JP7469664B2

JP7469664B2 - 製鋼スラグの処理方法、スラグ製品の製造方法、及び、製鋼スラグの処理システム

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Publication number: JP7469664B2
Application number: JP2020143440A
Authority: JP
Inventors: 茂森下; 拓司浜崎; 正人神保
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2024-04-17
Anticipated expiration: 2040-08-27
Also published as: JP2022038784A

Description

本発明は、製鋼スラグのエージングを促進させるスラグの処理方法等に関するものである。

転炉、電気炉等より排出される製鋼スラグ（以下、「スラグ」と言う場合がある。）は、遊離石灰（ｆ－ＣａＯ）を含有しており、遊離石灰の水和反応による膨張特性がある。そのため、道路用路盤材などの用途でスラグが使用される場合、膨張による弊害が生じないように、スラグ中の遊離石灰の膨張を事前に進行させるエージング処理が行われる。

また、遊離石灰や水酸化カルシウム等のような水可溶性カルシウム成分は、雨水等の水に接触すると、高アルカリ水が溶出する。そして、この高アルカリ水に含まれるカルシウム成分が大気中の二酸化炭素と反応すると、炭酸カルシウムが生成され、水分の蒸発後に白色沈殿物として残存し、白色痕として周辺の美観を損ねる等の問題が生じる虞がある。そのため、スラグ中に含まれる水可溶性カルシウム成分を事前に二酸化炭素と反応させて、不溶化させる炭酸化処理が行われる場合がある。

特許文献１には、製鋼スラグのエージング方法が記載されている。この処理方法は、水蒸気を利用して製鋼スラグを短時間で人工的に膨潤させて、道路用路盤材として適用可能な製品に工業規模でエージングするものである。この処理方法では、粒径２５ｍｍ以下のものが８０％以上となるように破砕した常温の製鋼スラグが、圧力容器に装入されて、圧力容器が密閉される。そして、容器内に加圧水蒸気を供給して容器およびスラグを加熱することによって、凝縮した熱水を排出しつつ、圧力容器内を昇温・昇圧する。次いで、容器内を２～１０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇの圧力の飽和水蒸気雰囲気に１～５時間保持した後、圧力容器内を大気圧まで減圧して、製鋼スラグが排出される。

また、特許文献２には、製鋼スラグを加圧蒸気によってエージングする方法が記載されている。この処理方法は、スラグ収納容器の内部に導かれた配管を介して、スラグ収納容器に装入された製鋼スラグに蒸気を供給することによって、製鋼スラグを直接水和反応させるものである。

また、特許文献３には、エージング処理後に炭酸化処理を行う製鋼スラグの処理方法が記載されている。

特開平８－１６５１５１号公報特開２００９－２８０４４５号公報特開２０１７－１１４７１７号公報

ところで、ステンレススラグなど高塩基度のスラグ（遊離石灰を多く含むスラグ等）は、溶融状態から常温までの冷却過程で結晶構造の相変態による体積膨張で、スラグが自然に崩壊して、数μｍ～数百μｍの粒径に粉化する。このような自然に粉化されたスラグに対して、上述の特許文献などに記載の蒸気エージングを適用した場合、スラグ粒子表面や団塊表面に、水蒸気の凝縮による水膜が形成され、その水膜によりスラグ内部への熱伝達や水蒸気供給が阻害される。そのため、エージングを十分に促進させることができない。

このことから、従来は、粉化されたスラグをさらに粉砕したとしても、粉砕前と同様に、エージング処理によりスラグと水分の接触を十分に図ることができず、エージングを十分に促進させることができないと考えられていた。そのため、高塩基度のスラグは、短時間のエージング処理では再利用できないスラグとして、埋め立て等の廃棄処分がなされている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、自然に粉化が生じるスラグであっても、エージングを効果的に促進させることができる製鋼スラグの処理方法及び処理システムを提供することを目的とする。

なお、本明細書において、「粉化」とは、粉体（１ｍｍ未満の粒子）が生成されることだけでなく、粉体をさらに細かくすることも含む。また、「高塩基度（のスラグ）」とは、自然に粉化が生じてしまう程度に塩基度が高いスラグであり、目安としては塩基度が１．６以上のスラグを言う。また、「エージング」とは、スラグにおける遊離石灰の水和反応が進行することを言う。

本願発明者は、水和反応によって体積膨張するスラグの粒子を顕微鏡によって観察した。拡大倍率１０００倍の顕微鏡写真（図３）では、粒子の表面に１μｍ以下の粉体が付着し、針状物が形成されていることが確認できた。さらに、拡大倍率５０００倍の顕微鏡写真（図４）では、この針状物は、極めて薄い多数の板状物が積層された状態になっており、単一粒子の表面が狭い谷間を形成するように崩壊離脱していることが確認できた。この観察結果より、本願発明者は、数百ｍｍの大塊から数十μｍにスラグが粉化された状態でも、粉化は継続している事実を発見した。そして、スラグがどこまで細かくなっても水和反応が完全に完了することはなく、体積膨張は長期にわたり継続していることが分かった。この知見を踏まえ、本願発明者は、（ｉ）粉砕によりスラグを粉化することは、水和反応により体積膨張して粉化することと同じ作用であり、（ｉｉ）粉化により、粒子数が飛躍的に増加すると共に各粒子の比表面積も増加するため、スラグ全体での水和反応の速度も飛躍的に増加すると考えた。つまり、スラグの粉化は、エージングの促進に有効と考えた。

この着想を踏まえ、第１の発明は、製鋼スラグの処理方法であって、容器内において、水とスラグの混合物の攪拌及びスラグの粉砕を行いながら、スラグのエージングを促進させるエージング処理工程を含む。

第２発明は、第１発明において、エージング処理工程では、混合物の攪拌及びスラグの粉砕の実行中に、前記混合物の液面下に水蒸気を供給する。

第３発明は、第１発明において、エージング処理工程では、混合物の攪拌及びスラグの粉砕の実行中に、前記混合物の液面下に炭酸ガスを供給する。

第４発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、エージング処理工程後の混合物中のスラグでは、粒径が１０μｍ以下の粒子が６０質量％以上含まれる。

第５発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、エージング処理工程では、容器内において混合物と共に球状体を攪拌して、スラグに球状体を衝突させることにより、スラグの粉砕を行う。

第６発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、エージング処理工程では、容器から分離槽に混合物が排出され、分離槽で底部まで沈降するスラグを容器に戻す。

第７発明は、第３発明において、エージング処理工程では、容器から分離槽に混合物が排出され、分離槽で底部まで沈降するスラグを、水とともに配管を通じて容器に戻し、
配管では、スラグを含有する水の冷却を行う。

第８発明は、第３又は第７の発明において、容器内の混合物の温度を下げる際に、容器にドライアイスが供給される。

第９発明は、第１の発明において、容器を第１容器として、エージング処理工程では、第１容器内においては混合物の攪拌及びスラグの粉砕の実行中に混合物の液面下に水蒸気又は炭酸ガスの一方を供給し、第１容器から排出された混合物が流入する第２容器内において混合物の攪拌及びスラグの粉砕の実行中に混合物の液面下に水蒸気又は炭酸ガスの他方を供給する。

第１０発明は、第１乃至第９の何れか１つの発明の処理方法におけるエージング処理工程後の混合物から、スラグ製品を製造する製品化工程を含む。

第１１発明は、製鋼スラグの処理システムであって、水とスラグの混合物が攪拌される容器を有し、容器内で混合物の攪拌及び混合物中のスラグの粉砕を行う粉砕装置を備えている。

本発明では、容器内において、水とスラグの混合物の攪拌及び混合物中のスラグの粉砕が行われる。そのため、混合物中のスラグが粉末であったとしても、スラグの破砕面（粒子の表面）にすぐに水分が接触する。スラグの破砕面では水和反応が開始される。そして、上述したように、スラグの粉砕により、粒子数が飛躍的に増加すると共に各粒子の比表面積が増加するため、混合物中のスラグ全体における水和反応の速度も飛躍的に増加する。従って、自然に粉化が生じるスラグであっても、従来よりも短時間でエージング処理を終了させることができる。また、他の種類のスラグ（自然に粉化が生じることがほとんどないスラグ）に本発明を適用する場合も、従来よりも短時間でエージング処理を終了させることができる。

図１は、実施形態に係るスラグ処理システムの概略構成図である。図２は、実施形態の変形例に係るスラグ処理システムの概略構成図である。図３は、水和反応によって体積膨張するスラグの粒子の顕微鏡写真（拡大倍率１０００倍）である。図４は、水和反応によって体積膨張するスラグの粒子の顕微鏡写真（拡大倍率５０００倍）である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明をする。なお、以下の実施形態は、本発明の一例であって、本発明、その適用物、或いは、その用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態は、製鋼スラグのエージングを促進させるための製鋼スラグの処理方法（以下、「本処理方法」と言う。）である。本処理方法では、粉砕用容器２１内において、水とスラグの混合物（混合液）Ｍの攪拌及び混合物Ｍ中のスラグの粉砕を行いながら、スラグのエージングを促進させるエージング処理工程が行われる。エージング処理工程では、粉砕用容器２１内において混合物Ｍと共に鉄球（球状体）Ｂを攪拌して、スラグに鉄球Ｂを衝突させることにより、スラグの粉砕が行われる。また、エージング処理工程では、混合物Ｍの攪拌及びスラグの粉砕の実行中に、粉砕用容器２１内における混合物Ｍの液面下に水蒸気が供給され、混合物Ｍの温度が、遊離石灰の水和反応に適した温度範囲（６０℃～８０℃）に調整される。

本実施形態では、混合物Ｍ中のスラグが粉末を含む場合でも、スラグの破砕面にすぐに水分が接触する。そのため、スラグの破砕面において水和反応が開始され、エージングが効果的に促進される。以下、本実施形態について、より詳細に説明を行う。

［スラグ処理システムの構成］
まず本処理方法に使用する製鋼スラグの処理システム（以下、「スラグ処理システム」と言う。）１０について説明を行う。スラグ処理システム１０は、図１に示すように、粉砕装置２０、スラグ投入装置２７、分離槽３０、冷却装置３５、蒸気供給装置４０、炭酸ガス供給装置４５、ドライアイス供給部４８、及び、スラリー受入れ槽５０を備えている。

粉砕装置２０は、湿式でスラグの粉砕を機械的に行う装置である。本実施形態では、粉砕装置２０が、湿式タワーミルであり、鉄球Ｂを用いて粉砕を行うボールミルでもある。粉砕装置２０は、水とスラグの混合物Ｍが攪拌される粉砕用容器２１と、粉砕用容器２１内に配置された攪拌羽根２２と、攪拌羽根２２を回転させる駆動機構２３とを備えている。粉砕装置２０は、粉砕用容器２１内で混合物Ｍの攪拌および混合物Ｍ中のスラグの粉砕を行う。

具体的に、粉砕用容器２１は、円筒状の竪型容器である。粉砕用容器２１には、多数の鉄球Ｂが充填される。また、駆動機構２３は、攪拌羽根２２が一体化された回転軸２４と、回転軸２４を回転させるモータ２５とを有する。回転軸２４は、上下方向に延びている。また、攪拌羽根２２は、例えば回転軸２４を中心とする螺旋状に形成されている。攪拌羽根２２は、粉砕用容器２１の底部から上部に亘って設けられている。

粉砕装置２０では、モータ２５により攪拌羽根２２を回転させることにより、混合物Ｍの攪拌が行われる。その際、攪拌羽根２２により鉄球Ｂが上下に動き、鉄球Ｂがスラグに衝突してスラグを粉砕する。なお、鉄球Ｂは、例えば直径２０ｍｍのものを用いることができる。この場合、エージング処理後の混合物Ｍ中のスラグは、１０μｍ以下の粒子が６０質量％以上のスラグ粉末となる。なお、粉砕装置２０では、鉄球Ｂのサイズや充填量を変えることにより、破砕粒度及び処理量を変えることができる。

スラグ投入装置２７は、粉砕用容器２１にスラグを投入する装置である。スラグ投入装置２７は、粉砕用容器２１の水面上に出口が開口する原料投入口２８と、スラグを運搬して原料投入口２８に向けてスラグを落下させる原料運搬部２９とを備えている。原料投入口２８は、入口が大きく開口したホッパーであり、粉砕装置２０の上部に取り付けられている。また、原料運搬部２９は、例えば運搬車である。原料運搬部２９は、ブルドーザーなどの重機により運搬車にスラグが投入される位置から、原料投入口２８の上方の位置までスラグを運搬して、スラグを投入する。

分離槽３０は、スラグの粒径によって沈降速度が違うことを利用して、粒径が異なるスラグを分ける水簸槽である。分離槽３０の上部は、粉砕用容器２１の上部に繋がっている。エージング処理工程では、分離槽３０の水位が粉砕用容器２１の水位と等しくなり、粉砕用容器２１から分離槽３０に混合物Ｍが排出される。また、分離槽３０では、粉砕用容器２１寄りの位置に、撹拌機３４が設けられている。撹拌機３４は、分離槽３０に貯留された混合物Ｍの上層を攪拌する。

また、分離槽３０の下部はテーパー状に形成され、分離槽３０の下端部には液配管３１の入口が接続されている。液配管３１の出口は、粉砕用容器２１の下部に接続されている。液配管３１にはポンプ３９が設けられている。これにより、分離槽３０で底部まで沈降する粗粒のスラグ（粒径が相対的に大きいスラグ）が、水と共に液配管３１を通じて粉砕用容器２１に戻される。そのため、粉砕が不十分なスラグが、粉砕用容器２１で細かく粉砕される。

冷却装置３５は、液配管３１を流通する液体を冷却する装置である。冷却装置３５は、冷却水を放出する冷却水放出部３６と、冷却水放出部３６から延びる冷却配管３３と、液配管３１の途中に接続された熱交換器３２とを備えている。熱交換器３２では、液配管３１の一部を構成する第１流路と、冷却配管３３の一部を構成する第２流路との間で熱交換が行われる。その結果、液配管３１では、冷却配管３３の冷却水により、スラグを含有する水が冷却される。なお、熱交換器３２としては、例えば、スパイラル式の熱交換器を用いることができる。

蒸気供給装置４０は、１５０℃程度の高温の水蒸気を粉砕用容器２１内の混合物Ｍの液面下に供給する装置である。蒸気供給装置４０は、高温の水蒸気を放出する蒸気放出部４１と、蒸気放出部４１から放出された水蒸気を粉砕用容器２１に送るガス配管４２とを備えている。ガス配管４２は、粉砕用容器２１に対し、液面下に水蒸気が供給される高さに接続されている。ところで、粉砕用容器２１内では、高温の水蒸気を供給しなくても、鉄球Ｂによる粉砕で混合物Ｍの温度は上昇する。例えば、混合物Ｍの温度は、６０℃以上に上昇する。本実施形態では、エージング促進のために混合物Ｍの温度をさらに高める場合に、蒸気供給装置４０が高温の水蒸気を供給する。蒸気供給装置４０は、例えば、粉砕用容器２１内の混合物Ｍの温度を計測する温度センサの計測値に基づいて、混合物Ｍの温度が６０℃～８０℃の範囲に維持されるように、水蒸気を粉砕用容器２１に供給する。なお、図１では、ガス配管４２が、粉砕用容器２１の下部に接続されている。そのため、水蒸気が高温のまま液面上に逃げることを抑制でき、水蒸気から混合物Ｍにより多くの温熱を伝達させることができる。

炭酸ガス供給装置４５は、炭酸ガスを粉砕用容器２１における液面下に供給する装置である。炭酸ガス供給装置４５は、炭酸ガスを放出する炭酸ガス放出部４６と、炭酸ガス放出部４６から放出された炭酸ガスを粉砕用容器２１に送るガス配管４７とを備えている。ガス配管４２の出口は、粉砕用容器２１の下部に接続されている。炭酸ガス放出部４６から放出される炭酸ガスは、粉砕用容器２１内における混合物Ｍの下層に供給される。

ドライアイス供給部４８は、混合物Ｍの温度を下げる際に、ドライアイスを粉砕用容器２１に供給する部分である。ドライアイス供給部４８は、炭酸ガス供給装置４５のガス配管４７を介して、粉砕用容器２１にドライアイスを供給する。例えば、ドライアイス供給部４８は、配管４９を通じてガス配管４７の下流にドライアイスを供給する。そして、ガス配管４７に供給されたドライアイスは、炭酸ガスと共に粉砕用容器２１における液面下（混合物Ｍの下層）に供給される。なお、ドライアイスは、粉砕用容器２１における液面上から投入してもよいが、液面下に供給する方が、二酸化炭素の溶解効率が優れている。

スラリー受入れ槽５０は、分離槽３０の上部から排出されるスラリー状の混合物Ｍを受け入れて貯留する容器（タンク）である。スラリー受入れ槽５０の入口部には、ごみ取り網５２が設けられている。また、スラリー受入れ槽５０には、貯留する混合物Ｍを攪拌する撹拌機５１が取り付けられている。

［製鋼スラグの第１処理方法］
スラグ処理システム１０を使用する本処理方法のうち、蒸気供給装置４０を作動させる第１処理方法について説明を行う。第１処理方法では、炭酸ガス供給装置４５は作動させない。また、分離槽３０では撹拌機３４の運転が行われ、スラリー受入れ槽５０では撹拌機５１の運転が行われる。なお、粉砕用容器２１に投入されるスラグは、高塩基度スラグ（例えば、塩基度が１．６以上のステンレス製鋼スラグ）であり、このスラグは、溶融状態からの冷却過程で粉化が生じている。このスラグの平均粒子径は、例えば１０μｍ～４４μｍである。

まず準備工程が行われる。準備工程では、多数の鉄球Ｂが設けられた粉砕用容器２１に水が充填される。粉砕用容器２１では、水位が上部に達するまで水が充填される。

この状態で、エージング処理工程が行われる。エージング処理工程では、駆動機構２３を作動させて攪拌羽根２２を回転させた状態で、スラグ投入装置２７により粉砕用容器２１にスラグが投入される。粉砕用容器２１内では、水とスラグが混ざった混合物Ｍが攪拌されると共に、鉄球Ｂによりスラグが微粉砕される。混合物Ｍはスラリー状になる。粉砕用容器２１内では、スラグと水が接触して、式１に示す水和反応が行われる。
式１：ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）_２

また、エージング処理工程では、蒸気供給装置４０を作動させて高温の水蒸気を粉砕用容器２１に供給することにより、粉砕用容器２１内の混合物Ｍの温度が高められる。混合物Ｍの温度は、蒸気供給装置４０の制御により６０℃～８０℃の範囲に維持される。

また、粉砕用容器２１内では、攪拌羽根２２により、下層から上層に向けた螺旋状の流れが生じる。そして、上層の混合物Ｍは、粉砕用容器２１からオーバーフローして排出されて、分離槽３０に流入する。なお、混合物Ｍの排出に伴って、粉砕用容器２１にはスラグが投入されると共に、水が供給される。粉砕装置２０では連続処理が行われる。

分離槽３０では、エージング処理工程の一連の処理として、混合物Ｍがオーバーフローして排出される。分離槽３０では、粗粒のスラグが沈降するため、粗粒のスラグが除去された混合物Ｍが排出される。そして、排出された混合物Ｍは、スラリー受入れ槽５０に流入する。他方、粗粒のスラグは、分離槽３０の底部まで沈降して液配管３１に流入する。粗粒のスラグは、液配管３１を通じて粉砕用容器２１に戻される。そして、粉砕用容器２１において、下層から上層に向けて移動する過程で微粉砕される。なお、第１処理方法では、冷却装置３５は作動させない。

スラリー受入れ槽５０では、エージング処理工程後の混合物Ｍが貯留される。エージング処理工程後の混合物Ｍのスラグ粉末は、レーザー回折・散乱法に準拠した測定で、粒径が１０μｍ以下の粒子を６０質量％以上含む。その後、スラリー受入れ槽５０内の混合物Ｍは、外部に排出され、排出された混合物Ｍからスラグ製品を製造する製品化工程が行われる。製品化工程では、要求に応じて、混合物Ｍに対し調合や加工がなされて、道路用路盤材、海洋ブロック用骨材、セメントミルク材料などのスラグ製品となる。

［第１処理方法の効果等］
第１処理方法では、粉砕用容器２１に投入されるステンレススラグは、崩壊により粉化した状態であるが、粉砕用容器２１内で混合物Ｍの攪拌及びスラグの粉砕を同時に行うため、スラグの破砕面にすぐに水分が接触し、スラグの破砕面において水和反応が開始される。破砕面では、反応の活性度が高く、水和反応の進行が早い。また、スラグの粉砕により、粒子数が飛躍的に増加すると共に各粒子の比表面積が増加するため、混合物Ｍ中のスラグ全体における水和反応の速度も飛躍的に増加する。さらに、粉砕用容器２１内で混合物Ｍは撹拌されているため、均一な反応状態で粉砕用容器２１から排出される。従って、第１処理方法によれば、短時間でスラグの膨張率が所定値を下回りエージング処理を終了させることができる。

また、第１処理方法では、高温の水蒸気の供給により混合物Ｍの温度が高められる。ここで、水和反応は、水温が高いほど反応が促進される。そのため、さらに短時間でエージング処理を終了させることができる。また、粉砕用容器２１では攪拌エネルギーが鉄球Ｂの衝突により熱エネルギーに変換され、加熱を行わなくても、ある程度温度が上昇する。従って、蒸気供給装置４０の消費エネルギーを小さくすることができる。

また、第１処理方法では、タワーミルやボールミル等の設備を用いて、工業規模でエージング処理を行うことができる。また、粉砕用容器２１又は分離槽３０でオーバーフローした混合物Ｍが排出されるため、連続的に大量のスラグのエージング処理を行うことが可能である。そのため、埋め立て処分等にしか利用用途がなかった高塩基度のステンレススラグを他の用途（土木資材など）に有効活用でき、埋め立て処分量を低減させることができる。

また、第１処理方法は、ステンレススラグ以外の製鋼スラグにも適用することが可能であり、その場合も、従来よりも短時間でエージング処理を終了させることができる。

［製鋼スラグの第２処理方法］
続いて、炭酸ガス供給装置４５を作動させる製鋼スラグの第２処理方法について説明を行う。第２処理方法では炭酸化反応を促進させる炭酸化処理が行われる。第２処理方法では、蒸気供給装置４０は作動させない。また、分離槽３０では撹拌機３４の運転が行われ、スラリー受入れ槽５０では撹拌機５１の運転が行われる。以下では、第１処理方法とは異なる点を中心に説明を行う。

第２処理方法では、粉砕用容器２１にステンレススラグが投入される。エージング処理工程では、粉砕用容器２１内において、水とスラグが混ざった混合物Ｍが攪拌されると共に、鉄球Ｂによりスラグが粉砕される。そして、混合物Ｍの攪拌及びスラグの粉砕の実行中に、炭酸ガス供給装置４５によって粉砕用容器２１に炭酸ガスが供給される。粉砕用容器２１内の混合物Ｍでは、炭酸ガスが溶けて、式２に示す炭酸化反応が行われる。
式２：ＣａＯ＋ＣＯ_３ → ＣａＣＯ_３

炭酸化反応は、水に対する炭酸ガスの溶解度が律速となる。また、水に対する炭酸ガスの溶解度は、水温が上昇すると低下する。そのため、炭酸化反応は、水温が低いほど反応が促進される。従って、第２処理方法では、冷却装置３５を作動させて、液配管３１を通って粉砕用容器２１に戻る水（粗粒スラグを含有）が冷却される。冷却装置３５は、粉砕用容器２１内の混合物Ｍの温度が３０℃～４０℃の範囲になるように、冷却水の供給量や温度が制御される。

ここで、粉砕用容器２１内では、炭酸化反応における発熱と、鉄球Ｂの衝突による発熱とが生じる。そのため、冷却装置３５を作動させても、粉砕用容器２１内の混合物Ｍが４０℃を超える場合がある。そのような場合、ドライアイス供給部４８によって粉砕用容器２１にドライアイスが投入される。これにより、粉砕用容器２１内の混合物Ｍの温度が低下する。また、ドライアイスから炭酸ガスが発生するため、混合物Ｍ全体における炭酸化反応がさらに促進される。

［第２処理方法の効果等］
第２処理方法では、粉砕用容器２１に投入されるステンレススラグは、崩壊により粉化した状態であるが、粉砕用容器２１内で混合物Ｍの攪拌及びスラグの粉砕を同時に行うため、スラグの破砕面にすぐに炭酸ガスが接触し、スラグの破砕面において炭酸化反応が開始される。破砕面では、反応の活性度が高く、炭酸化反応の進行が早い。従って、第２処理方法によれば、短時間で炭酸化処理を終了させることができ、スラグの使用場所で高アルカリ水が溶出することを抑制することができる。

［実施形態の変形例］
本変形例では、スラグ処理システム１０が、図２に示すように、第１粉砕装置２０と、第１粉砕装置２０の後段に設けられた第２粉砕装置１２０とを備えている。第２粉砕装置１２０は、第１粉砕装置２０と同様に、粉砕用容器１２１と、粉砕用容器１２１内に配置された攪拌羽根と、攪拌羽根を回転させる駆動機構とを備えている。また、蒸気供給装置４０のガス配管４２の出口は、第１粉砕装置２０の粉砕用容器２１に接続され、炭酸ガス供給装置４５のガス配管４７の出口は、第２粉砕装置１２０の粉砕用容器１２１に接続されている。なお、第２粉砕装置１２０の粉砕用容器１２１に対し、上述の実施形態のドライアイス供給部４８を設けてもよい。

第１粉砕装置２０の粉砕用容器２１の上部には、上述の実施形態と同じ構成の分離槽３０が接続されている。分離槽３０の上部には、第２粉砕装置１２０の粉砕用容器１２１の下部に繋がる接続配管１００が接続されている。第１粉砕装置２０の粉砕用容器２１から流出した混合物Ｍは、分離槽３０を経て、第２粉砕装置１２０の粉砕用容器１２１に流入する。また、接続配管１００には、冷却装置３５の熱交換器３２が接続されている。第２粉砕装置１２０には、熱交換器３２で冷却された混合物Ｍが流入する。また、第２粉砕装置１２０の粉砕用容器１２１の上部には、スラリー受入れ槽（図示省略）に繋がる配管が接続されている。

エージング処理工程では、第１粉砕装置２０の粉砕用容器２１（第１容器）内において混合物Ｍの攪拌及びスラグの粉砕の実行中に、蒸気供給装置４０により水蒸気が粉砕用容器２１における混合物Ｍの液面下に供給される。また、第２粉砕装置１２０の粉砕用容器（第２容器）１２１内では、混合物Ｍの攪拌及びスラグの粉砕の実行中に、炭酸ガス供給装置４５により炭酸ガスが粉砕用容器１２１における混合物Ｍの液面下に供給される。

本変形例では、前段の高温水中でエージング処理が行われた後、後段の低温水中で炭酸化処理が行われる。ここで、水和物より炭酸化物の方が自然界において安定しており、粒子が硬くなる。そのため、路盤材等へ材料として再利用する場合に、後段で炭酸化反応を行う方が好適である。

なお、前段の低温水中で炭酸化処理が行われた後、後段の高温水中でエージング処理が行われるように、スラグ処理システム１０を構成してもよい。この場合、蒸気供給装置４０のガス配管４２の出口は、第２粉砕装置１２０の粉砕用容器１２１に接続され、炭酸ガス供給装置４５のガス配管４７の出口は、第１粉砕装置２０の粉砕用容器２１に接続される。また、熱交換器３２は、上述の実施形態と同様に、液配管３１に接続される。ドライアイス供給部４８を設ける場合は、上述の実施形態と同様に、第１粉砕装置２０の粉砕用容器２１に対し設けられる。

［その他の実施形態］
本実施形態において、粉砕装置２０に、湿式の粉砕機装置として、横型ミル又は遠心ミルなど他のタイプのものを使用してもよい。

本実施形態において、分離槽３０を省略してもよい。この場合、粉砕装置２０とスラリー受入れ槽５０との間に、粗粒のスラグを除去するフィルタを設けてもよい。

本実施形態において、エージング処理工程後の混合物中のスラグは、粒度分布が上述の実施形態とは異なっていてもよい。

本実施形態では、炭酸化処理が行われる粉砕用容器２１の温度を低下させるために、冷却装置３５とドライアイス供給部４８の両方を設けたが、これらのうち片方を省略してもよい。

本発明は、製鋼スラグのエージングを促進させるスラグの処理方法等に適用可能である。

１０製鋼スラグの処理システム
２０粉砕装置
２１粉砕用容器（容器）
２２攪拌羽根
２７スラグ投入装置
３０分離槽
３２熱交換器
３５冷却装置
４０蒸気供給装置
４５炭酸ガス供給装置

Claims

製鋼スラグの処理方法であって、
容器内において、水とスラグの混合物の攪拌及び前記スラグの粉砕を行いながら、前記スラグのエージングを促進させるエージング処理工程を含み、
前記エージング処理工程後の混合物中のスラグでは、粒径が１０μｍ以下の粒子が６０質量％以上含まれる、製鋼スラグの処理方法。
製鋼スラグの処理方法であって、
容器内において、水とスラグの混合物の攪拌及び前記スラグの粉砕を行いながら、前記スラグのエージングを促進させるエージング処理工程を含み、
前記エージング処理工程では、前記容器から分離槽に混合物が排出され、前記分離槽で底部まで沈降するスラグを前記容器に戻す、製鋼スラグの処理方法。
製鋼スラグの処理方法であって、
容器内において、水とスラグの混合物の攪拌及び前記スラグの粉砕を行いながら、前記スラグのエージングを促進させるエージング処理工程を含み、
前記エージング処理工程では、前記混合物の攪拌及び前記スラグの粉砕の実行中に、前記混合物の液面下に炭酸ガスを供給し、更に、
前記エージング処理工程では、前記容器から分離槽に混合物が排出され、前記分離槽で底部まで沈降するスラグを、水とともに配管を通じて前記容器に戻し、
前記配管では、前記スラグを含有する水の冷却を行う、製鋼スラグの処理方法。
製鋼スラグの処理方法であって、
容器内において、水とスラグの混合物の攪拌及び前記スラグの粉砕を行いながら、前記スラグのエージングを促進させるエージング処理工程を含み、
前記容器を第１容器として、
前記エージング処理工程では、前記第１容器内においては前記混合物の攪拌及び前記スラグの粉砕の実行中に前記混合物の液面下に水蒸気又は炭酸ガスの一方を供給し、前記第１容器から排出された混合物が流入する第２容器内においては前記混合物の攪拌及び前記スラグの粉砕の実行中に前記混合物の液面下に水蒸気又は炭酸ガスの他方を供給する、製鋼スラグの処理方法。
前記エージング処理工程では、前記混合物の攪拌及び前記スラグの粉砕の実行中に、前記混合物の液面下に水蒸気を供給する、請求項１又は２に記載の製鋼スラグの処理方法。
前記エージング処理工程では、前記容器内において前記混合物と共に球状体を攪拌して、前記スラグに前記球状体を衝突させることにより、前記スラグの粉砕を行う、請求項１又は２に記載の製鋼スラグの処理方法。
前記容器内の混合物の温度を下げる際に、前記容器にドライアイスが供給される、請求項３に記載の製鋼スラグの処理方法。
請求項１乃至７の何れか１つに記載の処理方法における前記エージング処理工程後の前記混合物から、スラグ製品を製造する製品化工程を含む、スラグ製品の製造方法。
製鋼スラグの処理システムであって、
水とスラグの混合物が攪拌される容器を有し、前記容器内で前記混合物の攪拌及び前記混合物中のスラグの粉砕を行う粉砕装置と、
前記容器から排出される混合物を受け入れる分離槽と、
前記分離槽で底部まで沈降するスラグを前記容器に戻す配管を備える、製鋼スラグの処理システム。