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公開番号2021059469
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210415
出願番号2019184035
出願日20191004
発明の名称鉄鋼スラグの処理方法
出願人株式会社神戸製鋼所
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C04B 5/00 20060101AFI20210319BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】鉄鋼スラグからのフッ素溶出量及びクロム溶出量を、環境庁告示第46号の基準を満たすよう、しかも効率的に低減することができる鉄鋼スラグの処理方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の鉄鋼スラグの処理方法は、フッ素元素及びクロム元素を含有する鉄鋼スラグの処理方法であって、600℃以上の上記鉄鋼スラグを80℃/分以上の冷却速度で冷却する工程と、上記冷却工程で冷却された上記鉄鋼スラグを破砕する工程と、上記冷却工程で冷却された上記鉄鋼スラグを製鋼スラグと混合する工程とを備え、上記混合工程における上記鉄鋼スラグ及び上記製鋼スラグの合計質量に対する上記製鋼スラグの質量の比率が10質量%以上90質量%以下である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項1】
フッ素元素及びクロム元素を含有する鉄鋼スラグの処理方法であって、
600℃以上の上記鉄鋼スラグを80℃/分以上の冷却速度で冷却する工程と、
上記冷却工程で冷却された鉄鋼スラグを破砕する工程と、
上記冷却工程で冷却された鉄鋼スラグを製鋼スラグと混合する工程と
を備え、
上記混合工程における上記鉄鋼スラグ及び上記製鋼スラグの合計質量に対する上記製鋼スラグの質量の比率が10質量%以上90質量%以下である鉄鋼スラグの処理方法。
続きを表示(約 230 文字)【請求項2】
上記破砕工程で破砕された鉄鋼スラグの最大粒径が40mm以下であり、
上記混合工程で混合された製鋼スラグの最大粒径が40mm以下である請求項1に記載の鉄鋼スラグの処理方法。
【請求項3】
上記冷却工程では、上記鉄鋼スラグを水冷する請求項1又は請求項2に記載の鉄鋼スラグの処理方法。
【請求項4】
上記冷却工程では、上記鉄鋼スラグを水に浸漬する請求項1、請求項2又は請求項3に記載の鉄鋼スラグの処理方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄鋼スラグの処理方法に関する。
続きを表示(約 6,600 文字)【背景技術】
【0002】
近年、環境負荷低減の観点から、産業廃棄物量の削減が求められている。この産業廃棄物の削減の要請に加えて、天然資源の枯渇等の問題から、鉄鋼スラグを土工用や路盤材として利用されることが注目されている。スラグを土工用や路盤材として利用するためには、環境庁告示第46号に定められた土壌環境基準を満足する必要がある。この基準では、六価クロムイオン(Cr
6+
)の溶出量(以下、「クロム溶出量」ともいう)を0.05mg/L以下、フッ化物イオン(F

)の溶出量(以下、「フッ素溶出量」ともいう)を0.8mg/L以下とすることが定められている。
【0003】
クロム元素を含有する鉄鋼スラグからのクロム溶出量を低減する技術として、鉄鋼スラグを冷却することが提案されている(特開2016−196389号公報参照)。フッ素元素を含有する鉄鋼スラグからのフッ素溶出量を低減する技術として、鉄鋼スラグにカルシウムを含有する溶出抑制剤を混合することが提案されている(特開2016−44102号公報参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2016−196389号公報
特開2016−44102号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記特許文献1に示す技術では、フッ素溶出量及びクロム溶出量が上記基準を満たすことができないおそれがある。また、上記特許文献2に示す技術では、溶出抑制剤を製造する必要があり、手間がかかるため、効率的とはいい難い。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、鉄鋼スラグからのフッ素溶出量及びクロム溶出量を、環境庁告示第46号の基準を満たすよう、しかも効率的に低減することができる鉄鋼スラグの処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意研究したところ、フッ素元素及びクロム元素を含有する鉄鋼スラグに関し、溶融状態にある上記鉄鋼スラグを排滓した後の冷却速度を制御し、しかも、製鋼スラグを混合することで、鉄鋼スラグからのクロム溶出量及びフッ素溶出量の双方ともを、環境庁告示第46号(以下、「環告46号」ともいう。)の基準を満たし得ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0008】
すなわち、上記課題を解決するためになされた発明は、フッ素元素及びクロム元素を含有する鉄鋼スラグの処理方法であって、600℃以上の上記鉄鋼スラグを80℃/分以上の冷却速度で冷却する工程と、上記冷却工程で冷却された上記鉄鋼スラグを破砕する工程と、上記冷却工程で冷却された上記鉄鋼スラグを製鋼スラグと混合する工程とを備え、上記混合工程における上記鉄鋼スラグ及び上記製鋼スラグの合計質量に対する上記製鋼スラグの質量の比率が10質量%以上90質量%以下である鉄鋼スラグの処理方法である。
【0009】
当該鉄鋼スラグの処理方法が、600℃以上の鉄鋼スラグを80℃/分以上の冷却速度で冷却する工程を備えることで、鉄鋼スラグからのクロム溶出量を低減することができる。加えて、当該鉄鋼スラグの処理方法が、冷却工程で冷却した鉄鋼スラグを破砕する工程と、冷却工程で冷却した鉄鋼スラグを製鋼スラグと混合する工程とを備えることで、フッ素溶出量も低減することができる。そして、このような冷却工程、破砕工程及び混合工程を備え、製鋼スラグの比率を上記範囲とすることで、クロム溶出量及びフッ素溶出量の双方ともを環告46号の基準を満たすよう低減することができる。しかも、冷却後の鉄鋼スラグに製鋼スラグを混合するだけで上記溶出量の低減が可能になるため、効率的である。
【0010】
上記破砕工程で破砕された上記鉄鋼スラグの最大粒径の上限としては、40mmが好ましく、上記混合工程で混合された上記製鋼スラグの最大粒径の上限としては、40mmが好ましい。
【0011】
上記鉄鋼スラグの最大粒径及び上記製鋼スラグの最大粒径が上記範囲であることで、上記鉄鋼スラグ及び上記製鋼スラグの全体の表面積が大きくなるため、より確実にフッ素溶出量及びクロム溶出量を低減することができる。
【0012】
上記冷却工程では、上記鉄鋼スラグを水冷することが好ましい。このように、上記冷却として上記鉄鋼スラグを水冷することで、より確実に上記冷却速度を80℃/分以上にすることができるため、より確実にフッ素溶出量及びクロム溶出量を低減することができる。
【0013】
上記冷却工程では、上記鉄鋼スラグを水に浸漬することが好ましい。このように、上記冷却として上記鉄鋼スラグを水に浸漬することで、より確実に上記冷却速度を80℃/分以上にすることができるため、より確実にフッ素溶出量及びクロム溶出量を低減することができる。
【0014】
ここで、「フッ素元素」には0価のフッ素元素(フッ素元素単体)の形態、フッ素元素と他の元素との化合物(フッ素元素化合物)の形態が含まれる。「クロム元素」には0価のクロム元素の形態、クロム元素と他の元素との化合物(クロム元素化合物)の形態が含まれる。「最大粒径」とは、JIS A5015(2018)「道路用鉄鋼スラグ」におけるJIS A1102(2014)「骨材のふるい分け試験方法」に準拠して得られた粒径分布の累積ふるい下質量百分率が百となる最小の粒径を意味する。上記「累積ふるい下質量百分率が百となる最小の粒径」とは、測定に用いた試料が全て通過するふるいのうち、最も目開き(粒径)が小さいふるいの粒径を意味する。
【発明の効果】
【0015】
以上説明したように、本発明の鉄鋼スラグの処理方法を用いることで、鉄鋼スラグからのフッ素溶出量及びクロム溶出量を、環告46号の基準を満たすよう、しかも効率的に低減することができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の鉄鋼スラグの処理方法の実施形態について詳説する。なお、本明細書では、任意の事項について記載された複数の上限値のうちの1つと複数の下限値のうちの1つとを適宜組み合わせることができる。このように組み合わせることで、組み合わされた上限値と下限値との間の数値範囲が上記任意の事項の好適な数値範囲として本明細書中に記載されているものとする。ここで、上記した上限値と下限値との間の数値範囲は上限値から下限値までの数値範囲、及び下限値から上限値までの数値範囲を含む。
【0017】
当該鉄鋼スラグの処理方法は、フッ素元素及びクロム元素を含有する鉄鋼スラグの処理方法であって、600℃以上の上記鉄鋼スラグを80℃/分以上の冷却速度で冷却する工程と、上記冷却工程で冷却された鉄鋼スラグを破砕する工程と、上記冷却工程で冷却された鉄鋼スラグを製鋼スラグと混合する工程とを備え、上記混合工程における上記鉄鋼スラグ及び上記製鋼スラグの合計質量に対する上記製鋼スラグの質量の比率が10質量%以上90質量%以下である。
【0018】
[鉄鋼スラグ]
上記鉄鋼スラグは、フッ素元素及びクロム元素を含有する。鉄鋼スラグとしては、高炉スラグといった製銑の過程で生じる製銑スラグであってフッ素元素及びクロム元素を含有するもの、転炉スラグ又は電気炉スラグといった製鋼の過程で生じる製鋼スラグであってフッ素元素及びクロム元素を含有するもの等が挙げられる。上記鉄鋼スラグにおいて、フッ素元素は、通常、フッ化カルシウム(CaF

)といった塩(化合物)の形態で存在しているが、その存在形態は特に限定されない。上記鉄鋼スラグにおいて、クロム元素は、通常、MgCr



等の等の塩(化合物)の形態で存在しているが、その存在形態は特に限定されない。
【0019】
[冷却工程]
冷却工程では、600℃以上の上記鉄鋼スラグを80℃/分以上の冷却速度で冷却する。鉄鋼スラグは炉内で通常1550℃以上の温度にて溶融状態で生成し、この溶融状態で炉内から排滓される。排滓された鉄鋼スラグを放置すると、排滓直後は比較的大きな冷却速度で冷却されるが、その後、冷却速度が小さくなる。冷却速度が小さくなると、冷却後の鉄鋼スラグからのクロム溶出量が大きくなる。そこで、冷却工程では、上記排滓後、600℃以上の鉄鋼スラグを、80℃/分以上の冷却速度で強制的に冷却する。
【0020】
冷却を行う際(直前)の鉄鋼スラグの温度は、600℃以上であれば特に限定されない。冷却を行う際の鉄鋼スラグの温度の下限としては、例えば1300℃が好ましい。鉄鋼スラグの温度が1300℃に満たないと、鉄鋼スラグに含有されるクロム元素が六価のクロム元素に酸化され難くなるため、本1300℃未満の温度から冷却を行っても十分な六価クロム溶出量の低減効果を得られないおそれがある。しかし、このように下限を1300℃とする温度規定を行うことで、当該処理方法の優位性が向上する。一方、上記冷却を行う際の鉄鋼スラグの温度の上限としては、例えば1600℃が好ましい。鉄鋼スラグの温度が1600℃を超えると、熱エネルギーが無駄になるおそれがある。
【0021】
さらに詳述すれば、80℃/分以上の冷却速度での冷却は、鉄鋼スラグの温度が冷却を行う際(直前)の温度から600℃になるまで行うことが好ましい。上記した冷却を行う際の鉄鋼スラグの温度を考慮すれば、鉄鋼スラグの温度が1300℃から600℃になるまでの間は少なくとも80℃/分以上の冷却速度で冷却を行うことが好ましく、鉄鋼スラグの温度が1600℃から600℃になるまでの間は少なくとも80℃/分以上の冷却速度で冷却を行うことがより好ましい。
【0022】
冷却速度の下限としては、80℃/分であり、100℃/分がより好ましい。上記冷却速度が上記範囲に満たないと、鉄鋼スラグからのフッ素溶出量及びクロム溶出量、特にクロム溶出量を十分に低減し難いおそれがある。一方、上記冷却速度の上限としては、特に限定されないが、700℃/分が好ましく、500℃/分がより好ましい。上記冷却速度が上記範囲を超えると、冷却速度の増大に比して鉄鋼スラグからのフッ素溶出量及びクロム溶出量の低減効果、特にクロム溶出量の低減効果が小さく、冷却に要するエネルギーが無駄になるおそれがある。
【0023】
上記冷却速度は、サーモグラフィを用いて経時的に鉄鋼スラグの温度を測定することや、JIS C 1602(2015)に記載のR熱電対と、データロガーとを用いて測定することによって得ることができる。
【0024】
冷却を実施する手段としては、鉄鋼スラグを強制的に冷却することが可能であれば、特に限定されない。冷却を実施する手段としては、例えば水冷が挙げられる。水冷を用いることで、より確実に80℃/分以上の冷却速度で鉄鋼スラグを冷却することができる。水冷としては、水を用いた冷却であれば、特に限定されない。水冷としては、例えば鉄鋼スラグに対して水を散布すること、鉄鋼スラグを水に浸漬すること等が挙げられる。このうち、水冷としては、鉄鋼スラグを水に浸漬することが好ましい。鉄鋼スラグを水に浸漬することで、より確実に鉄鋼スラグを80℃/分以上の冷却速度で水冷することが可能となる。鉄鋼スラグの水への浸漬は、例えば排滓後のスラグを、水を収容した容器内に投入することによって行うことができる。この際、鉄鋼スラグを部分的に水に浸漬しても、鉄鋼スラグの全体を水に浸漬してもよいが、このうち、鉄鋼スラグ全体を水に浸漬することが好ましい。
【0025】
水冷に用いる水としては、水道水や工業用水等が挙げられる。なお、浸漬等の水冷に用いた水は、水冷後に除去してもよいし、水冷後もそのまま後段の工程で使用し続けてもよい。
【0026】
[破砕工程]
破砕工程では、上記冷却工程で冷却された鉄鋼スラグを破砕する。鉄鋼スラグの破砕には、従来公知の破砕装置を用いることができる。破砕後の鉄鋼スラグの最大粒径の上限としては、40mmが好ましい。上記最大粒径の上限が上記範囲を超えると、鉄鋼スラグの全体の表面積が小さ過ぎるため、製鋼スラグとの全体の接触面積が小さくなり、フッ素溶出量及びクロム溶出量を低減すること、特にフッ素溶出量を低減することが困難になるおそれがある。一方、上記最大粒径の下限としては、10mmが好ましく、20mmがより好ましい。上記最大粒径の下限が上記範囲に満たないと、鉄鋼スラグが小さくなり過ぎ、取り扱い性が低下するおそれがある。また、鉄鋼スラグの粒径に比してフッ素溶出量及びクロム溶出量の低減効果、特にフッ素溶出量の低減効果が小さく、破砕に要するエネルギーが無駄になるおそれがある。
【0027】
破砕工程は、製鋼スラグを混合する前に行っても、製鋼スラグと混合した後に行ってもよい。破砕工程を製鋼スラグとの混合後に行う場合、別途破砕した製鋼スラグと上記冷却後の鉄鋼スラグとを混合し、製鋼スラグと共に鉄鋼スラグを破砕しても、破砕する前の製鋼スラグを上記冷却後の鉄鋼スラグとを混合し、製鋼スラグと共に鉄鋼スラグを破砕してもよい。
【0028】
[混合工程]
混合工程では、上記冷却工程で冷却された上記鉄鋼スラグを製鋼スラグと混合する。この混合工程では、上記の通り、上記破砕工程で破砕した鉄鋼スラグと、別途破砕した製鋼スラグとを混合してもよく、上記冷却後の鉄鋼スラグと破砕前の製鋼スラグとを混合してもよい。後者の場合、上記冷却後の鉄鋼スラグと破砕前の製鋼スラグとを混合した後、上記破砕工程を行なえばよい。すなわち、上記破砕工程及び上記混合工程は、上記冷却工程の後で行われればよく、その順序は限定されない。
【0029】
上記混合工程における上記鉄鋼スラグ及び上記製鋼スラグの合計質量に対する上記製鋼スラグの質量の比率の下限としては、10質量%であり、20質量%が好ましく、30質量%がより好ましい。上記比率の下限が上記範囲に満たないと、フッ素溶出量及びクロム溶出量、特にフッ素溶出量を十分に低減することができないおそれがある。一方、上記比率の上限としては、90質量%であり、80質量%がより好ましく、70質量%がさらに好ましく、60質量%が特に好ましい。上記比率の上限が上記範囲を超えると、上記比率の増大に比してフッ素溶出量及びクロム溶出量の低減効果、特にフッ素溶出量の低減効果が小さく、製鋼スラグが無駄になるおそれがある。
【0030】
混合後の製鋼スラグの最大粒径の上限としては、40mmが好ましい。上記最大粒径の上限が上記範囲を超えると、製鋼スラグの全体の表面積が小さ過ぎるため、鉄鋼スラグとの全体の接触面積が小さくなり、フッ素溶出量及びクロム溶出量を低減すること、特にフッ素溶出量を低減することが困難になるおそれがある。一方、上記最大粒径の下限としては、10mmが好ましく、20mmがより好ましい。上記最大粒径の下限が上記範囲に満たないと、製鋼スラグが小さくなり過ぎて取り扱い性が低下するおそれがある。また、製鋼スラグの粒径に比してフッ素溶出量及びクロム溶出量、特にフッ素溶出量の低減効果が小さく、製鋼スラグの破砕に要するエネルギーが無駄になるおそれがある。
(【0031】以降は省略されています)

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