JP6497492B1 - 肥料原料用製鋼スラグ、肥料原料用製鋼スラグの製造方法、肥料の製造方法及び施肥方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Ca:塩化カルシウム
P :第一リン酸カリウム
Mg:硫酸マグネシウム
Fe:硫酸第一鉄
Mn:硫酸マンガン
B :ホウ酸、
Si:ケイ酸カリウム、
S :硫酸カルシウム(石膏)、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン
本発明の要旨は、以下の通りである。
[2]2CaO・SiO2−3CaO・P2O5固溶体、及び、FeO−MnO−CaO−SiO2系固溶体をそれぞれ含有する、[1]に記載の肥料原料用製鋼スラグ。
[3]前記ホウ素中のく溶性ホウ素の割合が、95%以上である、[1]又は[2]に記載の肥料原料用製鋼スラグ。
[4]粒径が、全体として5mm未満であり、かつ、粒径が600μm未満であるものの質量割合が、全質量に対して60%以上である、[1]〜[3]の何れか一つに記載の肥料原料用製鋼スラグ。
[5][1]〜[4]の何れか1つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法であって、
転炉型鍋に対し、(炉口から溶銑液面までの長さに対応するフリーボード/炉口から炉内底までの長さに対応する炉内高)で表される空隙比率が0.5以上0.9以下となるように、高炉溶銑を注入し、前記転炉型鍋中の前記高炉溶銑に対して、マンガン鉱石、マンガン含有脱炭スラグ、及び、フェロマンガンの少なくとも何れかを添加し、前記高炉溶銑内に挿入したランスから、前記高炉溶銑に対して、平均粒径が1mm以下である、生石灰及び/又は炭酸カルシウムと、酸素と、を吹き込み、1300℃以上1400℃以下でスラグをフォーミングさせて脱リン処理を行い、(CaO含有量/SiO2含有量)で表されるスラグ塩基度が、1.5超過2.2以下となり、かつ、スラグ中のMnO含有量が3質量%以上10質量%以下となるように製造する、肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
[6]前記脱リン処理後の溶融スラグを皿状の耐熱性容器内に注入し、急速冷却することで固化させる、[5]に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
[7]散水を行うことで、前記脱リン処理後の溶融スラグを急速冷却する、[6]に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
[8]前記転炉型鍋を傾けることで、前記脱リン処理後の溶融スラグをスラグ鍋に傾注した後、前記スラグ鍋中の前記溶融スラグを、傾転可能な第1の耐熱性容器へと傾注し、前記第1の耐熱性容器内で散水を行うことで前記溶融スラグを急速冷却して固化させた上で、固化したスラグを破砕し、前記第1の耐熱性容器を傾転させて、固化した前記スラグを第2の耐熱性容器内に滑り落とすことで破砕する、[5]〜[7]の何れか一つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
[9]急速冷却により、2CaO・SiO2−3CaO・P2O5固溶体、及び、FeO−MnO−CaO−SiO2系固溶体をそれぞれ形成させる、[5]〜[8]の何れか1つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
[10]粒径が、全体として5mm未満であり、かつ、粒径が600μm未満であるものの質量割合が全質量に対して60%以上となるように、スラグを粉砕する、[5]〜[9]の何れか1つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
[11][1]〜[4]の何れか1つに記載の肥料原料用製鋼スラグ、又は、[5]〜[10]の何れか1つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法で製造された肥料原料用製鋼スラグを粉化する、肥料の製造方法。
[12]粉化後の前記肥料原料用製鋼スラグに対して所定の結合剤を添加した後、造粒する、[11]に記載の肥料の製造方法。
[13]得られた肥料に対し、更に有機物を混合する、[11]又は[12]に記載の肥料の製造方法。
[14]前記有機物は、家畜ふん、植物残渣、及び、魚介類から得られる堆肥の少なくとも何れかである、[13]に記載の肥料の製造方法。
[15][1]〜[4]の何れか1つに記載の肥料原料用製鋼スラグ、[5]〜[10]の何れか1つに記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法で製造された肥料原料用製鋼スラグ、又は、[11]〜[14]の何れか1つに記載の肥料の製造方法で製造された肥料を含む肥料を、pH(H2O)が4以上6以下であり、(pH(H2O)−pH(KCl))で表される値が1以上であり、かつ、有効態リン酸が5mg/100g乾土以下である土壌に対して施肥する、施肥方法。
[16]前記肥料の施用量が、前記肥料原料用製鋼スラグとして、0.05t/ha以上2t/ha以下である、[15]に記載の施肥方法。
[17]前記肥料を、播種あるいは苗植え前に、作土層表面に撒くか、又は、当該作土層と混合する、[15]又は[16]に記載の施肥方法。
[18]前記肥料を、栽培する植物体の近傍の作土層表面に撒くか、又は、当該作土層中に混合する、[15]又は[16]に記載の施肥方法。
本発明の実施形態について説明するに先立ち、本発明者らが実施した、先だって説明したような肥料及び施肥方法への要請に関する検討結果について、詳細に説明する。
先だって説明したような要請に関して、上記特許文献1で開示されているケイ酸リン酸肥料用原料は、(CaO含有量/SiO2含有量)で表される塩基度が1.0以上1.4以下という、低めの塩基度であるため、酸性土壌に効果が出にくい。また、上記特許文献1で開示されているケイ酸リン酸肥料用原料は、可溶性CaOの含有量が30質量%以下と低く、塩基性が弱いため、やはり酸性土壌に効果が出にくい。
上記特許文献2では、製鉄プロセスの溶銑予備処理プロセスから得られる製鋼スラグを原料として、鉱さいリン酸肥料を製造する方法が開示されているが、鉱さいリン酸肥料の原料となる製鋼スラグの製造方法に関する記載が存在しない。また、上記特許文献2の実施例から、原料となる製鋼スラグのく溶性リン酸含有量は、2.56質量%以上2.62質量%以下であり、鉱さいリン酸肥料の規格となる「く溶性リン酸含有量3質量%以上」という条件を満足できていないことがわかる。また、上記特許文献2には、ホウ素とマンガンの含有に関する記載、及び、ホウ素及びマンガンの肥料効果に関する記載が存在しない。
上記特許文献3では、リン酸の含有量が1.5質量%以上5質量%以下である旨は記載されているが、そのうち、どれだけの割合が植物に有効に作用できる、可溶性リン酸(ペーテルマンクエン酸アンモニウム液で溶出するリン酸)であるかに関して、記載は存在しない。
特許文献4及び特許文献5で開示されている溶銑予備処理方法では、一つの転炉型精錬炉を用いて、脱珪処理及び脱リン処理を順に行なうことで、肥料に有効なケイ酸を含有するスラグと、リン酸を含有するスラグとが、分けて回収されることになる。しかしながら、肥料としては、ケイ酸とリン酸とが共に含有されていることが好ましい。また、脱珪処理と脱リン処理とを別々に行うことは、肥料の原料となるスラグを得るという観点からは、手間とコストがかかる。また、特許文献4及び特許文献5では、製造される脱リンスラグの組成について、一切開示されておらず、また、肥料に関する記載も存在しない。従って、これら特許文献4及び特許文献5に開示されているスラグが肥料に適したものであるか否かについては、判断することができない。
特許文献6では、製鉄プロセスの溶銑予備処理工程で珪酸質肥料を製造する方法が開示されており、溶銑予備処理によって生ずる転炉スラグにく溶性リン酸を添加して、く溶性リン酸5質量%以上とする旨が記載されている。また、特許文献6では、元来のスラグのリン酸含有量について、1質量%以上4質量%以下である旨が記載されている。加えて、特許文献6には、ホウ素の含有、及び、ホウ素の肥料効果について、一切記載されていない。また、特許文献6では、スラグ製造の際のフリーボードに関する記載がなく、スラグの排滓による回収方法や冷却方法に関する記載も存在しない。
特許文献7では、不溶出性のケイ酸のみを含む石炭灰を、溶融した状態のステンレス鋼のスラグと混合することで、ケイ酸の溶出を可能化したケイ酸質肥料が開示されている。しかしながら、かかるケイ酸質肥料は、ステンレス鋼のスラグであるために、クロムを多く含有する。そのため、かかるスラグを原料とする肥料を大量に施用したり、長期間施用したりすると、土壌のクロム含有量が高くなることが懸念される。また、石炭灰を混合する必要があるため、操作増によるコスト増の要因となる。
特許文献8では、肥料用リン酸含有スラグの製造方法が開示されており、かかる肥料用リン酸含有スラグのリン酸含有量は、18.32質量%以上とされている。しかしながら、かかるリン酸含有量は、通常の製鉄プロセスの溶銑予備処理や脱炭処理で製造可能な製鋼スラグのリン酸含有量を大きく逸脱しており、通常の製鉄プロセスの溶銑予備処理や脱炭処理では、製造が不可能である。そのため、かかるスラグを製造するためには特別な工程が必要となり、コスト増の要因となる。
特許文献9にも、製鉄プロセスから得られるリン酸質肥料原料の製造方法が開示されており、かかるリン酸質肥料原料となるスラグのリン酸含有量は、15質量%以上とされている。しかしながら、かかるリン酸含有量は、通常の製鉄プロセスの溶銑予備処理や脱炭処理で製造可能な製鋼スラグのリン酸含有量を大きく逸脱しており、通常の製鉄プロセスの溶銑予備処理や脱炭処理では、製造が不可能である。そのため、かかるスラグを製造するためには特別な工程が必要となり、コスト増の要因となる。
<一般的な製鋼スラグについて>
本発明の実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグについて詳細に説明するに先立ち、比較のために、一般的な製鋼スラグについて、簡単に説明する。
CaO:45.8、SiO2:11.0、全鉄:17.4、MgO:6.5、
Al2O3:1.9、S:0.06、P2O5:1.7、MnO:5.3(各質量%)
以下に、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグについて、詳細に説明する。
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、所定量の成分を含有しており、高炉溶銑に対して脱リン処理を行うことによって得られる製鋼スラグであり、Ca、P、Si、Mg、Fe、Mn、B、S、Al等といった各種の元素を、所定量含有している。
以下、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグが含有する各成分について、詳細に説明する。
まず、Caについて説明する。
Caは、植物に必須な肥料元素である。肥料や製鋼スラグにおいては、Caの含有量を表記する際には、酸化物のCaOに換算して含有量が表記されるため、以下では、CaOとしてCaの含有量を表わす。
具体的には、CaOの含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光X線分析装置により準備した測定サンプルのCa由来の蛍光X線強度を測定する。得られたCa由来の蛍光X線強度と、CaOの含有量と、を用いて、CaOの含有量と蛍光X線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するCaOの含有量が未知の試料について、蛍光X線分析装置によりCa由来の蛍光X線強度を測定し、得られた蛍光X線強度と、検量線と、を用いて、CaOの含有量を特定することができる。
すなわち、分析試料を振動ミル(川崎重工業株式会社製 T−100型)にセットして、分析試料を粉末状に粉砕する(装置条件:粉砕時間30秒、1000rpm)。粉砕した試料を、目開き212μmの篩を用いて、振分けを実施する。続いて、白金皿に、四ホウ酸リチウム(融剤)6g、上記目開き(212μm)の篩を通過した試料0.3g、ヨウ化リチウム(剥離材)耳かきさじ2杯程度を投入し、ビードサンプラーにて1,150℃×10分×3〜4回融解を実施して、ガラスビードを作製する。同様に、標準物質についてもガラスビード状に加工実施する。蛍光X線分析装置(理学電気工業社製 ZSX PrimusII)にて検量線を作成し、上記目開き(212μm)の篩を通過した試料の定量及び標準物質による確認分析を実施する。本分析方法は、JIS規格「JIS M 8205」に準拠したものである。
続いて、Siについて説明する。
Siは、植物の必須要素ではないものの、稲、小麦、トウモロコシなどの、イネ科のケイ酸植物にとって、非常に重要な元素である。稲の植物体の乾燥質量の約5%をケイ酸(SiO2)が占める。肥料や製鋼スラグにおいては、Siの含有量を表記する際には、酸化物のSiO2に換算して含有量が表記されるため、以下、SiO2としてSiの含有量を表わす。
具体的には、SiO2の含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光X線分析装置により準備した測定サンプルのSi由来の蛍光X線強度を測定する。得られたSi由来の蛍光X線強度と、SiO2の含有量と、を用いて、SiO2の含有量と蛍光X線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するSiO2の含有量が未知の試料について、蛍光X線分析装置によりSi由来の蛍光X線強度を測定し、得られた蛍光X線強度と、検量線と、を用いて、SiO2の含有量を特定することができる。
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、上記のようなCaO含有量及びSiO2含有量に関する条件を共に満足し、かつ、(CaO含有量/SiO2含有量)で表される塩基度が、1.5超過2.2以下となる。
塩基度が1.8の場合:21質量%以上27質量%以下
塩基度が1.7の場合:22質量%以上28質量%以下
塩基度が1.6の場合:24質量%以上30質量%以下
塩基度が1.5の場合:25質量%以上32質量%以下
塩基度が1.4の場合:27質量%以上34質量%以下
塩基度が2.1の場合:46質量%以上63質量%以下
塩基度が2.2の場合:48質量%以上66質量%以下
塩基度が2.3の場合:51質量%以上69質量%以下
次に、Pについて説明する。
Pは、N、Kとともに植物の必須要素である。Pは、遺伝子であるDNAやRNA、ATPなどのエネルギー代謝物質、細胞膜の構成物質などに必要な元素である。また、Pは、根の生長点に作用し、根の生長に効果がある元素である。Pが不足すると、根の生長が抑制される。
具体的には、Pの含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光X線分析装置により準備した測定サンプルのP由来の蛍光X線強度を測定する。得られたP由来の蛍光X線強度と、Pの含有量から算出したP2O5の換算量と、を用いて、P2O5の換算量と蛍光X線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するPの含有量が未知の試料について、蛍光X線分析装置によりP由来の蛍光X線強度を測定し、得られた蛍光X線強度と、検量線と、を用いて、P2O5の含有量を特定することができる。
続いて、Mgについて説明する。
Mgは、植物にとって必要な元素であり、二次要素とされている。
具体的には、Mgの含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光X線分析装置により準備した測定サンプルのMg由来の蛍光X線強度を測定する。得られたMg由来の蛍光X線強度と、Mgの含有量から算出したMgOの換算量と、を用いて、MgOの換算量と蛍光X線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するMgの含有量が未知の試料について、蛍光X線分析装置によりMg由来の蛍光X線強度を測定し、得られた蛍光X線強度と、検量線と、を用いて、MgOの含有量を特定することができる。
続いて、Feについて説明する。
Feは、植物に必要な微量要素であり、特殊肥料として含鉄物が使われている。しかしながら、酸性の土壌において、Feは植物に鉄過剰症を発生させる可能性があるため、植物に有害になり得る元素でもある。
具体的には、全鉄の含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光X線分析装置により準備した測定サンプルのFe由来の蛍光X線強度を測定する。得られたFe由来の蛍光X線強度と、全鉄の含有量と、を用いて、全鉄の含有量と蛍光X線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目する全鉄の含有量が未知の試料について、蛍光X線分析装置によりFe由来の蛍光X線強度を測定し、得られた蛍光X線強度と、検量線と、を用いて、全鉄の含有量を特定することができる。
続いて、Mnについて説明する。
Mnも、微量要素として植物への肥料効果がある元素である。肥料や製鋼スラグにおいては、Mnの含有量を表記する際には、酸化物のMnOに換算して含有量が表記されるため、以下、MnOとしてMnの含有量を表わす。
具体的には、Mnの含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光X線分析装置により準備した測定サンプルのMn由来の蛍光X線強度を測定する。得られたMn由来の蛍光X線強度と、Mnの含有量から算出したMnOの換算量と、を用いて、MnOの換算量と蛍光X線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するMnの含有量が未知の試料について、蛍光X線分析装置によりMn由来の蛍光X線強度を測定し、得られた蛍光X線強度と、検量線と、を用いて、MnOの含有量を特定することができる。
続いて、ホウ素について説明する。
ホウ素は、植物に必要な微量要素であり、ホウ素が欠乏すると、植物にホウ素欠乏症が起きることが知られている。ホウ素は、植物の細胞壁の合成に必要な元素である。
具体的には、試料0.5gと試薬(炭酸ナトリウム2g、過酸化ナトリウム3g)をNi坩堝にいれて、アルカリ融解(バーナー加熱)を実施する。アルカリ融解後のNi坩堝をビーカーに入れ、水と塩酸(1:9)を入れてNi坩堝内容物が溶けたら、Ni坩堝を取り出し、ビーカーを加熱して、試料を溶解させる。得られた溶解試料を高周波誘導結合プラズマ中(装置:日立ハイテクサイエンス SPS3100)に導入し、ホウ素による発光を波長249.753nmで測定して、ホウ素を定量する。本分析方法は、JIS A 5011−3 附属書A に準拠した方法である。
続いて、硫黄について説明する。
硫黄は、システイン、メチオニンなど、含硫黄アミノ酸の生合成、更には、タンパク質の生合成に必要な元素であり、ネギ、タマネギ、ニンニクなどの生育には欠かせない元素である。
具体的には、試料0.5gと試薬(炭酸ナトリウム2g、過酸化ナトリウム3g)をNi坩堝にいれて、アルカリ融解(バーナー加熱)を実施する。アルカリ融解後のNi坩堝をビーカーに入れ、水と塩酸(1:9)を入れてNi坩堝内容物が溶けたら、Ni坩堝を取り出し、ビーカーを加熱して試料を溶解させる。得られた溶解試料を高周波誘導結合プラズマ中(装置日立ハイテクサイエンス SPS3100)に導入し、硫黄による発光を波長182.036nmで測定して、硫黄を定量する。本分析方法は、JIS A 5011−3 附属書A に準拠した方法である。
続いて、Alについて説明する。
肥料や製鋼スラグにおいては、Alの含有量を表記する際には、酸化物のAl2O3に換算して含有量が表記されるため、以下、Al2O3としてAlの含有量を表わす。
具体的には、Alの含有量が既知の測定サンプルを、含有量を変えながら複数準備して、蛍光X線分析装置により準備した測定サンプルのAl由来の蛍光X線強度を測定する。得られたAl由来の蛍光X線強度と、Alの含有量から算出したAl2O3の換算量と、を用いて、Al2O3の換算量と蛍光X線強度との間の関係を示す検量線を予め作成しておく。その後、着目するAlの含有量が未知の試料について、蛍光X線分析装置によりAl由来の蛍光X線強度を測定し、得られた蛍光X線強度と、検量線と、を用いて、Al2O3の含有量を特定することができる。
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、上記のような組成を有することで、そのかさ比重(より詳細には、ゆるめかさ比重)が1.9以上2.8以下となる。かさ比重が1.9未満である場合には、多量の降雨によって、肥料が流亡する可能性が高まるため、好ましくない。一方、かさ比重が2.8を超える場合には、肥料の取扱者が重量感を感じるようになり、好ましくない。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグのかさ比重は、好ましくは、2.0以上2.7以下であり、より好ましくは、2.1以上2.6以下である。
本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、その組織として、2CaO・SiO2−3CaO・P2O5固溶体、及び、FeO−MnO−CaO−SiO2系固溶体を共に含有することが好ましい。これらの固溶体は、以下で説明するように、肥料原料用製鋼スラグの製造時において溶融状態にあるスラグを固化させる際に、スラグを急冷することで、より効率良く形成させることが可能となる。
本実施形態では、以上説明したような肥料原料用製鋼スラグを粉砕等により適切な粒径に調整することで、肥料の原料として好適に用いることが可能である。かかる肥料原料用製鋼スラグの粉砕には、例えば、ジョークラッシャー、ハンマークラッシャー、ロッドミル、ボールミル、ロールミル、ローラーミルなどの公知の手段を用いることができる。
続いて、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグの製造方法について、詳細に説明する。本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、高炉溶銑に対して、以下で説明するような特定の脱リン処理を行うことで、製造される。
上記(1)に示した高炉溶銑注入工程は、生成された高炉溶銑を転炉型鍋に注入する工程である。高炉溶銑を、転炉型鍋に注入する際に、(フリーボード/炉内高)で表される空隙比率が0.5未満である場合には、フリーボードが小さくなりすぎる結果、溶銑液面の上方に存在する空隙が狭くなりすぎてしまうため、高炉溶銑を十分にフォーミングさせることが困難となり、十分に脱リン反応を進行させることができなくなるため好ましくない。一方、(フリーボード/炉内高)で表される空隙比率が0.9を超える場合には、脱リンする溶銑の量が少なくなり非効率となるため好ましくなく、また、転炉型鍋の中にわずかしか高炉溶銑が注入されていないことになるため、操業効率が低下し生産性が低下してしまう。(フリーボード/炉内高)で表される空隙比率は、好ましくは、0.5以上0.8以下であり、より好ましくは、0.6以上0.8以下である。
上記(2)に示した添加材投入工程は、転炉型鍋中の高炉溶銑に対して、マンガン鉱石、マンガン含有脱炭スラグ、及び、フェロマンガンの少なくとも何れかを、所望のスラグ中MnO含有量(すなわち、スラグ中MnO含有量3質量%以上10質量%以下)となるように投入する工程である。ここで、上記の添加材のうち、どの添加材をどのような分量で投入するかについては、特に限定されるものではなく、所望のスラグ中MnO含有量に応じて、適宜決定すればよい。
上記(3)に示した脱リン処理工程は、MnO含有量が調整された高炉溶銑に対して、カルシウム源及び酸素を吹き込み、所定の温度でスラグをフォーミングさせることで、高炉溶銑の脱リン処理を行う工程である。
上記(4)に示したスラグ固化工程は、脱リン処理後の溶融スラグを所定の方法により固化させる工程である。
すなわち、(a)転炉型鍋を傾けることで、脱リン処理後の溶融スラグをスラグ鍋に傾注した後、スラグ鍋中の前記溶融スラグを、傾転可能な第1の耐熱性容器へと傾注し、(b)第1の耐熱性容器内で散水を行うことで、溶融スラグを例えば600℃程度まで急速冷却して固化させた上で、固化したスラグを破砕し、(c)第1の耐熱性容器を傾転させて、固化したスラグを第2の耐熱性容器内に滑り落とすことで破砕する。
上記(5)に示したスラグ粉砕工程は、上記のようにして固化させた製鋼スラグを、所望の粒径となるように粉砕する工程である。
続いて、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを用いた肥料の製造方法について、簡単に説明する。
以上説明したような本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグは、その粒径を所定の範囲内(例えば、全て600μm未満程度)に調整することで、そのまま肥料として使用することが可能である。すなわち、本実施形態に係る肥料の製造方法は、上記のような肥料原料用製鋼スラグの製造方法で製造された肥料原料用製鋼スラグを、公知の手段により粉化するものである。
続いて、本実施形態に係る肥料原料用製鋼スラグを含む肥料の施肥方法について説明する。
以上説明したような肥料原料用製鋼スラグを含む肥料は、降雨量が多い地域や河川の氾濫が多い地域の酸性の土壌であっても、水流による流亡なしに容易かつ低コストで、多種類の元素を植物の肥料として供給することができる。より詳細には、以下で説明するような方法で、特定の酸性土壌に対して施肥することで、酸性土壌のアルカリ化を図り、かつ、生育したい植物に対して、より効果的に多種類の元素を肥料として供給することができる。
以下に示す方法により、肥料原料用製鋼スラグを製造した。
すなわち、(フリーボード/炉内高)で表わされる空隙比率が0.7である転炉内で、一般的な高炉溶銑にマンガン含有脱炭スラグを追加投入した後、平均粒径1mm以下の生石灰と酸素を溶銑中に挿入したランスから吹き込み、1350℃でフォーミングさせながら脱リン処理を行った。出鋼後に、生成したスラグに対して、二つの冷却処理を実施した。一つは、転炉を傾けて皿状の耐熱性容器に入れ、薄く広げた上で散水することで、急冷した。もう一つは、転炉を傾けて、スラグ鍋に入れ、30分間後、スラグ鍋を排さい場で傾けることでスラグを排さいして放置し、常温まで徐冷した。
上記のような肥料を用い、以下の表3に分析結果を記した土壌において、水稲の栽培試験を実施した。かかる土壌において、pH(H2O)、pH(KCl)、有効態リン酸含有量を、先だって説明した方法により測定したところ、pH(H2O)は、4以上6以下の範囲内にあり、pH(H2O)−pH(KCl)の値は、1以上であって、有効態リン酸含有量も、5mg/100g乾土以下であった。
上記実施例2に記載した、急冷した製鋼スラグを原料とする肥料、徐冷した製鋼スラグを原料とする肥料、及び、製鋼スラグを原料とする市販の肥料を用い、以下の表7に分析結果を記した土壌において、水稲の栽培試験を実施した。なお、土壌の分析方法は、実施例2と同様である。
Claims (18)
- 質量%で、
P2O5:2%以上8%以下、
MnO:3%以上10%以下、
ホウ素:0.005%以上0.05%未満、
全鉄:7%以上15%未満、
CaO:38%以上48%以下、
SiO2:22%以上30%以下、
硫黄:0.1%以上0.6%以下、
MgO:1%以上8%以下、
Al2O3:0.5%以上3%以下、
を含有し、
前記P2O5中の可溶性P2O5の割合が、50%以上であり、
前記MnO中のく溶性MnOの割合が、80%以上であり、
(CaO含有量/SiO2含有量)で表されるスラグ塩基度が、1.5超過2.2以下であり、
かさ比重が、1.9以上2.8以下である、肥料原料用製鋼スラグ。 - 2CaO・SiO2−3CaO・P2O5固溶体、及び、FeO−MnO−CaO−SiO2系固溶体をそれぞれ含有する、請求項1に記載の肥料原料用製鋼スラグ。
- 前記ホウ素中のく溶性ホウ素の割合が、95%以上である、請求項1又は2に記載の肥料原料用製鋼スラグ。
- 粒径が、全体として5mm未満であり、かつ、粒径が600μm未満であるものの質量割合が、全質量に対して60%以上である、請求項1〜3の何れか一項に記載の肥料原料用製鋼スラグ。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法であって、
転炉型鍋に対し、(炉口から溶銑液面までの長さに対応するフリーボード/炉口から炉内底までの長さに対応する炉内高)で表される空隙比率が0.5以上0.9以下となるように、高炉溶銑を注入し、
前記転炉型鍋中の前記高炉溶銑に対して、マンガン鉱石、マンガン含有脱炭スラグ、及び、フェロマンガンの少なくとも何れかを添加し、
前記高炉溶銑内に挿入したランスから、前記高炉溶銑に対して、平均粒径が1mm以下である、生石灰及び/又は炭酸カルシウムと、酸素と、を吹き込み、
1300℃以上1400℃以下でスラグをフォーミングさせて脱リン処理を行い、
(CaO含有量/SiO2含有量)で表されるスラグ塩基度が、1.5超過2.2以下となり、かつ、スラグ中のMnO含有量が3質量%以上10質量%以下となるように製造する、肥料原料用製鋼スラグの製造方法。 - 前記脱リン処理後の溶融スラグを皿状の耐熱性容器内に注入し、急速冷却することで固化させる、請求項5に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
- 散水を行うことで、前記脱リン処理後の溶融スラグを急速冷却する、請求項6に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
- 前記転炉型鍋を傾けることで、前記脱リン処理後の溶融スラグをスラグ鍋に傾注した後、前記スラグ鍋中の前記溶融スラグを、傾転可能な第1の耐熱性容器へと傾注し、
前記第1の耐熱性容器内で散水を行うことで前記溶融スラグを急速冷却して固化させた上で、固化したスラグを破砕し、
前記第1の耐熱性容器を傾転させて、固化した前記スラグを第2の耐熱性容器内に滑り落とすことで破砕する、請求項5〜7の何れか一項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。 - 急速冷却により、2CaO・SiO2−3CaO・P2O5固溶体、及び、FeO−MnO−CaO−SiO2系固溶体をそれぞれ形成させる、請求項5〜8の何れか1項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
- 粒径が、全体として5mm未満であり、かつ、粒径が600μm未満であるものの質量割合が全質量に対して60%以上となるように、スラグを粉砕する、請求項5〜9の何れか1項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法。
- 請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の肥料原料用製鋼スラグ、又は、請求項5〜10の何れか1項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法で製造された肥料原料用製鋼スラグを粉化する、肥料の製造方法。
- 粉化後の前記肥料原料用製鋼スラグに対して所定の結合剤を添加した後、造粒する、請求項11に記載の肥料の製造方法。
- 得られた肥料に対し、更に有機物を混合する、請求項11又は12に記載の肥料の製造方法。
- 前記有機物は、家畜ふん、植物残渣、及び、魚介類から得られる堆肥の少なくとも何れかである、請求項13に記載の肥料の製造方法。
- 請求項1〜4の何れか1項に記載の肥料原料用製鋼スラグ、請求項5〜10の何れか1項に記載の肥料原料用製鋼スラグの製造方法で製造された肥料原料用製鋼スラグ、又は、請求項11〜請求項14の何れか1項に記載の肥料の製造方法で製造された肥料を含む肥料を、
pH(H2O)が4以上6以下であり、(pH(H2O)−pH(KCl))で表される値が1以上であり、かつ、有効態リン酸が5mg/100g乾土以下である土壌に対して施肥する、施肥方法。 - 前記肥料の施用量が、前記肥料原料用製鋼スラグとして、0.05t/ha以上2t/ha以下である、請求項15に記載の施肥方法。
- 前記肥料を、播種あるいは苗植え前に、作土層表面に撒くか、又は、当該作土層と混合する、請求項15又は16に記載の施肥方法。
- 前記肥料を、栽培する植物体の近傍の作土層表面に撒くか、又は、当該作土層中に混合する、請求項15又は16に記載の施肥方法。
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