベースとした粉末（飛散灰）と混合することによりそれを固体化させる方法を提案している。生成物は要求された圧縮強度０．６４ＭＮｍ^-2を硬化の２８日後に有し、低い浸出性を示す。
しかしながら、このジャロサイトの処理方法には、ある種の不都合な点が含まれており、すなわち；
−得られた生成物は相対的に低い圧縮強度を有し、くい打ちには適してはいるが建設産業には不適当な製造物が生成される；
−鉛の浸出性に関する重要な問題点が言及されていない；そして
−この方法の経済性を低下させる実質的な量のポートランドセメントが添加される。
本発明の目的は、ＥＰ−Ａ−００３１６６７に記載された方法の不都合な点を避けて、非鉄加工産業からの鉄を含む残渣を人工岩石に変換するための方法を提供することである。
この目的のために、本発明に従い：
−湿潤状態の上記残渣１部と粉砕された溶鉱炉残滓少なくとも０．１重量部および粉砕された転炉残滓少なくとも０．１重量部とを混合する；
−上記混合物に水を添加して粘性のあるペーストを得る；そして
−得られる岩石が建設の用途に利用できる範囲まで、湿潤状態を保ちながら上記ペーストを硬化する。
実際、鉄および鋼鉄製造業の副生物である溶鉱炉残滓および転炉残滓は、鉄を含む残渣と一緒に混合した場合、特に効果的なポゾラン反応物として作用し：硬化後、コンクリートの硬度に匹敵する極度の硬度を有する生成物が得られ；更にこの生成物は非常に低い浸出性、低い多孔率および良好な霜抵抗を示すため、建設の用途に適しているということが発見された。
言うまでもなく、鉄および鋼鉄産業の溶鉱炉および転炉の残滓は非常に安価な反応物である。事実、転炉残滓は商業的価値のない廃棄物であり、これらの残滓のための用途が発見されたことは環境に関して付加的な利益である。
危険な環境影響を有し、建設材料として生成物の使用を妨げる鉛の浸出性の低さは特に興味深い。鉛の不溶性は溶鉱炉残滓中の硫化物の存在によると信じられている。このようにして、本発明の方法は残渣のカプセル化をもたらすだけではなく、少なくとも幾つかの成分間で化学結合を実現させるということが発見された。
ここで、ＪＰ−０２−２３３５３９−Ａにおいて、溶鉱炉残滓を鋼鉄ミル残滓と混合し、ポートランドセメントを添加することにより残滓ブロックが形成されることを述べる。また、ＪＰ−５２−０５８７２８−Ａでは、溶鉱炉または転炉の残滓を（ａ）溶鉱炉スラリーおよびアルカリ誘発剤、ならびに（ｂ）産業廃棄物スラリーと混合することによりモルタルが得られる。一方、ＤＥ−Ａ−３９１５３７３では、転炉残滓を鋼鉄または粉末工場からの廃棄物と混合し、道路建設のための材料が得られる。ＧＢ−Ａ−２１３７１８６では、ポゾランまたは溶鉱炉残滓を鋼鉄製残滓および充填剤材料と一緒に混合することにより、道路建設材料が得られる。
上記残渣、例えば針鉄鉱は十分に洗浄されているものと仮定されており、この段階は亜鉛加工フローシートの欠くことのできない部分である。この洗浄段階の目的は残余の溶解亜鉛を回収し、そしてこれを亜鉛工場に直接再利用することである。
上記残滓は、５００μｍより小さい粒径まで都合良く粉砕され；２５０μｍより小さいことが好ましく、そして１２５μｍより小さいことは更により好ましい。粗い粒径は反応性が乏しいが、しかしながら生成物で機械的にはめ込まれるような良好な径と共存することができる。
ＣａＯを結合することがよく知られているＡｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂の含量が高いため、一般的に溶鉱炉残滓は比較的低い遊離ＣａＯ含量を有する。溶鉱炉残滓中の典型的な濃度範囲は（重量％で）：ＳｉＯ₂２５ないし４０；Ａｌ₂Ｏ₃６ないし２０；Ｆｅ０ないし５；ＭｎＯ０ないし１０；ＣａＯ３０ないし５０；ＭｇＯ２ないし１１；および硫化物０．１ないし５である。
Ａｌ₂Ｏ₃およびＳｉＯ₂の含量が低いため、一般的に転炉残滓は比較的高い遊離ＣａＯ含量を有する。転炉残滓中の典型的な濃度範囲は（重量％で）：ＳｉＯ₂５ないし２５；Ａｌ₂Ｏ₃０ないし５；Ｆｅ５ないし２５；ＭｎＯ２ないし１５；ＣａＯ３０ないし６０；およびＭｇＯ０ないし５である。
溶鉱炉残滓および転炉残滓の全量は、湿潤状態の上記残渣１部に対して少なくとも０．４部であることが好ましい。湿潤状態の上記残渣１部に対して少なくとも０．２部の溶鉱炉残滓および少なくとも０．２部の転炉残滓を使用する場合、非常に良好な結果が得られる。しかしながら、湿潤状態の上記残渣１部に対して少なくとも０．４部の溶鉱炉残滓および少なくとも０．４部の転炉残滓を使用する場合、最も良好な結果が得られる。
湿潤状態の上記残渣１部に対して２部より多い上記両残滓のそれぞれを使用することは賢明でない。なぜならば、これは、本発明の方法を実行するために要求される装備に対する投資コストを過度に増加させるからである。更に、湿潤状態の上記残渣１部に対して１部より多くない上記両残滓のそれぞれを使用することが好ましく、そしてまた湿潤状態の上記残渣１部に対して０．８部より多くない上記両残滓のそれぞれを使用することがより好ましい。
硬化時間を短縮するために、上記混合物または上記ペーストのどちらかに０．１部までのセメント、特にポートランドセメントを添加することが有用であり得る。
本発明の方法により得られた人工岩石を、例えば阻塞建設で使用することができる。粉砕して砂利を製造することも可能であり、これは道路建設で、あるいは建設産業でセメントの製造のために使用することができる。
本発明の方法の特別な態様において、上記ペーストは部分的に硬化され、次いで砕かれて適当な径、例えば砂利の径にされ、そして次いで完全に硬化される。
硬化は、好ましくは上記ペーストを水中に浸しながら行われる。
また本発明は、本発明の方法により製造された人工岩石を含む建設材料にも関する。
これより本発明を以下の実施例により説明する。
実施例で使用された溶鉱炉残滓は鉄および鋼鉄産業で製造される典型的な残滓である。使用された転炉残滓はリンツおよびドナヴィツ（Linz and Donawits）（ＬＤ）転炉方法で製造される。これらの実施例を通して、表１に記載された値に一致する残滓を使用し、表２に記載された値に一致する針鉄鉱を使用する。針鉄鉱は湿度４５重量％を有する。

実施例１
湿潤状態の針鉄鉱１部に対して、１重量部の溶鉱炉残滓および０．５重量部の転炉残滓を添加する。上記残滓を１５０μｍまたはそれ以下まで粉砕する。上記成分を混合し、そして必要量の水を添加し粘性のあるペーストを得る。このペーストを水中で２ヵ月間硬化する。得られた生成物は、非常に固く、そして不活性である。硬化および浸出性試験の結果を以下の表３にまとめる。
実施例２
湿潤状態の針鉄鉱１部に対して、０．５重量部の溶鉱炉残滓および０．７５重量部の転炉残滓を添加する。上記残滓を１５０μｍまたはそれ以下まで粉砕する。上記成分を混合し、そして必要量の水を添加し粘性のあるペーストを得る。このペーストを水中で２ヵ月間硬化する。得られた生成物は、非常に固く、そして不活性である。硬化および浸出性試験の結果を以下の表３にまとめる。
実施例３
湿潤状態の針鉄鉱１部に対して、わずか０．１重量部の溶鉱炉残滓および０．５重量部の転炉残滓を添加する。上記残滓を１５０μｍまたはそれ以下まで粉砕する。上記成分を混合し、そして必要量の水を添加し粘性のあるペーストを得る。このペーストを水中で２ヵ月間硬化する。得られた生成物は、非常に固く、そして不活性である。それにも関わらず、相対的な硬さは、この生成物を依然建設の用途、例えば道路建設に適するものとしている。硬化および浸出性試験の結果を以下の表３にまとめる。

上述の表で報告された硬度は束縛条件付き硬度である。
上述の表で報告された浸出性はＤＩＮ Ｓ４基準に従って測定される。

Claims (16)

1. 非鉄加工産業からの鉄を含む残渣を人工岩石に変換するための方法であって、
   −湿潤状態の上記残渣１重量部と粉砕された溶鉱炉残滓少なくとも０．１重量部および粉砕された転炉残滓少なくとも０．１重量部とを混合すること；
   −上記混合物に水を添加して粘性のあるペーストを得ること；および
   −得られる岩石が建設の用途に使用できるような範囲まで、湿潤状態を保ちながら上記ペーストを硬化させること；
   を特徴とする方法。
2. 鉄を含む残渣が針鉄鉱であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 湿潤状態の上記残渣１重量部に対して、全量で少なくとも０．４重量部の上記残滓を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 湿潤状態の上記残渣１重量部に対して、少なくとも０．２重量部の上記両残滓のそれぞれを使用することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 湿潤状態の上記残渣１重量部に対して、少なくとも０．４重量部の上記両残滓のそれぞれを使用することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 湿潤状態の上記残渣１重量部に対して、２重量部より多くない上記両残滓のそれぞれを使用することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. 湿潤状態の上記残渣１重量部に対して、１重量部より多くない上記両残滓のそれぞれを使用することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 湿潤状態の上記残渣１重量部に対して、０．８重量部より多くない上記両残滓のそれぞれを使用することを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. ５００μｍより小さい粒径まで上記残滓を粉砕することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
10. ２５０μｍより小さい粒径まで上記残滓を粉砕することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. １２５μｍより小さい粒径まで上記残滓を粉砕することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 湿潤状態の上記残渣１重量部に対して、０．１重量部までのセメントを上記混合物または上記ペーストのどちらかに添加することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 上記人工岩石を砕いて砂利を製造することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 上記ペーストを、最初に部分的に硬化させ、次いでこれを砕いて適当な径にし、そして次いで完全に硬化させることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
15. 水中に浸しながら上記ペーストを硬化させることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の方法により得られた人工岩石を含む建設材料。