JP5432809B2

JP5432809B2 - 鉄鋼スラグ粉末の炭酸化処理方法およびその装置

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Publication number: JP5432809B2
Application number: JP2010090787A
Authority: JP
Inventors: 亮松岡; 孝浩清水
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: JP2011016710A

Description

本発明は、鉄鋼スラグに含まれる酸化カルシウムや水酸化カルシウムを炭酸化処理するための方法および該方法を実施するための炭酸化処理装置に関するものである。

製鋼所では、鉄鋼を製造する際の副産物として鉄鋼スラグが発生している。鉄鋼スラグは、高炉から銑鉄とともに排出される高炉スラグと、転炉で酸化精錬の際に生じた酸化物からなる転炉スラグに大別される。これらの鉄鋼スラグは、路盤材、セメント用材料、土木用材料などに利用されている。

鉄鋼スラグは酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有しており、水分と接触すると水酸化カルシウム［Ｃａ（ＯＨ）₂］を生成し、体積を増大させる膨潤現象が生じる。鉄鋼スラグを例えば路盤材として用いると、膨潤現象により寸法安定性が悪いことが問題となる。使用中の膨潤現象を抑えるには、鉄鋼スラグ中のＣａＯを予め水和させてＣａ（ＯＨ）₂への変化を完了させておけばよいと考えられている。

ＣａＯをＣａ（ＯＨ）₂に変化させる方法としては、大気エージング処理、蒸気エージング処理、加圧エージング処理が知られている。大気エージング処理は、鉄鋼スラグを大気雰囲気下に数ヶ月から数年暴露させることにより鉄鋼スラグ中のＣａＯを充分に水和させてＣａ（ＯＨ）₂へ変化させる方法であり、蒸気エージング処理は大気圧下で、また加圧エージング処理は加圧下で、夫々水蒸気を鉄鋼スラグに接触させて鉄鋼スラグ中のＣａＯをＣａ（ＯＨ）₂へ変化させる方法である。

ところがエージング処理して生成するＣａ（ＯＨ）₂は、下記（１）式に従って水に溶解する。
Ｃａ（ＯＨ）₂→Ｃａ²⁺＋２ＯＨ^- ・・・（１）

Ｃａ（ＯＨ）₂が海水に溶解し、海水のｐＨが約９．５以上に上昇すると、Ｍｇ（ＯＨ）₂が析出し、海水の白濁現象を生じる。

また、鉄鋼スラグに含まれるＣａＯや、鉄鋼スラグにエージング処理を施した後でも未反応で残っているＣａＯが海水と接触するとＣａ（ＯＨ）₂を生成するため、このＣａ（ＯＨ）₂が海水に溶解することによって上述したように白濁現象を発生させる原因となる。ＣａＯやＣａ（ＯＨ）₂に起因する海水の白濁現象の発生は、鉄鋼スラグの利用拡大を阻害する要因となる。

鉄鋼スラグやエージング処理した鉄鋼スラグに含まれるＣａＯやＣａ（ＯＨ）₂を水に難溶性化させるために、鉄鋼スラグ（或いはエージング処理した鉄鋼スラグ）に炭酸化処理を施し、鉄鋼スラグ中の酸化カルシウムや水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに変化させる方法が知られている（例えば、特許文献１〜４）。

特許文献１には、粒径が１ｍｍ以下の比率が６０質量％以上の粒度分布を有し、３％以上の体積膨張率を示す鉄鋼スラグ粉末の含有水分量を１０〜２５質量％に調整した後、二酸化炭素含有気体を接触させる粉状製鋼スラグの安定化処理方法が記載されている。また、特許文献２には、溶融状態、半溶融状態、または高温固相状態にあるスラグを、金属ボール群が収容された回転ドラム内に注入し、該スラグを回転ドラム内で転動する金属ボール群と接触させることで粉砕する工程と、スラグ粉砕物を二酸化炭素または二酸化炭素含有気体と接触させ、スラグ粉砕物中に含まれる未炭酸化Ｃａを二酸化炭素と反応させる工程を有する製鋼スラグの処理方法が開示されている。また、特許文献３には、エージング処理が施された製鋼スラグに、自由水が存在し始める水分値未満で、且つ該水分値よりも１０質量％少ない値以上の範囲となるように添加する炭酸水量を調整した後に、二酸化炭素を含有し相対湿度が７５〜１００％のガスを流す製鋼スラグの安定化処理方法が記載されている。特許文献４及び非特許文献１には、表面付着水を伴った製鋼スラグ粒子を、充填層方式（固定床方式）でＣＯ₂含有排ガスと接触させること、及び反応槽に振動を与えるための振動装置を取り付けることが記載されている。また、特許文献５には、水中に二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させたマイクロバブル含有水を、高炉水砕スラグと接触させて難固結性とする難固結性高炉水砕スラグの製造方法が開示されている。

特開２００８−２１４１５０号公報特開２００８−１００８９３号公報特開２００５−４７７８９号公報特開２００１−２５２５２５号公報特開２００７−１８６３６４号公報

高橋、外５名，「平成１０年度新エネルギー・産業技術総合開発機構即効提案公募事業研究開発成果（最終版）鉄鋼スラグによる炭酸ガス吸収」，日本鋼管株式会社，平成１２年３月

上記特許文献１〜５及び非特許文献１では、鉄鋼スラグやエージング処理した鉄鋼スラグの炭酸化処理を流動状態ではなく、固定層で行っているため、鉄鋼スラグに含まれる酸化カルシウムや水酸化カルシウムを均一に炭酸化することが困難であった。これは、炭酸化処理を固定層で行うことによって、スラグ同士が固結したり、添加する水分が多過ぎてガスの通り道が塞がってしまい、スラグ層にガスが均一に分散しないことが原因であると考えられる。また、添加水分量やガスの相対湿度を最適化する方法は、操作が煩雑であった。
なお特許文献４及び非特許文献１によれば、固定層の場合、ガスを流通させ続けると、充填層が収縮してガスの通り道ができ、ガスの吹き抜けが生じることも報告されている。そこでこれら文献では、振動装置を取り付けているが、付加的設備は少なくする方が望ましい。

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、鉄鋼スラグ中の酸化カルシウムと水酸化カルシウムを均一に炭酸化カルシウムに変化させることのできる炭酸化処理方法、および該方法を実施するための装置を提供することにある。

上記目的を達成し得た本発明の炭酸化処理方法とは、二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させた処理用水を用いて鉄鋼スラグ粉末の流動層を形成させることによって鉄鋼スラグ中の酸化カルシウムおよび／または水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに変化させる点に要旨を有する。

上記炭酸化処理方法を実施するうえで好ましい装置としては、二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させた処理用水を用いて鉄鋼スラグ粉末の流動層を形成させることによって鉄鋼スラグ中の酸化カルシウムおよび／または水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに変化させる炭酸化処理槽と、前記処理用水を調製するためのマイクロバブル発生器という基本構成を備え、ここで前記炭酸化処理槽には、前記マイクロバブル発生器で調製した処理用水を炭酸化処理槽内へ導入するための導入口を設けると共に、前記炭酸化処理槽の内壁面下方には、前記鉄鋼スラグ粉末の水中における安息角を超える傾斜面部を形成することを更に特徴的構成として備えるものである。

上記炭酸化処理槽には、処理用水を炭酸化処理槽外へ排出するための排出部を設け、この排出部の最下点より下方に鉄鋼スラグ粉末が排出部に至るのを防止するための邪魔部材を設けてもよい。また、上記炭酸化処理槽の上方には、拡大内径部を設けてもよい。また、上記導入口の上方に上昇管を設けて該上昇管内に前記処理用水の上昇流を形成することにより、鉄鋼スラグを該上昇管内で上昇させる上昇流と、該上昇管外を下降させる下降流を含む対流を前記炭酸化処理槽内に生成するように構成してもよい。

本発明の炭酸化処理方法によれば、二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させた処理用水を用いて鉄鋼スラグ粉末を流動させた状態で炭酸化処理を行うことによって、鉄鋼スラグ中の酸化カルシウムと水酸化カルシウムを効率良く炭酸カルシウムに変化させることができる。そのため炭酸化処理して得られた鉄鋼スラグを海洋土木用材料として用いても海水のｐＨを殆んど上昇させず、また海水の白濁現象も殆んど発生させない。本発明によれば、上記炭酸化処理方法を実施するための炭酸化処理装置も提供できる。

図１は、本発明に係る炭酸化処理装置の構成例を示す概略説明図である。図２は、本発明に係る炭酸化処理装置の他の構成例を示す概略説明図である。図３は、本発明に係る炭酸化処理装置の更に他の構成例を示す概略説明図である。

本発明者らは、高炉スラグや転炉スラグなどの鉄鋼スラグを均一に炭酸化できる方法および該方法を実施するための装置について鋭意検討してきた。その結果、二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させた処理用水を用いて鉄鋼スラグ粉末を流動させながら炭酸化処理を行なえば、鉄鋼スラグ中の酸化カルシウムと水酸化カルシウム（以下、酸化カルシウム等と略称することがある。）を炭酸カルシウムに均一に変化させられることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明に係る炭酸化処理方法は、鉄鋼スラグ粉末を液中で流動させながら鉄鋼スラグ中の酸化カルシウム等を炭酸カルシウムに変化させるところに特徴があり、鉄鋼スラグ粉末を流動化させると共に、炭酸化処理を行うために二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させた処理用水を用いることが重要である。

これに対し、上記特許文献１〜５及び非特許文献１では、液中で鉄鋼スラグ粉末を流動させながら炭酸化処理を行うことについては一切考慮されておらず、実質的には、流動しない固定状態の鉄鋼スラグ粉末と二酸化炭素含有気体を接触させているため、鉄鋼スラグには未反応のＣａＯやＣａ（ＯＨ）₂が多く残る。そのためこの鉄鋼スラグを海洋土木用材料として用いると、上述したように、海水のｐＨが約９．５以上に上昇することによってＭｇ（ＯＨ）₂が析出し、海水の白濁現象を生じる。

以下、本発明の炭酸化処理方法を実施するための炭酸化処理装置について、図面を用いて説明するが、本発明の炭酸化処理装置は、下記図面に限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で設計変更してもよい。

図１は、本発明に係る炭酸化処理装置の構成例を示す概略説明図である。図１中、１は炭酸化処理槽、２はマイクロバブル発生器、３は循環ポンプ、４は循環経路、５は二酸化酸素含有気体供給経路、６は鉄鋼スラグ粉末、７は処理用水、８は邪魔部材を夫々示している。炭酸化処理槽１の内壁面下方には傾斜面部１ａを設け、炭酸化処理槽１の下方（底面）には、マイクロバブル発生器２で調製した処理用水を炭酸化処理槽１内へ導入するための導入口１ｂを設け、更に炭酸化処理槽１の上方には、処理用水を炭酸化処理槽１外へ排出するための排出部１ｃを設けている。排出部１ｃから炭酸化処理槽１外へ排出された処理用水７は、循環経路４上に設けられた循環ポンプ３を作動させることで、マイクロバブル発生器２を通し、導入口１ｂから炭酸処理槽１内へ返送されるように構成されている。循環ポンプ３の上流側には経路５を設けており、この経路５から二酸化炭素含有気体を供給している。二酸化炭素含有気体は、マイクロバブル発生器２でマイクロバブル化され、マイクロバブルとして水中に分散した処理用水が調製される。

本発明の炭酸化処理装置では、炭酸化処理槽１の内壁面下方に設ける傾斜面部１ａの傾斜角度を、炭酸化処理槽１内に導入する鉄鋼スラグ粉末の水中における安息角を超える角度とすることが重要である。炭酸化処理槽１内に導入した鉄鋼スラグ粉末６の流動層（例えば流動床）を安定に形成・維持し、鉄鋼スラグ粉末６中の酸化カルシウム等を均一に炭酸カルシウムに変化させるためである。

即ち、炭酸化処理槽１の下方（図１では底面中央）に設けた導入口１ｂから処理用水を導入すると、炭酸化処理槽１内の鉄鋼スラグ粉末６は、導入時の水圧とマイクロバブルの浮上によって形成される処理用水７の上昇流に追随して炭酸化処理槽１内を上昇する。上昇した処理用水７は、炭酸化処理槽１の上方で一部が排出部１ｃから系外へ排出され、残部が反転して下降流を形成する。前記上昇流に伴って上方に至った鉄鋼スラグ粉末６はこの下降流に随伴して下降する。このとき炭酸化処理槽１の底部が例えば平底であれば、下降してきた鉄鋼スラグ粉末６が炭酸化処理槽１の底部に滞留して固定層を形成するが、内壁面下方に鉄鋼スラグ粉末６の水中における安息角を超える角度の傾斜面部１ａを設けておけば、鉄鋼スラグ粉末６は、その傾斜面部１ａを滑って炭酸化処理槽１の底面に到達する。炭酸化処理槽１の底面に到達した鉄鋼スラグ粉末６は、上記導入口１ｂから導入される処理用水が形成する上昇流に追随して再度上昇し、炭酸化処理槽１内に継続的な流動状態を形成する（前記した底部での滞留は生じない）。このように鉄鋼スラグ粉末６を流動させることにより、鉄鋼スラグ粉末６同士が互いに凝集して固結することを防止できる。

本発明では、上記導入口１ｂから二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させた処理用水を導入しているので、鉄鋼スラグ粉末６との反応を促進でき、鉄鋼スラグ粉末６中の酸化カルシウム等を均一に炭酸カルシウムに変化させることができる。二酸化炭素含有気体を水中にマイクロバブルとして分散させることで一般的なバブリングのときよりも、二酸化炭素含有気体の処理用水内における上昇速度が緩やかとなり、また二酸化炭素含有気体の表面積を大きくできるため、処理用水へのＣＯ₂の溶解効率が高くなり、酸化カルシウム等の炭酸化が促進される。マイクロバブルの大きさは特に限定されず、通常、直径が１μｍ〜１００μｍ程度の範囲内である。

上記安息角は、鉄鋼スラグ粉末と水を入れた平底の透明容器の底面中央から鉄鋼スラグと水を自然落下させて排出したときに、容器内に残留する鉄鋼スラグ粉末が形成する谷状斜面の角度を測定することによって調べられる。この測定方法は、排出法と呼ばれている。

図１に示した炭酸化処理槽１では、排出部１ｃの最下点より下方に邪魔部材８として多孔板を設けている。邪魔部材８を設けておけば、前記上昇流に伴って上昇してきた鉄鋼スラグ粉末６を強制的に上昇流から分断し、排出部１ｃから槽外へ排出されるのを防止できる。

邪魔部材８は、多孔板に限定されず、例えば、複数の板を互い違いに組合せ、処理用水が通る程度に隙間を空けた構成としてもよい。

図２は、本発明の炭酸化処理装置の他の構成例を示す概略説明図であり、上記図１と同じ箇所には同一の符号を付すことで重複説明を避ける。図２では、上記図１に示す構成例に対し、邪魔部材８を設ける代わりに、炭酸化処理槽１の上方に、拡大内径部１ｄを設けている。炭酸化処理槽１の胴体部１ｅにおける内径よりも広い拡大内径部１ｄを設けることにより、処理用水の上昇流速度を緩和させて炭酸化処理槽１の上方で澱み状態を形成する。そのため鉄鋼スラグ粉末６が自重で沈み始める（即ち、鉄鋼スラグ粉末６が下降する）タイミングを早め、鉄鋼スラグ粉末６が排出部に至って槽外へ流出するのを防止できる。

鉄鋼スラグ粉末６が炭酸化処理槽１外へ流出するのを防止する他の手段として、排出部１ｃの最下点と流動状態の鉄鋼スラグ粉末６の最上点との距離が大きくなるように炭酸化処理槽１の胴体部１ｅを長くしてもよい。導入口１ｂから導入される処理用水の上昇流の勢いにも限りがあるため、胴体部１ｅを長くしておけば、邪魔部材８や拡大内径部１ｄを設けなくても鉄鋼スラグ粉末６の流出を防止できる。

図３は、本発明に係る炭酸化処理装置の更に他の構成例を示す概略説明図である。図３に示した炭酸化処理槽１では、導入口１ｂの直上方に上昇管９を設けている。なお、図３に示す構成例では、上記図１に示した邪魔部材８を設けていない。

導入口１ｂの直上方に上昇管９を設けて該上昇管９に向けて処理用水を導入すれば、上昇管９内に処理用水の上昇流を形成することができ、鉄鋼スラグ粉末６を該上昇管９内で上昇させる上昇流と、該上昇管９の上部から放出されて下降流に転ずる対流を炭酸化処理槽１内に形成できる。このとき上昇管９内を上昇する処理用水７にマイクロバブルとして分散している二酸化炭素含有気体の一部は、そのまま浮上して水面へと到達するが、その一部は、鉄鋼スラグ粉末６が上昇管９外に形成する下降流に伴って炭酸化処理槽１の下方に移動する。マイクロバブルは非常に微細であるため、水中を浮上する力が弱く、鉄鋼スラグ粉末６が形成する下降流に伴ってマイクロバブルの一部も炭酸化処理槽１内を下降すると考えられる。よって上昇管９を設ければ、鉄鋼スラグ粉末６と二酸化炭素含有気体とをより長く接触させることができるため、鉄鋼スラグ粉末６の炭酸化反応を促進できる。

上記図１〜３において、上記導入口１ｂの開口径は特に限定されないが、開口径を大きくし過ぎると、処理用水７が形成する上昇流の勢いが弱くなり、鉄鋼スラグ粉末６の一部が流動せず、鉄鋼スラグ粉末６中の酸化カルシウム等を均一に炭酸化できないことがある。また、処理用水７の上昇流速度を大きくするには、設備負荷が大きくなり、不経済である。更に、炭酸化処理槽１での処理用水の上昇流速度が大きくなり過ぎると、鉄鋼スラグ粉末が浮上し、炭酸化処理槽１外へ排出されやすくなる。一方、開口径を小さくし過ぎると、処理用水７が形成する上昇流の勢いが強くなり過ぎて鉄鋼スラグ粉末６の流動状態が不均一となり、安定した炭酸化処理ができないことがある。

上記導入口１ｂから炭酸化処理槽１内へ導入する処理用水の流量は、鉄鋼スラグ粉末６の流動状態を形成する範囲で設定すればよい。例えば、鉄鋼スラグ粉末の平均粒径が７５μｍ程度である場合は、導入口１ｂにおける処理用水の液速度を、鉄鋼スラグ粉末を粒径が７５μｍの球形粒子として仮定してストークスの式から算出される終末沈降速度である０．００６ｍ／秒より大きくすればよい。

上記図１〜図３では、導入口１ｂを炭酸化処理槽１の底面中央に設けた構成例を示したが、導入口１ｂを設ける位置は底（最下部）に限定されるものではなく、例えば、傾斜面部１ａに１つ又は複数の導入口を設けてもよい。さらには、側面に１つ又は複数の導入口を設けてもよい。炭酸化処理槽１の底から水（即ち、二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させていない水）を供給して炭酸化処理槽１内に上昇流を形成しておき、その一方で、底以外の場所（例えば、傾斜面部１ａ）に設けた導入口から二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させた処理用水を導入したり、二酸化炭素含有気体のマイクロバブルを導入すれば、鉄鋼スラグ粉末６を流動させることができ、しかも鉄鋼スラグ粉末６に二酸化炭素含有気体を接触させることができる。その結果、鉄鋼スラグに含まれる酸化カルシウム等を均一に炭酸化できる。

上記図１〜図３において、上記二酸化炭素含有気体は、マイクロバブル発生器２より上流側から供給すればよく、例えば、循環ポンプ３とマイクロバブル発生器２の間に上記経路５を設けてもよい。マイクロバブル発生器２としては、気液せん断法を用いた発生器や、加圧浮上法を用いた発生器、散気管方式の発生器を使用できる。上記二酸化炭素含有気体としては、例えば、純二酸化炭素ガスを供給すればよい。

上記炭酸化処理装置を用いれば、鉄鋼スラグ粉末６を流動させつつ炭酸化処理できるため、鉄鋼スラグ中の酸化カルシウム等を炭酸カルシウムに均一に変化させることができる。炭酸化処理して得られた鉄鋼スラグは、水と接触しても水のｐＨを上昇させず、また海水と接触しても海水の白濁現象を発生させないため、特に、海洋土木用材料として好適に利用できる。この海洋土木用材料は、例えば、潜堤材、藻場造成材、嵩上げ材（例えば、藻場造成材を建造するときの嵩上げ材）、覆砂材、深掘り跡の埋め戻し材などに利用できる。上記炭酸化処理を施した鉄鋼スラグは、例えば、路盤材、セメント用材料、土木用材料としても利用できる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

［実験１（発明例）］
図１に示した炭酸化処理装置を用い、次に示す手順で転炉スラグを蒸気エージングして転炉スラグに含まれる酸化カルシウムを水酸化カルシウムに変化させた後、蒸気エージング済転炉スラグに含まれる酸化カルシウムと水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに変化させた。

まず、転炉スラグに４８時間蒸気を吹付けて蒸気エージングを行い、蒸気エージングした転炉スラグを１ｋｇ準備した。蒸気エージングした転炉スラグの粒径は７５〜４２０μｍであった。

次に、準備した蒸気エージング済転炉スラグを炭酸化処理槽１に導入した。炭酸化処理槽１は、内径１８０ｍｍ、高さ１２００ｍｍのアクリル製円筒管の下端に、底面直径１８０ｍｍのアクリル製円錐を図１に示すように取り付けたものを用いた。アクリル製円錐の頂角は６０°であり、傾斜面部の角度は６０°である。この傾斜面部の角度は、蒸気エージングした転炉スラグの水中における安息角を超えている。

アクリル製円錐の頂点部分は切り取られており、開口直径１８ｍｍの導入口１ｂが設けられている。炭酸化処理槽１の全長（導入口１ｂから最上端までの距離）は１３４０ｍｍであり、導入口１ｂからの高さが１０００ｍｍの位置に排出部１ｃを設けた。導入口１ｂからの高さが７００ｍｍの位置には、図１に示すように邪魔部材８（多孔板フィルター）を設けた。

経路５から純二酸化炭素ガスを流量０．１ＮＬ／分で供給すると共に、循環ポンプ３とマイクロバブル発生器２（気液せん断混合分散器）を動作させて、純二酸化炭素ガスをマイクロバブルとして分散させた処理用水を調製し、この処理用水を導入口１ｂから流量８Ｌ／分で供給し、蒸気エージングした転炉スラグ中の酸化カルシウムと水酸化カルシウムを炭酸化カルシウムに変化させる炭酸化処理を１０時間行った。炭酸化処理中は、炭酸化処理槽１内に導入した蒸気エージング済転炉スラグが、邪魔部材８の下方全体に亘って流動していた。

１０時間経過後、炭酸化処理槽１からスラグを取り出し、乾燥させた。炭酸化処理前後のスラグ中の炭酸カルシウム含有量を下記のようにして調べたところ、スラグ１トン当たりのＣＯ₂吸収量（実測ＣＯ₂吸収量）は、１１９ｋｇであった。また反応率（＝実測ＣＯ₂吸収量／理論ＣＯ₂吸収量。なお理論ＣＯ₂吸収量とは、炭酸化処理前のスラグが含有するＣａが全てＣＯ₂と反応してＣａＣＯ₃に転換できると仮定して、そのために必要なＣＯ₂の理論量である）は３３％であり、ＣＯ₂利用率（＝供給ＣＯ₂量／吸収ＣＯ₂量。なお供給ＣＯ₂量は、ＣＯ₂の単位時間当たりの流量と供給時間の積をスラグの質量で除して求めた。吸収ＣＯ₂量とは、前記実測ＣＯ₂吸収量である）は、８８％であった。

［スラグ中の炭酸カルシウム含有量の測定法］
スラグを粉砕した後、塩酸を添加してスラグ中のＣａＣＯ₃を化学分解した。この分解で発生するＣＯ₂を捕集し、その量を決定した。全てのＣａＣＯ₃がＣＯ₂に分解したと仮定して、スラグ中のＣａＣＯ₃量を決定した。

乾燥したスラグの質量に対して１０倍の質量の人工海水に、乾燥させたスラグを浸漬し、人工海水のｐＨの経時変化を測定した。用いた人工海水のｐＨは８．５であり、本発明では、スラグを１０００時間浸漬させた後の海水のｐＨが９．５未満である場合を合格とする。その結果、スラグを１０００時間浸漬させた後の海水のｐＨは９程度であった。また、スラグ浸漬後の海水を目視しても、海水は白濁していなかった。

［実験２（比較例）］
上記実験１において、次に示す炭酸化処理槽１を用いた点以外は、同じ条件で蒸気エージングした転炉スラグを炭酸化処理した。

本実験２で用いた炭酸化処理槽１は、内径１８０ｍｍ、高さ６００ｍｍのアクリル製円筒管の下端に、底面直径１８０ｍｍのアクリル製円錐を図１に示すように取り付けたものを用いた。アクリル製円錐の頂角は１２０°であり、傾斜面部の角度は３０°である。この傾斜面部の角度は、蒸気エージングした転炉スラグの水中における安息角以下である。アクリル製円錐の頂点部分は切り取られており、開口直径１８ｍｍの導入口１ｂが設けられている。炭酸化処理槽１の全長（導入口１ｂから最上端までの距離）は１３４０ｍｍであり、導入口１ｂからの高さが１０００ｍｍの位置に排出部１ｃを設けた。導入口１ｂからの高さが７００ｍｍの位置には、図１に示すように邪魔部材８（多孔板フィルター）を設けた。

上記炭酸化処理槽１を用い、実験１と同じ条件で蒸気エージング済転炉スラグの炭酸化処理を１０時間行った。炭酸化処理中は、転炉スラグの一部が炭酸化処理槽１の底部に滞留し、固定層を形成していることが認められた。

炭酸化処理後、炭酸化処理槽１からスラグを取り出し、乾燥させた。乾燥したスラグを上記実験１と同じ条件で人工海水に１０００時間浸漬し、人工海水のｐＨの経時変化を測定した。その結果、スラグを２４時間浸漬させた後の海水のｐＨは１２程度であり、１０００時間浸漬させた後も海水のｐＨは１２程度であった。また、スラグ浸漬後の海水を目視すると、海水は白濁していた。

１炭酸化処理槽
２マイクロバブル発生器
３循環ポンプ
４循環経路
５二酸化酸素含有気体供給経路
６鉄鋼スラグ粉末
７処理用水
８邪魔部材

Claims

二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させた処理用水を用い、鉄鋼スラグ粉末を前記処理用水中で流動させながら鉄鋼スラグ中の酸化カルシウムおよび／または水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに変化させることを特徴とする炭酸化処理方法。
二酸化炭素含有気体をマイクロバブルとして分散させた処理用水を用い、鉄鋼スラグ粉末を前記処理用水中で流動させながら鉄鋼スラグ中の酸化カルシウムおよび／または水酸化カルシウムを炭酸カルシウムに変化させる炭酸化処理槽と、前記処理用水を調製するためのマイクロバブル発生器を備えており、
前記炭酸化処理槽には、前記マイクロバブル発生器で調製した処理用水を炭酸化処理槽内へ導入するための導入口を設けていると共に、
前記炭酸化処理槽の内壁面下方には、前記鉄鋼スラグ粉末の水中における安息角を超える傾斜面部を形成していることを特徴とする炭酸化処理装置。
前記炭酸化処理槽には、前記処理用水を炭酸化処理槽外へ排出するための排出部を設けており、この排出部の最下点より下方に鉄鋼スラグ粉末が排出部に至るのを防止するための邪魔部材を設けている請求項２に記載の炭酸化処理装置。
前記炭酸化処理槽の上方には、拡大内径部を設けている請求項２または３に記載の炭酸化処理装置。
前記導入口の上方に上昇管を設けて該上昇管内に前記処理用水の上昇流を形成することにより、前記鉄鋼スラグを該上昇管内で上昇させる上昇流と、該上昇管外を下降させる下降流を含む対流を前記炭酸化処理槽内に生成するように構成している請求項２〜４のいずれかに記載の炭酸化処理装置。