JP4645195B2 - 炭酸固化体の製造方法 - Google Patents
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Description
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、微粉の割合が多い原料からでも適正な品質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。
また、本発明の他の目的は、溶銑脱硫スラグのような遊離CaOを多く含み且つ微粉の割合が多い粉状のスラグからでも、遊離CaOの残存量が少ない適正な品質の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。
[1]海洋土木用材料、水質浄化用石材、通水性舗装用石材、水耕栽培用ベース材、浄水用フィルター材、植生用土壌材、土壌改良材、成形体の骨材の中から選ばれる材料となる炭酸固化体を製造する方法であって、
水分を含み、未炭酸化Caを含有する主たる原料が鉄鋼製造プロセスで発生するスラグ及び/又はコンクリートからなり、且つ遊離CaO含有量(但し、CaO換算のCa(OH) 2 含有量を含む。)が10mass%以上である未炭酸化Ca含有原料を造粒機内に装入し、該造粒機内に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを導入しつつ、未炭酸化Ca含有原料を撹拌して造粒し、該造粒中の原料を炭酸化反応で固結させることにより、遊離CaO含有量(但し、CaO換算のCa(OH) 2 含有量を含む。)が3mass%未満の炭酸固化した造粒物を得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、未炭酸化Ca含有原料は、粒径0.3mm以下の粒子の割合が30mass%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、未炭酸化Ca含有原料の少なくとも一部が溶銑脱硫スラグであることを特徴とする炭酸固化体の製造方法。
本発明で使用する未炭酸化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・SiO2、3CaO・SiO2、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。
水分を含んだ粉粒状の原料の造粒では、微粉分をある程度含んだ原料の方が造粒性は良好である。本発明の製造方法も粉粒状の未炭酸化Ca含有原料を造粒しつつ炭酸固化させるものであるため、高い造粒性を得るには、原料は微粉をある程度含んだものであることが好ましい。このような観点から、未炭酸化Ca含有原料としては、粒径0.3mm以下の粒子の割合が30mass%以上のものを用いることが好ましい。
したがって、溶銑脱硫スラグなどのように従来技術では利用できなかった遊離CaOの含有量が高く且つ微粉の割合が多いスラグであっても原料として問題なく使用でき、このようなスラグを原料とする場合に特に適している。また、溶銑脱硫スラグは硫黄分(CaS)を含んでいるが、本発明の製造方法では原料と炭酸ガスとが効率的に接触するため、硫黄分を酸化させて安定化させるのにも効果がある。
なお、未炭酸化Ca含有原料の種類や好ましい条件などについては、後に詳述する。
未炭酸化Ca含有原料の造粒は炭酸ガス存在下で行われ、このため原料造粒部には炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガス(以下、説明の便宜上「炭酸ガス」という)が供給される。これらガスの詳細については、後に詳述する。
また、さきに述べたように本発明の製造方法では、原料と炭酸ガスとが効率的に接触することができ、造粒固化体中に残存する未炭酸化Caを少なくすることができるが、造粒固化体中に残存する遊離CaOに起因した膨張割れやCaOの溶出による環境汚染を防止するには、造粒固化体中の遊離CaO含有量(但し、CaO換算のCa(OH)2含有量を含む。)は3mass%未満とすることが好ましく、これを満足するよう造粒時間や炭酸ガス供給量などが調整されることが好ましい。
機体1内に水分を含んだ未炭酸化Ca含有原料xが入れられ、この未炭酸化Ca含有原料xは、機体1が回転することにより撹拌用ブレード2で掻き上げられるようにして撹拌され、造粒される。この造粒中、ガス供給管3から炭酸ガスが供給されることで造粒物が炭酸固化し、造粒固化体が得られる。この造粒固化体は造粒の進行とともに成長し、径が大きくなるので、造粒時間を調整することにより、任意の径の造粒固化体を得ることができる。
本発明により製造される造粒固化体(炭酸固化体)は、漁礁・藻礁造成用石材、築磯用石材などの海洋土木用材料のほか、水質浄化用石材、通水性舗装用石材、水耕栽培用ベース材、浄水用フィルター材、植生用土壌材、土壌改良材(例えば、固化体内部に若干残存するCaOをアルカリ成分とする酸性土壌用の土壌改良材)をはじめとする種々の用途に使用することができる。また、他の成形体の骨材などとして利用してもよい。
本発明で用いる粉粒状の未炭酸化Ca含有原料の粒度に特別な制限はないが、さきに述べたように微粉分をある程度含んだ原料の方が造粒性は良好である。
粉粒状の未炭酸化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含有量(遊離CaO以外のCaOを含む。)は約13〜60mass%、また、コンクリート(例えば、廃コンクリート)のCaO含有量(遊離CaO以外のCaOを含む。)は約5〜15mass%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。
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、この鉄分(地金)の回収処理を経たスラグを用いてもよい。
また、以上のようなスラグの中でも、造粒性の観点からは粒径0.3mm以下の粒子の割合が30mass%以上のものが好ましく、このようなスラグとしては、溶銑脱硫スラグのほか、消化しやすいため粉状になる一部の脱炭スラグなどがある。
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粉粒状に破砕処理され、原料として用いられる。
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。
また、未炭酸化Ca含有原料に海水などのようなClイオン含有物質を添加し、造粒・炭酸化を行うことにより、原料粒子の表面付着水に含まれるClイオンの作用によって、原料粒子から表面付着水中へのCaイオンの溶出速度が増大し、炭酸カルシウムの生成速度を増大でき、製造時間の短縮化や造粒物の大径化が可能となる。
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1〜4m3/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含有原料の質量の3%以上となる時点、一般には、ガス量に換算して原料1t当たり50m3以上、好ましくは200m3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。
また、炭酸ガスは原料の乾燥を防ぐために加湿した状態で原料に供給されることが好ましい。このため原料にガスを供給するに当たっては、炭酸ガスを一旦水中に吹き込んでH2O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。
発明例1〜4では、原料に水分(初期水分)を添加した後、図1に示す形式の造粒機を用いてCO2含有ガス(CO2:20vol%)を供給しつつ造粒を行い、炭酸固化体(造粒固化体)を製造した。一方、比較例では、原料に水分(初期水分)を添加した後、図1に示す形式の造粒機を用いてCO2含有ガスを供給することなく造粒を行い、造粒がほぼ終わった段階でCO2含有ガスの供給を開始し、造粒物を転動させつつ炭酸化処理を行い、炭酸固化体を製造した。この炭酸固化体を篩にかけ、+10mmのものを比較例1、−10mmのものを比較例2とした。
一方、造粒後に炭酸化処理を行って得られた比較例1,2は、炭酸化量が少なく、残存する遊離CaO量も多い。このため製造して11日後の海水浸漬試験では粒表面に点在した析出物が認められ、海水のpHも高くなった。
2 撹拌用ブレード
3 ガス供給管
x 未炭酸化Ca含有原料
Claims (3)
- 海洋土木用材料、水質浄化用石材、通水性舗装用石材、水耕栽培用ベース材、浄水用フィルター材、植生用土壌材、土壌改良材、成形体の骨材の中から選ばれる材料となる炭酸固化体を製造する方法であって、
水分を含み、未炭酸化Caを含有する主たる原料が鉄鋼製造プロセスで発生するスラグ及び/又はコンクリートからなり、且つ遊離CaO含有量(但し、CaO換算のCa(OH) 2 含有量を含む。)が10mass%以上である未炭酸化Ca含有原料を造粒機内に装入し、該造粒機内に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを導入しつつ、未炭酸化Ca含有原料を撹拌して造粒し、該造粒中の原料を炭酸化反応で固結させることにより、遊離CaO含有量(但し、CaO換算のCa(OH) 2 含有量を含む。)が3mass%未満の炭酸固化した造粒物を得ることを特徴とする炭酸固化体の製造方法。 - 未炭酸化Ca含有原料は、粒径0.3mm以下の粒子の割合が30mass%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。
- 未炭酸化Ca含有原料の少なくとも一部が溶銑脱硫スラグである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。
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