JP4932073B2

JP4932073B2 - スラグ粒およびその製造方法

Info

Publication number: JP4932073B2
Application number: JP2000292793A
Authority: JP
Inventors: 直樹平井; 清柴田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: JP2002104848A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼製錬、非鉄金属製錬、ゴミ溶融、汚泥処理などで発生するスラグを有効に利用することを可能とする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スラグは道路用材、コンクリート用材、セメント用材などに広く使用されている。これらスラグ製品からの金属成分等の溶出は、土壌環境基準などに適合したものであるが、生成したスラグそのままでは、金属成分等が溶出し土壌環境基準に適合しない場合がある。そのため、各種の溶出防止技術が提案されている。
【０００３】
例えば、ステンレス鋼スラグからクロムイオンの溶出を防止する方法として、特開平８−１０４５５３号公報に、溶融スラグに２価Ｓ化合物を添加する方法が開示されている。また、特開昭５６−４５７８９号公報には、スラグを溶融状態から４００℃まで５℃／分以上の冷却速度で冷却する方法が開示されている。
高炉スラグにおいては、スラグ中の硫黄成分の溶出によると考えられる黄色水の発生があるが、例えば、特開昭６３−２０６３３５号公報には、山積みした高炉スラグ砕石に酸素または酸素含有気体の吹き込みを行って、硫黄の安定化を図るエージング方法が開示されている。また、特開昭５３−７００１９号公報には、高炉操業時にスラグ中のＭｎ含有量を増加させ、スラグ中のＳをＭｎＳとして固定することにより、スラグをバラス等に使用する際の黄色水の発生を防ぐ方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、スラグが溶融している間に成分を制御する方法、冷却速度を制御する方法、エージングなどスラグの後処理による方法などであるが、これらの方法は、溶出対象物質によって手法が異なるものである。多くの金属成分の溶出を多くの環境基準に適合されるために、これらいくつかの方法を単独で各々実施することや、または、これらいくつかの方法を組み合わせて実施することは、作業上大変で、さらには、各種物質に対応して各種設備を保有することは、経済的にも負担が大きい。
【０００５】
また、カルシウムなどの塩基性成分を含むスラグでは、スラグ浸漬水のｐＨが高い場合があり、その要因の一つは、塩基性成分の溶出と考えられている。このｐＨ特性は、コンクリートへの利用や酸性土壌の改良に際しては有利であるが、塩基性成分の溶出が抑制できれば、よりスラグの利用促進が図れると考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は、溶出の始まりとなるスラグと水との接触を回避することにより、各種物質の溶出を抑制することを課題とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明では、４０℃以上の融点をもつ有機物またはその金属塩であるステアリン酸、ステアリン酸塩、パラフィンから選ばれる少なくとも1種で溶融被覆されているスラグ粒を提供する。
【０００８】
また、本発明では、スラグ粒と４０℃以上の融点をもつ有機物またはその金属塩を混合し、該有機物またはその金属塩の融点以上に加熱した後、融点未満に冷却することによって、有機物またはその金属塩が表面に被覆されたスラグ粒を製造する。その際に、スラグ粒と、有機物またはその金属塩を混合しながら加熱することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、スラグからの各種物質の溶出抑制を目的として、４０℃以上の融点をもつ有機物またはその金属塩であるステアリン酸、ステアリン酸塩、パラフィンから選ばれる少なくとも1種によって表面が溶融被覆されているスラグ粒を提供する。図１は、本発明のスラグ粒の模式図であり、スラグ粒１の表面に有機物またはその金属塩２が溶融被覆されている。対象とするスラグは、主に、鉄鋼製錬、非鉄金属製錬、ゴミ溶融、汚泥処理などで発生するスラグで、珪素、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム、鉄などの酸化物を主たる化学成分とするスラグであるが、本発明は、スラグの発生源や化学成分に限定されることなく適用することができる。
【００１０】
有機物またはその金属塩は、溶融してスラグ表面を被覆した後に固化して常温で付着させておくために、融点は４０℃以上とする。融点が４０℃より低いと、本発明のスラグ粒を製造後の常温下で被覆した有機物またはその金属塩が剥離し、スラグ粒を使用する際に溶出抑制効果が十分得られなくなる。好ましくは、スラグ粒の使用環境温度以上の融点をもつ有機物を選択する。
【００１１】
また、本発明では、スラグ粒の大きさは特に限定しないが、粒径が小さいほど、スラグ粒と有機物またはその金属塩が均一に混合し易く、被覆が均一に行える。
本発明に用いる有機物またはその金属塩は常温で固体である。本発明では、有機物またはその金属塩を溶融流動させてスラグ表面を被覆するために、スラグと混合する際の有機物またはその金属塩の大きさは、特に限定しない。しかしながら、有機物またはその金属塩が、溶融前にスラグ粒間の隙間に充填されていれば、溶融時に効率よくスラグ粒を被覆できることから、有機物またはその金属塩の大きさは、スラグの平均粒径以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明で、スラグに対する有機物またはその金属塩の混合量は、特に限定しない。全ての粒径のスラグ粒の全表面を、薄い有機物の膜で被覆できることが理想的である。しかし、本発明の目的から、対象物質の溶出が目標値または規制値以下であれば十分であり、必ずしも、全ての粒径のスラグ粒の全表面を被覆する必要はない。例えば、図１の一部のスラグ粒のように、部分的に被覆されていなくても、対象物質の溶出が目標値または規制値以下であれば十分である。
【００１３】
従って、スラグに対する有機物またはその金属塩の混合量は、対象物質の溶出が目標値または規制値以下に抑制できる範囲であれば特に限定しないが、経済的観点から、できるだけ少ない量が好ましい。この値は、スラグの性状、有機物の種類、目標値等に応じて、適宜、実験によって求めることができる。また、最適処理条件についても同様に、実験によって求めることができる。
【００１４】
本発明では、有機物に水酸基および／またはカルボキシル基を有することができる。スラグ粒は本来親水性であるが、有機物またはその金属塩を被覆することによって、表面が疎水性になる場合がある。スラグ粒の用途によっては、スラグ粒の親水性が好ましい場合がある。その際には、スラグ粒を被覆する有機物またはその金属塩に、親水性のある水酸基および／またはカルボキシル基を有した有機物またはその金属塩を用いる。
【００１５】
また、本発明では、有機物に、脂肪酸を用いることができる。脂肪酸としては、ステアリン酸である。脂肪酸は、スラグ粒の使用環境への負荷が小さく、動植物性油脂から製造されるものを用いれば、取り扱いが容易で経済的に好ましい。
本発明のスラグ粒は、スラグ粒と４０℃以上の融点をもつ有機物またはその金属塩を混合し、該有機物またはその金属塩の融点以上に加熱した後、融点未満に冷却して製造する。
【００１６】
図２は、スラグ粒１と有機物またはその金属塩２の混合状態を模式的に示す図で、その後の加熱において、有機物またはその金属塩による被覆を容易かつ効率的に均一に行うため、固体状態で十分混合する。混合時間は１０分以上であれば十分である。混合方法としては特に限定されず、一般的なミキサーでも十分である。
【００１７】
スラグ粒と有機物またはその金属塩が十分に混じり合った後に、混合物または少なくとも該有機物またはその金属塩をその融点以上に加熱し、有機物またはその金属塩を溶融流動させて、スラグ粒の表面に付着せしめ、その後、融点未満に冷却して、有機物またはその金属塩がスラグ粒表面に固着したスラグ粒（図１）を製造する。
【００１８】
加熱時間は、スラグと有機物またはその金属塩の熱伝導性、粒径などによって変えるが、少なくとも、有機物またはその金属塩とスラグ粒の表面を、有機物またはその金属塩の融点以上にする必要がある。例えば、数ｍｍ以下の高炉スラグと０．１ｍｍ以下の有機物では、融点より約１０℃高い温度で３０分加熱すれば十分である。
【００１９】
上記方法においては、有機物またはその金属塩に、水酸基および／またはカルボキシル基を有するものや脂肪酸を用いることができる。
本発明では、スラグ粒と有機物またはその金属塩を混合した後、有機物またはその金属塩がスラグと均一に混合されていて、かつ、完全に溶融できれば、混合を止めて加熱しても十分な効果は得られるが、スラグ粒と有機物またはその金属塩を混合しながら、引き続き加熱することも可能である。
【００２０】
熱伝導の低いスラグの場合は、熱が混合体の内部に伝達しにくいため、混合しながら加熱することで、より効率的に有機物またはその金属塩を溶融することができる。また、溶融中にも混合を行うことで、有機物またはその金属塩を、より少量で均一にスラグ粒に付着させることができる。
本発明の加熱方法としては、混合物を容器に回収し、容器ごと雰囲気加熱器の中に静置する方法や、混合容器内の雰囲気に熱風や加熱水蒸気を送り込んで加熱する方法等がある。また、容器外部から加熱する手段、例えば、電気ヒーターや水蒸気ジャケットを用いることもできる。
【００２１】
図３に、スラグ粒と有機物またはその金属塩の混合および加熱方法の例を示す。回転ドラム式混合容器３に、スラグ粒１と有機物またはその金属塩２を挿入し、回転して均一に混合し、更に、回転ドラム式混合容器３内に、加熱用熱風送風管４から熱風を送風するか、または、加熱用水蒸気ジャケット５に水蒸気を通して、容器の外部から加熱することによって、有機物またはその金属塩２を溶融せしめ、スラグ粒１の表面を被覆する。加熱方法として、さらには、スラグ粒と有機物またはその金属塩を混合した後、ヤードに排出山積みしたような状態で、山の外側または内側に熱風や加熱水蒸気を送り込んで加熱することもできる。
【００２２】
本発明は、スラグ粒表面にステアリン酸、ステアリン酸塩、パラフィンから選ばれる少なくとも1種の被膜を形成することで、スラグと水との接触を回避して、スラグからの各種物質の溶出を抑制しようとするものである。また、疎水性の有機物で被覆すると、スラグが疎水性を示すようになるが、親水性を示す水酸基および／またはカルボキシル基をもった有機物で被覆すれば、スラグは見かけ上親水性を示し、かつ、スラグと水との接触を回避できるので、スラグの親水性を維持しつつ、溶出抑制が可能となる。
【００２３】
従って、本発明のスラグ粒は、従来と同じ道路用材、コンクリート用材、セメント用材などに利用可能なことに加え、高ｐＨやスラグ成分の溶出を好まない用途にも利用できる。
【００２４】
【実施例】
表１及び表２に本発明の実施例、表３に比較例を示す。溶出抑制効果を判定するために、スラグ粒または比較用のスラグ粒１００ｇを、１Ｌの蒸留水に２４時間浸漬静置後、上澄み液中のｐＨを測定した。
実施例１は、５ｍｍ以下の高炉スラグに０．１ｍｍ以下のステアリン酸粉末を、スラグ質量に対して０．２％添加し、回転ドラム式混合容器で十分混合した後、混合物を容器に回収し、容器ごと雰囲気加熱器の中９０℃に３０分静置して、ステアリン酸を高炉スラグ粒に溶融被覆した例である。比較例１２は、同じ高炉スラグで何ら処理を行っていない例である。
【００２５】
その後、前記方法に従って両スラグ浸漬水のｐＨを測定した。本発明のスラグは、ほぼ中性を示し、カルシウムの溶出が抑制された。実施例２は、２ｍｍ以下のステンレス鋼スラグに、実施例１と同じ処理を行った例で、比較例１３は、同じステンレス鋼スラグで何ら処理を行っていない例である。高炉スラグとほぼ同様に、ｐＨが低下した。
【００２６】
実施例３は、粒径が２０ｍｍ以下の高炉スラグに適用した例で、不均一な被覆になることを懸念して、ステアリン酸を０．５％添加した。比較例１４は、同じ粒径の高炉スラグで何ら処理を行っていない例である。実施例３は、実施例１に比べ若干ｐＨが高かったが、比較例１４と比べ、十分な溶出抑制効果が得られた。なお、この結果から、本発明はスラグ粒が小さいほど効果的であった。
【００２７】
実施例４は、粒径が２０ｍｍ以下のステンレス鋼スラグに、実施例３と同じ処理を行った例で、比較例１５は、同じステンレス鋼スラグで何ら処理を行っていない例である。実施例４は、比較例１５に比べ十分な抑制効果が見られた。
実施例５は、有機物の粒径がスラグ粒より大きい例として、２ｍｍ以下の高炉スラグに５ｍｍ以下のパラフィン粒を、スラグ質量に対して１％添加し、回転ドラム式混合容器で十分混合した後、混合物を容器に回収し、容器ごと雰囲気加熱器の中９０℃に３０分静置してスラグ粒を得た例である。被覆が十分でないと思われ、実施例１に比べ、若干ｐＨが高かったが、溶出抑制効果は十分であった。
【００２８】
実施例６は、有機物の混合量を増した例で、実施例１に対しステアリン酸を０．５％添加したことで、溶出抑制効果は向上した。有機物が増したことで、スラグ粒に若干撥水性が見られたものの、スラグ粒の使用上はなんら問題ない程度と判断された。
実施例７は、有機物の金属塩としてステアリン酸カルシウムを用いた例である。有機物の金属塩からカルシウムの影響でｐＨが高くなったが、スラグ粒からの溶出は抑制された。
【００２９】
実施例８は、脂肪酸としてステアリン酸を用いた実施例１〜４及び６に対して、水酸基およびカルボキシル基を有しない４０℃以上の融点をもつ有機物としてパラフィンを用いた例である。実施例１に対し、有機物の材質を異にする以外ほぼ同じ条件で、実施例５より好ましい実施条件である。溶出抑制効果は実施例１と同等であったが、スラグ粒は撥水性を示した。
【００３０】
実施例９は、実施例１と同じスラグと有機物を用い、回転ドラム式混合容器で十分混合した後、混合容器内に熱風を送風しながら、更に、回転混合を行って、ステアリン酸を高炉スラグ粒に溶融被覆した例である。ｐＨは実施例１より若干低くなり、混合しながら加熱することで、より被覆性が向上した。更に、実施例１０では、ステアリン酸の添加量を０．１％に減量したが、実施例１と同等の効果が得られた。実施例１１は、加熱方法として回転ドラム式混合容器の外壁に設置した水蒸気ジャケットに水蒸気を送る外部加熱方法を用いた例で、溶出抑制効果は実施例１と同等であった。
【００３１】
比較例１２〜１５は、スラグに何ら処理を施さない場合の例である。比較例１６は、脂肪酸であるが融点が４０℃未満のオレイン酸を用いた例である。オレイン酸は常温で液体であり、高炉スラグとオレイン酸を回転ドラム式混合容器で十分混合したが、加熱は行っていない。ｐＨはあまり抑制できなかった。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
【表３】

【００３５】
【発明の効果】
本発明により、容易にスラグからの各種物質の溶出が抑制でき、抑制のための処理コストが低減できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機物またはその金属塩によって表面が被覆されたスラグ粒を模式的に示す図である。
【図２】本発明のスラグ粒の製造途中にあるスラグ粒と有機物またはその金属塩の混合状態を模式的に示す図である。
【図３】スラグ粒と有機物またはその金属塩の混合および加熱方法の例を示す図である。
【符号の説明】
１…スラグ粒
２…有機物またはその金属塩
３…回転ドラム式混合容器
４…加熱用熱風送風管
５…加熱用水蒸気ジャケット

Claims

スラグ粒の表面が、ステアリン酸、ステアリン酸塩、パラフィンから選ばれる少なくとも１種の４０℃以上の融点をもつ有機物またはその金属塩で溶融被覆されていることを特徴とするスラグ粒。
スラグ粒と、ステアリン酸、ステアリン酸塩、パラフィンから選ばれる少なくとも１種の４０℃以上の融点をもつ有機物またはその金属塩を混合し、該有機物またはその金属塩の融点以上に加熱した後、融点未満に冷却して、４０℃以上の融点をもつ有機物またはその金属塩によって表面が被覆されているスラグ粒を得ることを特徴とするスラグ粒の製造方法。
請求項２に記載のスラグ粒の製造方法において、スラグ粒と有機物またはその金属塩を混合しながら加熱することを特徴とするスラグ粒の製造方法。