JP4474906B2

JP4474906B2 - 炭酸固化体の製造方法

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Publication number: JP4474906B2
Application number: JP2003392956A
Authority: JP
Inventors: 圭児渡辺; 康人宮田; 典男磯尾; 達人高橋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-21
Also published as: JP2005154178A

Description

本発明は、ＣａＯ含有廃材（例えば、コンクリート廃材）や鉄鋼製造プロセスで発生したスラグなどのような、細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料を主体とする原料を炭酸ガスと接触させ、炭酸化反応によって生成した炭酸カルシウムをバインダーとして固結させることにより炭酸固化体を製造する方法に関するものである。

鉄鋼製造プロセスで発生するスラグの利材化方法の一つとして、細粒状のスラグをこれに含まれる未炭酸化Ｃａ（ＣａＯ及び／又はＣａ(ＯＨ)_２）を利用して炭酸固化させることにより、ブロック化された炭酸固化体を得る方法が知られている（例えば、特許文献１）。この方法では、例えば、水分を添加した細粒状のスラグを型枠に充填し、このスラグ充填層に炭酸ガスを吹き込むことによってスラグに含まれる未炭酸化Ｃａに炭酸化反応を生じさせ、この炭酸化反応で生成した炭酸カルシウムを主たるバインダーとしてスラグ充填層を固結させ、ブロック化された炭酸固化体を得るものである。

特開平１１−７１１６０号公報

このような炭酸固化体の製造技術は、スラグやその他のＣａＯ含有廃材を原料として利用できるため、資源のリサイクル化という観点から非常に有用なものである。また、製造された炭酸固化体は旧来のコンクリート製品に代わる製品として、路面敷設用や建築用などの土木・建築材料、藻礁用や魚礁用などの水中沈設用材料をはじめとする様々な用途への利用が期待でき、特に藻礁用や魚礁用などの水中沈設用材料としては、海藻類の生育や水中生物の棲息に好ましい環境を提供するという面で、コンクリート製品に較べて優れた性能を有することが判っている。

しかし、上述のようにして製造される炭酸固化体は、炭酸化反応によって生成した炭酸カルシウムをバインダーとして原料粒子を固結させた多孔質体であるため、コンクリート製品などに較べて強度（圧縮強度）を出しにくい難点があり、このため搬送中や使用中に亀裂を生じるなどの問題を生じることがある。
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、高い強度を有する炭酸固化体を安定して製造することができる炭酸固化体の製造方法を提供することにある。

スラグなどの細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料（以下、“スラグ”を例に説明する）の充填層を炭酸ガス（ＣＯ_２）と接触させ、炭酸化反応によって生成した炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を主たるバインダーとして固結させることにより炭酸固化体を製造する場合において、スラグ中の未炭酸化ＣａとＣＯ_２との反応は、各スラグ粒子の周囲に存在する水を介して進行するものと考えられている。すなわち、スラグ粒子の表面に存在する水（表面付着水）にスラグ粒子間を流れるＣＯ_２が溶解するとともに、スラグ側からはＣａイオンが溶出し、この水に溶解・溶出したＣＯ_２とＣａイオンとが反応（炭酸化反応）することにより、スラグ粒子表面にＣａＣＯ_３が析出するものと考えられる。そして、このスラグ粒子表面に析出したＣａＣＯ_３がスラグ粒子どうしを結合する主たるバインダーとなってスラグ充填層の全体が固結（炭酸固化）するものである。

本発明者らは、このような原理でスラグ充填層の炭酸固化が生じることを前提に、炭酸化反応により生成するＣａＣＯ_３をバインダーとしてスラグ粒子どうしを強固に固結させるための方策について検討を行った。その結果、細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に適量の微粉原料を混合することにより、製造される炭酸固化体の強度を飛躍的に高めることができることを見出した。この理由は必ずしも明らかではないが、炭酸化反応によるＣａＣＯ_３の生成場所であるスラグ粒子間の間隙部に微粉原料が存在することにより、(1)微粉原料がＣａＣＯ_３の反応サイト（析出核）となることによってＣａＣＯ_３の生成が促進されること、(2)ＣａＣＯ_３の生成時において、微粉原料がＣａＣＯ_３の析出に必要な表面付着水をスラグ粒子間でブリッジする役目をし、この結果、ＣａＣＯ_３が生成した状態では、微粉原料が析出核となって生成したＣａＣＯ_３がスラグ粒子間のブリッジとなり、スラグ粒子間の結合を強固なものにすること、(3)生成したＣａＣＯ_３によるスラグ粒子どうしの結合部では、微粉原料がＣａＣＯ_３中に取り込まれたような状態となるため、この微粉原料の分だけＣａＣＯ_３の見掛け上のボリュームが増加し、スラグ粒子間の結合が強化されること、などの理由によるものと考えられる。
また、これも理由は明らかではないが、細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に微粉原料を混合すると、製造中における原料層の膨張が抑制され、寸法精度が高い炭酸固化体が得られることも判明した。

本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下の通りである。
［1］細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料を主体とする原料を、水分を含んだ状態で炭酸ガスと接触させて炭酸化反応で固結させることにより、炭酸固化体を製造する方法であって、
粒径１０ｍｍ以下であり、且つ粒径１．１８ｍｍ以上の割合が１０質量％以上の細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に、石灰石微粉末、アルミナ微粉末及び製鋼ダストの中から選ばれる１種以上である粒径１００μｍ以下の微粉原料を、混合原料中の微粉原料の配合割合が１〜１０質量％となるように混合し、該混合原料を炭酸化反応により固結させることを特徴とする炭酸固化体の製造方法。

［2］上記［1］の製造方法において、混合原料中での未炭酸化Ｃａ含有原料の割合が７０質量％以上であることを特徴とする炭酸固化体の製造方法。
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、混合原料の充填層を形成し、該原料充填層に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを吹き込むことを特徴とする炭酸固化体の製造方法。

本発明法によれば、炭酸化反応によって生成するＣａＣＯ_３による細粒状の原料粒子間の結合が強化されることにより、高い強度を有する炭酸固化体を安定して製造することができる。また、製造される炭酸固化体の寸法精度を高めることができる。

本発明の炭酸固化体の製造方法では、細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に微粉原料を混合し、この混合原料を炭酸ガス存在下で炭酸化反応により固化（固結）させ、炭酸固化体を製造する。
本発明で使用する細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料の種類に特別な制限はないが、例えば、コンクリートや鉄鋼製造プロセスで発生したスラグなどが挙げられる。
未炭酸化Ｃａ含有原料中に含まれる未炭酸化Ｃａ、すなわちＣａＯ及び／又はＣａ（ＯＨ）_２は、少なくとも固体粒子の組成の一部として含まれるものであればよく、したがって、鉱物としてのＣａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２の他に、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２、ガラスなどのように組成の一部として固体粒子中に存在するものも含まれる。
なお、使用可能な未炭酸化Ｃａ含有原料の種類などについては、後に詳述する。

また、細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料の粒度にも特別な制限はないが、ＣＯ_２との接触面積を確保して反応性を高めるためには、ある程度粒度が細かい方が好ましい。また、未炭酸化Ｃａ含有原料の粒度が大き過ぎると、原料粒子内部に炭酸化しきれないＣａが残存するため、製造された炭酸固化体中の原料粒子が膨張崩壊し、亀裂などの原因となる場合もある。以上の観点から、未炭酸化Ｃａ含有原料は実質的に（すなわち、不可避的に含まれる粒度の大きい固体粒子を除き）１０ｍｍ以下、より望ましくは５ｍｍ以下、特に望ましくは３ｍｍ以下の粒度のものが好ましい。一方、未炭酸化Ｃａ含有原料の粒度が小さ過ぎると原料充填時の気孔率が高くなりすぎるため、製品の強度が低下する。このため未炭酸化Ｃａ含有原料は、粒径１．１８ｍｍ以上の割合が１０質量％以上、望ましくは１５質量％以上であることが好ましい。

細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に混合される微粉原料の粒度は特に限定されないが、後述するような作用効果を得るには、粒径１００μｍ以下、好ましくは７５μｍ以下の原料であることが好ましい。また、微粉原料は未炭酸化Ｃａ含有原料である必要はないが、未炭酸化Ｃａを含有することは差し支えない。
微粉原料の種類としては、疎水性を有しない材料、すなわち水に対する適度な濡れ性を示す材料であれば特に制限はない。例えば、石灰石微粉末、アルミナ微粉末や製鋼ダストなどのような金属酸化物微粉末が例示でき、これらの中から選ばれる１種以上を用いることができる。

細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に対する微粉原料の配合割合は、少なすぎると配合による効果が十分に得られず、一方、過剰に配合すると原料充填時の気孔率が高くなりすぎるため、製品の強度が低下する。以上の観点から、混合原料中での微粉原料の配合割合は１〜１０質量％、好ましくは３〜７質量％とすることが望ましい。
なお、微粉原料を細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に添加・混合するに当たっては、微粉原料そのもの（すなわち、１００％微粉原料）を細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に添加・混合する以外に、微粉分を含む原料を細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に添加・混合してもよく、この場合には、当該微粉分が微粉原料として機能することになる。
混合原料中での未炭酸化Ｃａ含有原料の割合は、７０質量％以上であることが好ましい。混合原料中での未炭酸化Ｃａ含有原料の割合が７０質量％未満では、炭酸化反応時の析出ＣａＣＯ_３量が不足するため、製品の強度が低下する。

先に述べたように、細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料中の未炭酸化ＣａとＣＯ_２との反応は、原料粒子の表面に存在する水（表面付着水）に原料粒子間を流れるＣＯ_２が溶解するとともに、原料粒子側からはＣａイオンが溶出し、この水に溶解・溶出したＣＯ_２とＣａイオンとが反応（炭酸化反応）することにより、原料粒子表面にＣａＣＯ_３が析出するものである。そして、本発明製法の場合には、炭酸化反応によるＣａＣＯ_３の生成場所である原料粒子間の間隙部に微粉原料が存在することにより、以下のような機構によって、ＣａＣＯ_３による原料粒子間の結合が強化されるものと考えられる。
(1) 微粉原料がＣａＣＯ_３の反応サイト（析出核）となることによってＣａＣＯ_３の生成が促進される。
(2) 微粉原料が析出核となって生成したＣａＣＯ_３が細粒状の原料粒子間のブリッジとなり（ＣａＣＯ_３の生成時には、微粉原料がＣａＣＯ_３の析出に必要な表面付着水を原料粒子間でブリッジする役目をする）、原料粒子間の結合を強固なものにする。
(3) 最終的に、微粉原料は生成したＣａＣＯ_３中に取り込まれる状態となるため、この微粉原料の分だけＣａＣＯ_３の見掛け上のボリュームが増加し、原料粒子間の結合が強化される

図１（ａ），（ｂ）は、従来製法により得られる炭酸固化体と本発明製法により得られる炭酸固化体について、細粒状の未炭酸Ｃａ含有原料の原料粒子間でのＣａＣＯ_３の生成形態を模式的に示したものである。これによれば、図１（ａ）に示す従来製法により得られる炭酸固化体では、基本的に原料粒子の表面に生成したＣａＣＯ_３だけで原料粒子どうしが結合され、このため原料粒子間の間隙が大きい場所では、原料粒子どうしがＣａＣＯ_３により結合されない場合も生じる。これに対して図１（ｂ）に示す本発明製法により得られる炭酸固化体では、微粉原料を析出核として生成したＣａＣＯ_３が細粒状の原料粒子間をブリッジし、原料粒子どうしがＣａＣＯ_３がよって強固に結合された状態となる。加えて、生成したＣａＣＯ_３中に微粉原料が取り込まれた状態となるため、その分見掛け上のＣａＣＯ_３のボリュームが増加することになる。以上の結果、図１（ａ）に示す従来製法による炭酸固化体に較べ、ＣａＣＯ_３による原料粒子間の結合強度が大幅に高まることになる。
さらに、従来製法では、製造（炭酸化処理）中に原料層が膨張して、製品を寸法精度の許容範囲に収めることが難しくなるケースがあるが、未炭酸化Ｃａ含有原料に微粉原料を混合する本発明製法では、そのような原料層の膨張が適切に抑制され、寸法精度が高い炭酸固化体が得られることも判明した。この理由は必ずしも明確ではないが、微粉原料を添加することによりＣａＣＯ_３の析出核が増大する結果、未炭酸Ｃａ含有原料の原料粒子間の空隙を埋める方向でＣａＣＯ_３層が生成するためであると考えられる。

微粉原料は細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に均一に混合されることが好ましく、このため微粉原料を未炭酸化Ｃａ含有原料に配合した後、撹拌機等でよく混合することが好ましい。
混合原料を炭酸化処理する方法に特別な制限はないが、一般には、型枠などの容器に混合原料を装入して原料充填層を形成し、この原料充填層に炭酸ガスを吹き込むことにより原料充填層を固化させる方法が簡便である。
既に述べたように、未炭酸化Ｃａ含有原料を炭酸ガス存在下で炭酸化反応により固化させるには原料が適量の水分を含んでいること、より具体的には原料粒子の表面に表面付着水が存在することが必要である。また、図１（ｂ）からも判るように、本発明製法の場合には、未炭酸化Ｃａ含有原料に添加・混合された微粉原料自体も水の存在下でＣａＣＯ_３の析出核となる。このため、未炭酸化Ｃａ含有原料と微粉原料の混合原料には、必要に応じて水分が添加される。なお、この水分添加を未炭酸化Ｃａ含有原料に対して行い、しかる後、この水分添加された未炭酸化Ｃａ含有原料に微粉原料を添加・混合するようにしてもよい。

以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。
図２は本発明の一実施形態を示すもので、型枠１に原料を充填して原料充填層Ａを形成し、この原料充填層Ａ内に炭酸ガスを吹き込むようにしたものである。図１は、原料充填層Ａを形成する型枠１を縦断面した状態を示している。
前記型枠１は実質的に気密又は半気密にすることが可能な型枠であって、本実施形態では、容器状の本体１００とその上部を閉塞する蓋体１０１とから構成されている。前記本体１００の底部にはガス給気部２（ガス給気用空間）が設けられるとともに、このガス給気部２と本体１００との間の隔壁には多数のガス通孔２０が形成されている。前記ガス給気部２にはガス供給管３が接続され、このガス供給管３を通じてガス給気部２内に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガス（以下、総称して“炭酸ガス”という）が供給される。また、型枠１の上部には型枠内に供給されたガスの排気を行うための排気管４が接続されている。その他図面において、５，６は各配管系に設けられた開閉弁である。

未炭酸化Ｃａ含有原料に微粉原料を配合し、これを均一に混合した混合原料が型枠１内に装入され、原料充填層Ａが形成される。原料が炭酸ガスと接触して炭酸化反応により固結するには、先に述べたように水分（原料粒子の表面付着水）が必要であり、このため必要に応じて混合原料に水分を添加する。この水分添加は型枠１に装入する前に行ってもよいし、装入後に行ってもよい。また、型枠装入後に行う場合には、型枠１の上部を開放した状態で、型枠１ごと水槽内の水に浸漬してもよいし、原材料充填層Ａの上部から十分な量の水を散水してもよい。また、未炭酸化Ｃａ含有原料に水分添加を行い、しかる後、微粉原料を添加して十分に混合するようにしてもよい。通常、原料充填層Ａの含水率は３〜１２％、好ましくは５〜１０％程度とするのが適当である。

上記のように水分を含んだ原料充填層Ａを形成した後、型枠１内に吹き込まれる炭酸ガスが原料充填層全体に良く浸透するようにするため型枠に蓋体１０１を装着し、型枠１を気密又は半気密状態にする。この状態で型枠１内に炭酸ガスの供給を行って、混合原料に炭酸化反応を生じさせる。図２の場合には、ガス供給管３を通じて供給された炭酸ガスは、ガス給気部２に導入された後、ガス通孔２０から上方の原料充填層Ａ内に吹き込まれる。原料充填層Ａ内を通過する炭酸ガスの一部は、原料粒子からその表面付着水に溶出したＣａイオンと反応し、原料粒子及び微粒原料の粒子の表面にＣａＣＯ_３が析出し（図１（ｂ）参照）、これがバインダーとなって原料充填層Ａの固結が進行する。炭酸ガスの残りは原料充填層Ａを通過して排気管４から型枠１外に排出される。また、場合によっては、排気管４の開閉弁６を閉じた状態で原料充填層Ａ内に炭酸ガスを供給するようにしてもよいが、その場合には、時々開閉弁６を開にして型枠１内に溜まったガスを放出し、型枠１内の炭酸ガス濃度が所定レベル以上に維持されるようにすることが好ましい。
以上のような炭酸ガスの供給を所定時間行った後、固結した原料充填層Ａを脱型し、製品である炭酸固化体を取り出す。

図２に示した実施形態は型枠１内に原料充填層Ａを形成し、この原料充填層内に炭酸ガスを吹き込むようにしたものであるが、本発明法は、混合原料を炭酸ガス雰囲気内に置き、炭酸ガスを原料内部に浸透させるような実施形態を採ることもできる。この場合には、混合原料を圧縮成形などによって予成形し、この予成形されたものを炭酸ガス雰囲気内に置いて炭酸固化させる。図３は、その一実施形態を示すもので、処理容器を縦断面した状態で示している。
処理容器１ａは実質的に気密にすることが可能な容器であって、その側部には原料出し入れ部１０２が設けられている。この処理容器１ａにはガス供給管３ａが接続され、このガス供給管３を通じて処理容器１ａ内に炭酸ガスが供給される。また、処理容器１ａの上部には処理容器内に供給されたガスの排気を行うための排気管４ａが接続されている。その他図面において、５ａ，６ａは各配管系に設けられた開閉弁である。

未炭酸化Ｃａ含有原料と微粉原料との混合原料には、先に述べたような理由から予め所定の水分が添加されるとともに、圧縮成形などの方法により任意の形状に予成形される。なお、混合原料を予成形するに当たっては、予成形体内の貫通気孔が過剰に塞がれないことを限度として、セメントなどのポラゾン反応物質、糖蜜、デンプンなどのバインダーを混合原料に配合してもよい。混合原料の予成形体Ｂは、処理容器１ａ内に装入（収納）され、処理容器１ａ内は気密にされる。この状態で、ガス供給管３ａを通じて処理容器１ａ内に所定時間炭酸ガスの供給を行う。供給された炭酸ガスの一部は予成形体Ｂの表面から内部に浸透し、原料に炭酸化反応を生じさせる。炭酸ガスの残りは排気管４ａから処理容器１ａ外に排出される。また、場合によっては、図２の実施形態と同様に、排気管４ａの開閉弁６ａを閉じた状態で処理容器１ａ内に炭酸ガスを供給するようにしてもよい。
以上のような炭酸化処理を所定時間行った後、製品である固結した予成形体Ｂ（炭酸固化体）を処理容器１ａから取り出す。

本発明により製造される炭酸固化体の形状は任意であり、例えば断面形状が円形、楕円形、三角形、四角形以上の多角形、星形など、或いは全体形状が球形状、楕球形、四面体以上の多面体形、円錐体形、柱状形、テトラポット形など、任意の形状とすることができる。
また、本発明により製造される炭酸固化体は、漁礁・藻礁造成用石材、築磯用石材、水質浄化用石材、通水性舗装用石材、通水性被覆ブロック、埋設排水溝用ブロック、水耕栽培用ベース材、浄水用フィルター、給水用容器をはじめとする種々の用途に使用することができる。

以下、本発明の製造方法における好ましい製造条件について説明する。
細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料としては、少なくとも組成の一部として未炭酸化Ｃａを含むものであれば特に制限はないが、未炭酸化Ｃａの含有率が高く、しかも資源のリサイクルを図ることができるという点で、鉄鋼製造プロセスで発生するスラグ、コンクリート（例えば、廃コンクリート）などが特に好ましい。一般に、鉄鋼製造プロセスで発生するスラグのＣａＯ濃度は約１３〜５５mass％、また、コンクリート（例えば、廃コンクリート）のＣａＯ濃度は約５〜１５mass％（セメント中のＣａＯ濃度：５０〜６０mass％）であり、また、これらは入手も容易であるため、未炭酸化Ｃａ含有原料として極めて好適な素材であるといえる。したがって、未炭酸化Ｃａ含有原料の少なくとも一部が、また特に望ましくは主たる原料がスラグ及び／又はコンクリートであることが好ましい。

鉄鋼製造プロセスで発生するスラグとしては、高炉徐冷スラグ、高炉水砕スラグなどの高炉系スラグ、予備処理、転炉、鋳造などの工程で発生する脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグ、鋳造スラグなどの製鋼系スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、また、２種以上のスラグを混合して用いることもできる。
また、鉄鋼製造プロセスで発生するスラグには相当量の鉄分（粒鉄などの鉄分）が含まれており、このようなスラグをそのまま使用すると、この鉄分の分だけ原料中でのＣａＯ濃度が低下するため、スラグとしては地金（鉄分）回収処理を経たスラグを用いることが好ましい。

また、コンクリートとしては、例えば、建築物や土木構造物の取壊しなどにより生じた廃コンクリートなどを用いることができる。
また、未炭酸化Ｃａ含有材としては、上記のスラグやコンクリート以外に、モルタル、ガラス、アルミナセメント、ＣａＯ含有耐火物などが挙げられ、これらの１種以上を単独でまたは混合して、或いはスラグ及び／又はコンクリートと混合して使用することもできる。
これらの材料は必要に応じて細粒状に破砕処理され、原料として用いられる。
未炭酸化Ｃａ含有原料は、その全量が未炭酸化Ｃａを含む固体粒子である必要はない。すなわち、未炭酸化Ｃａ含有原料に含まれる未炭酸化Ｃａの炭酸化によって炭酸固化体のバインダーとして十分な量のＣａＣＯ_３が生成されるのであれば、未炭酸化Ｃａ含有原料に未炭酸化Ｃａを含まない固体粒子が含まれていてもよい。このような固体粒子としては、例えば、天然石、砂、可溶性シリカ、金属（例えば、金属鉄、酸化鉄）などが挙げられる。
また、これらのうち金属鉄、酸化鉄、可溶性シリカなどは、本発明法により製造された炭酸固化体が水中沈設用材料として用いられる場合に、水中の硫黄や燐の固定剤、海藻類などの水生植物の栄養源などとして有効に作用する。また、これら以外にも任意の成分（粒子）を適量、すなわち炭酸固化体の強度低下などを招かない限度で含むことができる。

混合原料に炭酸化反応を生じさせるために使用される炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスとしては、例えば、一貫製鉄所内で排出される石灰焼成工場排ガス（通常、ＣＯ_２：２５％前後）や加熱炉排ガス（通常、ＣＯ_２：６．５％前後）などが好適であるが、これらに限定されるものではない。また、ガス中のＣＯ_２濃度が低すぎると処理効率が低下するという問題を生じるが、それ以外の問題は格別ない。したがって、ＣＯ_２濃度は特に限定しないが、効率的な処理を行うには３％以上のＣＯ_２濃度とすることが好ましい。
また、炭酸ガスの供給量にも特別な制限はないが、一般的な目安としては０．００４〜０．５ｍ^３／ｍｉｎ・ｔ（原料ｔｏｎ）程度のガス供給量が確保できればよい。また、ガス供給時間（炭酸化処理時間）にも特別な制約はないが、目安としては炭酸ガスの供給量が未炭酸化Ｃａ含有原料の重量の３％以上となる時点、すなわち、ガス量に換算すると原料１ｔ当たり１５ｍ^３以上、好ましくは２００ｍ^３以上の炭酸ガスが供給されるまでガス供給を行うことが好ましい。

供給される炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスは常温でよいが、ガスが常温よりも高温であればそれだけ反応性が高まるため有利である。但し、ガスの温度が過剰に高いと混合原料の水分を乾燥させたり、或いはＣａＣＯ_３がＣａＯとＣＯ_２に分解してしまうため、高温ガスを用いる場合でもこのような分解を生じない程度の温度のガスを用いる必要がある。
また、炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスは原料の乾燥を防ぐために加湿した状態で混合原料に供給されることが好ましい。このため混合原料にガスを供給するに当たっては、炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを一旦水中に吹き込んでＨ_２Ｏを飽和させた後、原料に供給することが好ましく、これにより混合原料の乾燥を防止して炭酸化反応を促進させることができる。

細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料である製鋼スラグ（粒径３ｍｍ以下で、且つ粒径１．１８ｍｍ以上の割合が約２２質量％の製鋼スラグ）：９５質量部と、微粉原料である石灰石粉（粒径１００μｍ以下）：５質量部を混合した含水率：９％の混合原料を、図２に示すような構造の１ｍ×１ｍ×１ｍの型枠に装入し、加圧振動成形機で加振して高さ約０．５ｍの原料充填層を形成した。炭酸ガス含有ガス（ＣＯ_２：２５％）を１００Ｌ／分の供給量で４８時間かけて型枠の底部から前記原料充填層内に吹き込み、原料を炭酸固化させた。
比較例として、全量が製鋼スラグ（粒径３ｍｍ以下で、且つ粒径１．１８ｍｍ以上の割合が約２２質量％の製鋼スラグ）からなる原料を、同様に型枠に装入・加振して高さ約０．５ｍの原料充填層を形成し、炭酸ガス含有ガス（ＣＯ_２：２５％）を１００Ｌ／分の供給量で４８時間かけて型枠の底部から前記原料充填層内に吹き込み、原料を炭酸固化させた。
以上のようにして製造された炭酸固化体から１００ｍｍφ×２００ｍｍ高さの試験体（コア）を採取し、その圧縮強度（１０本の平均値）を測定した結果を以下に示す。
本発明例：１２０ｋｇｆ／ｃｍ^２
比較例：８５ｋｇｆ／ｃｍ^２

従来製法により得られた炭酸固化体と本発明製法により得られた炭酸固化体について、原料粒子間でのＣａＣＯ_３の生成形態を模式的に示した説明図本発明の一実施形態を、型枠を縦断面した状態で示す説明図本発明の他の実施形態を、処理容器を縦断面した状態で示す説明図

符号の説明

１…型枠、１ａ…処理容器、２…ガス給気部、３，３ａ…ガス供給管、４，４ａ…排気管、５，５ａ，６，６ａ…開閉弁、２０…ガス通孔、１００…本体、１０１…蓋体、１０２…原料出し入れ部、Ａ…原料充填層、Ｂ…予成形体

Claims

細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料を主体とする原料を、水分を含んだ状態で炭酸ガスと接触させて炭酸化反応で固結させることにより、炭酸固化体を製造する方法であって、
粒径１０ｍｍ以下であり、且つ粒径１．１８ｍｍ以上の割合が１０質量％以上の細粒状の未炭酸化Ｃａ含有原料に、石灰石微粉末、アルミナ微粉末及び製鋼ダストの中から選ばれる１種以上である粒径１００μｍ以下の微粉原料を、混合原料中の微粉原料の配合割合が１〜１０質量％となるように混合し、該混合原料を炭酸化反応により固結させることを特徴とする炭酸固化体の製造方法。
混合原料中での未炭酸化Ｃａ含有原料の割合が７０質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の炭酸固化体の製造方法。
混合原料の充填層を形成し、該原料充填層に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを吹き込むことを特徴とする請求項１又は２に記載の炭酸固化体の製造方法。