JP6265517B2

JP6265517B2 - ミネラル供給方法

Info

Publication number: JP6265517B2
Application number: JP2011259890A
Authority: JP
Inventors: 孝一鳥井; 岡田　剛; 剛岡田; 雅章山出; 神保　正人; 正人神保; 田中　賢治; 賢治田中; 伸彦朝日; 裕美纐纈
Original assignee: Nippon Steel Corp; Japan Conservation Engineers Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Japan Conservation Engineers Co Ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: JP2013112563A

Description

本発明は、製鋼スラグのアルカリ水問題を解決し、生物に有益なミネラルを供給するミネラル供給方法を提供する。
ここでいう製鋼スラグとは、溶鋼を溶製する為に利用するあらゆる精錬容器で形成されたスラグのことで、溶銑予備処理スラグ（脱硫スラグ、脱硅スラグ、脱Ｐスラグ）、転炉スラグ、電気炉スラグ、ステンレススラグ等が例示される。

例えば、製鋼工程で発生する脱Ｐ(燐)スラグはアルカリ性で、酸性土壌改質として使用されている。（特許文献１）

また、製鋼スラグを肥料として製造する方法および、その効用については従来から色々な技術が報告されている。しかし、アルカリ水に対する対策については言及されておらず、スラグを肥料として有効活用するにはまだまだ制約がある。（特許文献２-５）

また、高炉スラグや製鋼スラグを海洋保全構造物として製造する方法および、その効用について色々な技術が報告されており、周辺環境のｐＨ上昇抑制を目的に炭酸化する方法を示している。しかし、炭酸化処理により有益なミネラルも溶出しなくなり、また、その問題に対し、どのようにミネラル源を溶出させるか明確な方法を言及している技術が無い。（特許文献６-１１）

特開２０１１-０９９０６１号公報特開２００４-３４５９４０号公報特許第４２１１３９６号公報特許第４２０２２５４号公報特許第４０９１７４５号公報特許第４３５１７０８号公報特許第４４８９０４３号公報特許第４４０３０９５号公報特許第４２２５２２０号公報特許第４４３３８３１号公報特許第３８２９１４０号公報

本発明は、製鋼スラグから生物にミネラルを供給することを特徴とするミネラル供給方法に関するものである。

本発明の第１は、炭酸化処理された製鋼スラグから生物にミネラルを供給する方法において、炭酸化処理された製鋼スラグを、単独で、または、土壌、肥料、土壌改良材の少なくとも一種と配合することによってｐＨ８．７以下とすることを特徴とするミネラル供給方法である。

従来技術の問題を解決する為に、発明者は検討を重ね、以下のことを突き止めた。製鋼スラグはスラグ中のｆ-ＣａＯやケイ酸カルシウムが原因でアルカリ性を示し、カルシウムイオンが優先的に溶出する為、他のミネラルが溶出し難いことを明らかにした。

製鋼スラグのアルカリ水問題を解明する為に、製鋼スラグである脱Ｐスラグで連続通水テストを実施した。クロマトグラフ管に脱Ｐスラグ１０ｇを装入し、ｐＨを６．０に調整した水を連続的に注水し、抽出した液体のｐＨ及び成分を分析した。サンプル採取は、任意の液固比（脱Ｐスラグに対して通水した水の量比）で採取し、分析を行った。脱Ｐスラグの組成を「表１」に示す。ｐＨはｐＨメーター（（株）堀場製作所Ｄ−５４Ｓ）で測定を行った。またＣａ^２+、Ｍｇ^２+はイオンクロマトグラフィー、Ｆｅ^２+は吸光光度法、Ｓｉ,ＰはＩＣＰ-ＡＥＳで分析を行った。それらの結果を「表２」に示す。
通水初期より高いｐＨを示し、カルシウムイオン以外、他の成分はほとんど溶出しなかった。通水開始後、液固比が増加するにつれ、ｐＨは徐々に低下し、液固比２５００でｐＨが１０未満となるが、カルシウムイオン以外の成分はほとんど溶出しなかった。
「表１」
「表２」

また、発明者らは、この製鋼スラグのアルカリ水問題を緩和する為に、例えば製鋼スラグである脱Ｐスラグを炭酸化し、そのアルカリ性を緩和することが可能かを確かめた。

製鋼スラグの炭酸化処理方法は、水共存下で製鋼スラグ中のｆ-ＣａＯやケイ酸カルシウムから溶出するカルシウムを二酸化炭素含有ガスと接触させ、炭酸カルシウムにすることである。

炭酸化処理が製鋼スラグのアルカリ水問題を緩和できるか確かめる為に、脱Ｐスラグ及び炭酸化処理された脱Ｐスラグ（以下、「炭酸化スラグ」と称する。）で振盪試験を行い、ｐＨ及びＥＣ（電気伝導度）を測定した。炭酸化スラグの物性を「表３」に示す。各スラグ１０ｇを別々のビーカーに採取し、純水を５０ｇ加え、１時間振盪した。
その後、抽出した液体をｐＨメーター（（株）堀場製作所製Ｄ−５４Ｓ）を用いてｐＨとＥＣを測定した。

その結果を「表４」に示す。炭酸化処理によりＥＣが６８４０から１９３μＳ/ｃｍまで低下した。このことから、脱Ｐスラグから溶出するカルシウムイオンが、炭酸化処理により抑制されていることが示唆された。
また、炭酸化処理によりｐＨは１２．６から８．７に低下し、アルカリ水問題を緩和していることが確認できた。
「表３」

「表４」

さらに発明者らは、炭酸化された製鋼スラグをｐＨ８.７以下に調整することでミネラル溶出量をコントロールできることを見出した。
炭酸化された製鋼スラグをｐＨ調整することでミネラル溶出量がコントロール可能か調査を行った。

脱Ｐスラグを炭酸化処理した炭酸化スラグと人工腐植土をある割合で配合した数種類の試料を作成し、溶出テストを実施した。ここで使用した人工腐植土は木質チップを木酢液に浸漬させた人工的な腐植土である。作成した試料４０ｇを純水４００ｇに浸漬し、撹拌機を用いてその溶媒を６０ｒｐｍで２４時間撹拌した。その後、その溶媒を採取し、ｐＨの測定と溶出した成分の分析を実施した。ｐＨはｐＨメーター（（株）堀場製作所製Ｄ−５４Ｓ）で測定した。Ｃａ^２+,Ｍｇ^２+はイオンクロマトグラフィ、Ｆｅ^２+は吸光光度法、Ｓｉ,ＰはＩＣＰ-ＡＥＳで分析を行った。なお、参考の為に、炭酸化処理を実施していない脱Ｐスラグの溶出テストも行った。それらの結果を「表５」に示す。

炭酸化処理により、Ｃａ^２+以外のＭｇ^２+、Ｆｅ^２+、Ｓｉ、Ｐが溶出した。また、ｐＨ調整により、ミネラル溶出量をコントロールでき、ｐＨを下げることでミネラル溶出量を増加することが確認できた。
「表５」

具体的には、炭酸化処理された製鋼スラグを単独で、または、土壌、肥料、土壌改良材の少なくとも一種と配合することで、例えば植物の根から出る弱酸性の根酸により、ミネラルが溶出し、植物へ吸収されると考えた。また、炭酸化したスラグを土壌表面に施肥する場合は、弱酸性の雨水によりミネラルが溶出し、植物に吸収されると考えた。

本発明の第２は、ミネラル供給方法において、炭酸化されていない製鋼スラグが、雨水や、大気もしくは土壌からの二酸化炭素と接触し、ｐＨ８．７以下となるように散布され、生物にミネラルを供給することを特徴とするものである。

自然界の森林では，太陽の光エネルギーを用いて二酸化炭素から有機物を合成する光合成が行われ，一方では呼吸によって酸素を取り込んで二酸化炭素を排出している。
これらの反応をまとめると植物の呼吸による酸素消費量と光合成の酸素放出量は健全な森林であれば１：２で，土壌中の微生物に消費される酸素の量を１とすると森林全体の酸素消費量と酸素放出量は，２：２となって均衡している。

スギやヒノキの造林によって作られた人工林では，若齢段階から壮齢段階までは酸素消費量と酸素放出量が均衡しているが、壮齢段階から老齢段階では酸素消費量が酸素放出量を上回る。つまり，現在の間伐等の森林整備が遅れているスギ，ヒノキによる人工林では光合成よりも呼吸量の方が高い状態になっている。

若齢段階から壮齢段階では二酸化炭素を取り込んで光合成が活発に行われる為、製鋼スラグをミネラル供給材として施肥した場合、製鋼スラグ中のｆ-ＣａＯやケイ酸カルシウムからのアルカリ成分溶出が原因で土壌が高ｐＨとなり、植物の生育に障害を起こす。ゆえに、アルカリ性を緩和する為に、炭酸化処理したスラグが有効となる。

一方、老齢林については，光合成よりも呼吸の方が森林内で多く行われることから，森林内の二酸化炭素によって製鋼スラグが自然状態で炭酸化されるので、ｐＨが異常に高くなる状態は起こらない。

つまり、製鋼スラグを炭酸化する方法として、工業的な炭酸化処理のほかに、炭酸化されていない製鋼スラグを、雨水や大気もしくは土壌からの二酸化炭素に接するように施肥することで、炭酸化することを見出した。

また、炭酸化されていない製鋼スラグを土壌表面に施肥した場合は、一旦雨水や大気もしくは土壌からの二酸化炭素により炭酸化され、そのアルカリ性を緩和することが出来る。その後、弱酸性の雨水等によりミネラルが緩やかに溶出し、植物に吸収されると考えた。

本発明は上記の構成であるから、炭酸化された製鋼スラグを施肥した培土に種子を播種し、その出芽率を調査した結果、炭酸化された製鋼スラグを施肥していない培土と比較し、その出芽率が向上することを確認した。

また、ヒノキ林の地表へ炭酸化されていないスラグを撒くことにより、雨水や大気もしくは土壌からの二酸化炭素により、一旦そのスラグ表面が炭酸化され、アルカリ水の溶出を緩和する。そして、雨水のような弱酸性溶液とその炭酸化されたスラグが接することで、ゆっくりとミネラル分が溶出し、植生が改善されるのを確認した。

本発明の第１における効果を確認する為に、炭酸化処理された製鋼スラグを培土に配合し、各種子を播種して出芽率を調査した。その実施例を以下に示す。人工腐植土を１０容量％、バーク堆肥を９０容量％配合した培土に、脱Ｐスラグを炭酸化処理した炭酸化スラグを各割合で配合し、その培地にトールフェスク、バミューダグラス、ヨモギを播種し、播種1ヶ月後の出芽率を調査した。その結果を「表６」に示す。なお、ここで使用したバーク堆肥とは、樹木皮を発酵させて作った土壌改良材である。
炭酸化スラグ配合により、出芽率の改善が認められ、トールフェスクでは炭酸化スラグ配合率１０から６０容量％において効果が表れた。バミューダグラスでは炭酸化スラグ配合率２０から４０容量％、ヨモギでは炭酸化スラグ配合率７０から１００容量％で効果が表れた。また各植物において、出芽率の適性ｐＨが異なり、トールフェスクではｐＨは５．８から７．４で最適となった。また、バミューダグラスではｐＨが６．１から６．８、ヨモギではｐＨが７．７から８．７であった。
以上のことから、炭酸化処理された製鋼スラグを培土に配合し、ｐＨを８．７以下とすることで、植生が改善されることが確認できた。
「表６」

本発明の第２における効果を確認する為に、ヒノキ林へ脱Ｐスラグの散布を行った。ヒノキ林の地表を区切り、「表７」の実施例１として脱Ｐスラグを地表面に２Ｌ/ｍ^２散布した。また、実施例２、３として脱Ｐスラグを地表面にそれぞれ４Ｌ/ｍ^２及び６Ｌ/ｍ^２散布した。さらに、「表７」の比較例１として脱Ｐスラグ無施肥区も用意した。
散布してから３か月後、効果を確認する為に、目視で各区画の下草の植生状況を調査した。その結果を「写真１」、「写真２」、「写真３」に示す。さらに、ミネラル溶出状況を把握する為に、各区画のｐＨとＥＣも測定した。その結果を「表７」に示す。

下草の植生状況に関しては、脱Ｐスラグを散布している区画にて改善された。「写真１」は実施前のヒノキ林の地表の写真であるが、下草はほとんど生えていなかった。「写真２」は実施後３カ月経過した、脱Ｐスラグを散布していない無施肥区のヒノキ林の地表の写真であるが、下草はほとんど生えていなかった。「写真３」は実施後３ヶ月経過した、脱Ｐスラグを地表に４Ｌ/ ｍ^２散布した区画の写真であるが、下草が生えていた。
また、ｐＨ及びＥＣについては、脱Ｐスラグ無施肥の比較例１ではｐＨが４．５、ＥＣが４８μＳ/ｃｍと低い状況であった。一方、脱Ｐスラグを施肥した区画の実施例１から３においては、ｐＨが６.１から６.３の範囲に上昇した。また、ＥＣが９０から１３０μＳ/ｃｍの範囲に上昇し、下草の植生に関して改善されていることが確認できた。
「写真１」
「写真２」

「写真３」
「表７」

本発明は、製鋼スラグから生物にミネラルを供給することにより、生物の育成を促進する効果が期待できる。

Claims

森林内の生物にミネラルを供給する方法であって、前記森林における酸素消費量が酸素放出量を下回っているときは、炭酸化処理された製鋼スラグを散布し、前記森林における酸素消費量が酸素放出量を上回っているときは、炭酸化されていない製鋼スラグを散布することにより土壌のｐＨを８．７以下とすることを特徴とするミネラル供給方法。