製鋼スラグの処理方法
【課題】発生直後の製鋼スラグを利材化に好適な状態まで速やかに改質・処理し、且つ環境面でも好ましい形態・条件で処理する。
【解決手段】溶融スラグにスラグ改質物質を添加した後、金属ボール群を収容した回転ドラム内に注入し、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て冷却するとともに、転動する金属ボール群による物理的作用により粉砕してスラグ粉砕物とする工程Ａを有し、さらに好ましくは、この工程Ａの下工程として、地金回収工程Ｂ、スラグ粉砕物中のカルシウム分の水和工程Ｃ、スラグ粉砕物中の未炭酸化Ｃａの炭酸化処理工程Ｄのうちの１つ以上の工程を有する。スラグの用途に応じて粒状スラグに速やかに改質・処理でき、地金回収用の破砕処理やエージング処理も不要であり、且つ高ｐＨ溶出水を生じないなど、環境に優しいスラグ製品が得られる。
【解決手段】溶融スラグにスラグ改質物質を添加した後、金属ボール群を収容した回転ドラム内に注入し、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て冷却するとともに、転動する金属ボール群による物理的作用により粉砕してスラグ粉砕物とする工程Ａを有し、さらに好ましくは、この工程Ａの下工程として、地金回収工程Ｂ、スラグ粉砕物中のカルシウム分の水和工程Ｃ、スラグ粉砕物中の未炭酸化Ｃａの炭酸化処理工程Ｄのうちの１つ以上の工程を有する。スラグの用途に応じて粒状スラグに速やかに改質・処理でき、地金回収用の破砕処理やエージング処理も不要であり、且つ高ｐＨ溶出水を生じないなど、環境に優しいスラグ製品が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼工程で発生した溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態のスラグを利材化に好適な状態に改質・処理するためのスラグ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製造プロセスの製鋼工程では、大量のスラグが副産物として生成する。この製鋼スラグの一部は土木材料やセメント原料などとして利材化されている。
製鋼スラグは、製鋼工程において溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態で排出され、これを冷却した後、所定の処理（後述するような粉砕処理やエージング処理など）を施して製品化されるが、スラグを処理し或いは利材化する上で、以下のような種々の問題がある。
【０００３】
（1）作業環境面での問題
上記のようなスラグ処理のための一連の工程において、まず、精錬容器から溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態で排出されたスラグは、ドライピットや冷却ヤードまで搬送されて自然放冷で冷却されるが、この際のスラグの搬送やハンドリングでは高熱作業が避けられない。また、後述するような破砕処理やエージング処理を経たスラグは飛散しやすく、ハンドリングする際に粉塵が生じて厳しい作業環境となる。
（2）処理コストや処理スペースの問題
製鋼スラグは大量に発生するものであるため、上述したような製品化するまでの一連の処理や搬送・ハンドリングには多大なコストがかかり、また、冷却作業ヤード、粉砕処理などのための仮置き場、エージングヤードなどのために広大なスペースが必要となる。
【０００４】
（3）難処理性スラグの問題
製鋼スラグのなかには、冷却中に析出したＣａＯや未滓化ＣａＯが水和時に膨張して粉化し、或いは冷却中に２ＣａＯ・ＳｉＯ２が生成して相変態により粉化することによって、微粉状になるスラグが存在する。このように微粉状になった製鋼スラグは取扱や処理が難しく、また特にスラグを土木用途として用いる場合には、アルカリ性が強いことから適用分野が限定されるという問題がある。
（4）地金回収に伴う問題
製鋼スラグには地金（鉄分）が多く含まれており、資源の有効利用と原料コストの面から、これを極力回収する必要がある。しかし、地金を高効率に回収するにはスラグを粉砕機などで粉砕する必要があり、手間とコスト（設備コスト、処理コスト）がかかる。
（5）熱エネルギー回収の問題
さきに述べたように、精錬容器から排出された溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態の製鋼スラグは、そのままドライピットや冷却ヤードまで搬送されて自然放冷で冷却される。したがって、スラグからの顕熱回収は殆ど行われておらず、膨大な熱エネルギーが回収されることなく放出されている。
【０００５】
（6）エージングに伴う問題
製鋼スラグには遊離ＣａＯが含まれており、そのまま利材化すると遊離ＣａＯが水と反応してスラグが膨張（さらに粉化）する問題があり、これを防止するために大気中でのエージングや蒸気エージングを行う必要がある。しかし、これらのエージングには専用の広大なスペースが必要であること、大気中でのエージングには長い期間（６ヶ月以上）が必要であること、蒸気エージングには処理コストがかかること、などの問題がある。
（7）利材化した場合の環境問題
製鋼スラグはＣａＯなどのアルカリ成分を多く含むため、土木材料などに用いた場合に、そのアルカリ分によって高ｐＨの溶出水が生じやすく、環境保全の面で問題がある。また、スラグがアルカリ分により膨張粉化した場合、粉塵が発生するという問題もある。
【０００６】
従来、製鋼スラグの処理方法として、溶融状態の製鋼スラグを直に粒状化するための方法や設備が、例えば、特許文献１〜３などに示されている。
【特許文献１】特開昭５７−１３６０８６号公報
【特許文献２】特開２００３−１４６７１２号公報
【特許文献３】特開２００３−３２８０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これらの従来技術は、処理設備に高温スラグによる負荷に耐え得るような耐久性をもたせることが難しく、また、単に溶融状態の製鋼スラグを粒状化するだけの技術であるため、上述したような製鋼スラグに関する種々の問題を部分的にしか解決できない。
したがって本発明の目的は、上述したような製鋼スラグの処理や利材化に関する種々の問題を解決し、製鋼工程で発生した直後のスラグを利材化に好適な状態まで速やかに改質・処理することができ、且つ環境対策の面でも好ましい形態・条件で処理を行うことができる製鋼スラグの処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の特徴は以下のとおりである。
［1］製鋼工程で発生し、未だ溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態にあるスラグにスラグ改質物質を添加した後、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冷却するとともに、転動する金属ボール群による物理的作用により粉砕してスラグ粉砕物とする工程（Ａ）を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［2］上記［1］の処理方法において、スラグ改質物質の少なくとも一部として、ＳｉＯ２源又は／及びＳｉ源を添加することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［3］上記［2］の処理方法において、塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］が２．０を超えるスラグに、スラグ改質物質の少なくとも一部としてＳｉＯ２源を添加し、スラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］を２．０以下に調整することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【０００９】
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの処理方法において、スラグ改質物質の少なくとも一部として、Ａｌ２Ｏ３源又は／及びＡｌ源を添加することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの処理方法において、スラグ改質物質の少なくとも一部として、気体酸素源を添加することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［6］上記［1］の処理方法において、スラグ改質物質の少なくとも一部として、肥料用原料又は／及び肥料用成分調整剤を添加することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの処理方法において、さらに、スラグ粉砕物から地金を回収する工程（Ｂ）を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの処理方法において、さらに、スラグ粉砕物に水を添加してスラグ粉砕物中のカルシウム分を水和させる工程（Ｃ）を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【００１０】
［9］上記［1］〜［8］のいずれかの処理方法において、工程（Ａ）の途中又は／及び工程（Ａ）が完了した段階で、回転ドラム内に水を注入し、回転ドラム内で発生した蒸気を取り出して顕熱回収を行うことを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［10］上記［1］〜［9］のいずれかの処理方法において、工程（Ａ）で得られるスラグ粉砕物が、粒径１０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上の粒度を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［11］上記［1］〜［10］のいずれかの処理方法において、スラグ粉砕物が５００℃以下の温度で回転ドラムから排出されることを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［12］上記［1］〜［11］のいずれかの処理方法において、さらに、スラグ粉砕物を炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスと接触させ、スラグ粉砕物中に含まれる未炭酸化Ｃａを炭酸ガスと反応させる工程（Ｄ）を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［13］上記［12］の処理方法において、工程（Ｄ）でスラグ粉砕物に接触させる炭酸ガス含有ガスが鉄鋼製造プロセスで発生する副生ガスであり、該工程（Ｄ）でＣＯ２濃度が低減した前記副生ガスを、燃料ガス又は還元ガスとして系外に供給することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【００１１】
［14］上記［13］の処理方法において、副生ガスが高炉ガスであり、ＣＯ２濃度が低減した高炉ガスを燃料ガス又は還元ガスとして高炉又は／及び他のガス使用設備に供給することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［15］上記［1］〜［11］のいずれかの処理方法において、工程（Ｄ）を経ないスラグ粉砕物を、排煙脱硫剤、炭酸固化体用原料、水和固化体用骨材、水底改質材、水中土木材料の中から選ばれる１種以上のスラグ製品として出荷し又は使用することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［16］上記［15］の処理方法において、製鋼工程で発生したスラグが脱硫スラグであり、工程（Ａ）で得られたスラグ粉砕物を排煙脱硫剤として出荷し又は使用することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［17］上記［12］〜［14］のいずれかの処理方法において、工程（Ｄ）を経たスラグ粉砕物を、路盤材、土工材、覆砂材、海域深掘部敷設材、海域深掘部穴埋め材、浚渫土砂改良材、土壌改良材、地盤改良材、舗装用原料、セメント原料、水和固化体用骨材の中から選ばれる１種以上のスラグ製品として出荷し又は使用することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る製鋼スラグの処理方法によれば、製鋼工程で発生した直後のスラグを、耐久性を有する簡易な設備を用いて速やかに粒状スラグにまで処理することができ、しかも、スラグの用途に応じた性状や成分に改質することができる。また、地金回収のための新たな破砕処理やエージング処理も全く不要であり、しかも土木材料として用いても高ｐＨ溶出水を生じないなど、環境に優しいスラグ製品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の処理方法では、製鋼工程で発生し、未だ溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態にあるスラグにスラグ改質物質を添加した後、これを金属ボール群が収容された回転ドラム内に注入し、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冷却するとともに、転動する金属ボール群による物理的作用により粉砕してスラグ粉砕物とする冷却・粉砕処理工程（Ａ）を有する。また好ましくは、前記冷却・粉砕処理工程（Ａ）の下工程として、スラグ粉砕物から地金を回収する工程（Ｂ）と、スラグ粉砕物に水を添加してスラグ粉砕物中のカルシウム分を水和させる水和工程（Ｃ）のいずれか又は両方を有し、さらに好ましくは、その下工程（通常、最終工程）として、スラグ粉砕物を炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスと接触させ、スラグ粉砕物中に含まれる未炭酸化Ｃａを炭酸ガスと反応させる炭酸化処理工程（Ｄ）を有する。また、さらに好ましくは、前記冷却・粉砕処理工程（Ａ）の途中又は／及び冷却・粉砕処理工程（Ａ）が完了した段階で回転ドラム内に水を注入し、回転ドラム内で発生した蒸気を取り出して顕熱回収を行う。そして、上記工程を経たスラグ粉砕物はスラグ製品として出荷し又は使用される。
【００１４】
本発明が処理対象とする製鋼スラグには、例えば、溶銑予備処理で発生するスラグ（脱珪スラグ、脱硫スラグ、脱燐スラグなど）、転炉吹錬（脱炭処理）で発生する脱炭スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグなどがあるが、これらに限定されない。これらスラグの大部分は、精錬容器から排滓する際に溶融状態であるが、半溶融状態や高温固相状態のものもある。
製鋼工程で発生した溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態のスラグ（以下、便宜上「溶融スラグｘ」という）には、工程（Ａ）の開始前にスラグ改質物質を添加される。
このスラグ改質物質とは、スラグを利材化に適した性状や成分に改質するために添加されるものであり、例えば、次のようなものが例示できる。
（イ）ＳｉＯ２源又は／及びＳｉ源
（ロ）Ａｌ２Ｏ３源又は／及びＡｌ源
（ハ）気体酸素源
（ニ）肥料用原料又は／及び肥料用成分調整剤
【００１５】
このうち、上記（イ）のＳｉＯ２源やＳｉ源は、スラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］を低下させるとともに、スラグ中の遊離ＣａＯ量も減少させる。さらに、ＳｉＯ２源はスラグの融点を下げることにより、また、Ｓｉ源は熱源（ＳｉとＦｅＯおよび後述する気体酸素との反応による発熱）となることにより、それぞれ溶融スラグｘ中の未滓化ＣａＯの溶融・滓化を促進し、得られるスラグ粉砕物中の遊離ＣａＯ量を減少させる。このためＳｉＯ２源やＳｉ源の添加は、膨張しにくく且つアルカリ分による高ｐＨ溶出水が生じにくいスラグ粉砕物（スラグ製品）を得るのに有効である。
【００１６】
特に、スラグ塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］が２．０を超える溶融スラグｘについては、ＳｉＯ２源を添加してスラグ塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］を２．０以下に調整することが好ましい。スラグ粉砕物の塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］が２．０超では膨張しやすく、路盤材などには使用できないことが多いからである。但し、スラグ粉砕物を炭酸固化体原料として用いる場合には、炭酸化に必要なＣａＯを確保するという観点から、調整後の溶融スラグｘの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］は０．５以上とすることが好ましい。
ＳｉＯ２源やＳｉ源として使用される物質に特別な制限はないが、ＳｉＯ２源としては、例えば、珪石、珪砂、フライアッシュ、廃ガラス、シリカヒューム、高ＳｉＯ２含有スラグなどが挙げられる。また、Ｓｉ源としては、金属ＳｉやＳｉ合金などを用いることができる。
【００１７】
上記（ロ）のＡｌ２Ｏ３源やＡｌ源は、スラグ中に含まれることがあるフッ素を固定する作用がある。これは、製鋼スラグの基本成分の一つであるＣａＯ分とＡｌ２Ｏ３分とＦ（フッ素）が雨水などの水を介してＣａ−Ａｌ−Ｆ系の水和物を生成し、Ｆを固定化するためである。ここで、Ａｌ２Ｏ３の添加量は、添加後の割合で５〜３０mass％程度とすることが好ましい。添加量が５mass％未満ではフッ素の固定効果が十分でなく、一方、３０mass％を超えるとスラグの温度低下が大きくなって不均一なスラグとなり、十分な効果が得られない。さらに、Ａｌ２Ｏ３源はスラグの融点を下げることにより、また、Ａｌ源は熱源（ＡｌとＦｅＯ及び後述する気体酸素との反応による発熱）となることにより、それぞれ溶融スラグｘ中の未滓化ＣａＯの溶融・滓化を促進し、得られるスラグ粉砕物中の遊離ＣａＯ量を減少させる。このためＡｌ２Ｏ３源やＡｌ源の添加は、膨張しにくく且つアルカリ分による高ｐＨ溶出水が生じにくいスラグ粉砕物（スラグ製品）を得るのに有効である。
Ａｌ２Ｏ３源やＡｌ源として使用される物質に特別な制限はないが、Ａｌ２Ｏ３源としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３系の廃耐火物などが挙げられる。また、Ａｌ源としては、金属ＡｌやＡｌ合金などを用いることができ、例えば、Ａｌ精錬で生じるドロスなどが挙げられる。
【００１８】
上記（ハ）の気体酸素源は、熱源やスラグ中のＦｅＯの酸化源として溶融スラグｘ中の未滓化ＣａＯの溶融・滓化を促進し、冷却過程でＣａＯがＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３等の非膨張性酸化物となることで、膨張しにくく且つアルカリ分による高ｐＨ溶出水が生じにくいスラグ粉砕物（スラグ製品）を得るのに有効である。
使用する気体酸素源としては、酸素ガス、空気や酸素富化空気などの酸素含有ガスのいずれでもよい。
また、さきに述べたＳｉ源又は／及びＡｌ源に加えて上記気体酸素源を添加すれば、溶融スラグｘを効率的に昇温させ、未滓化ＣａＯの溶融・滓化をより促進させることができる。この場合、例えば、気体酸素源（酸素ガス、酸素含有ガス）をキャリアガスとしてＳｉ源又は／及びＡｌ源の粉体を溶融スラグｘに吹き込む方法などを採ることもできる。
【００１９】
スラグは肥料（肥料用原料）として用いられる場合があり、その場合には、上記（ニ）の肥料用原料や肥料用成分調整剤を添加し、より高品位の肥料を得ることができる。一般にスラグは、カリ肥料、燐酸質肥料、珪酸質肥料、燐酸珪酸質肥料などの原料として用いられるが、これらの用途とスラグ成分などに応じて、Ｋ２Ｏ源、リン酸源、ＭｇＯ源、Ｆｅ２Ｏ３源などの任意の成分の１種以上を肥料用原料や成分調整剤として添加することができる。具体的には、Ｋ２Ｏ源として、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、苛性カリウム、水酸化カリウム、リン酸カリウム、硫酸カリウム、ケイ酸カリウムなどのようなカリウム塩、カリ長石などのようなカリウム含有鉱物など；リン酸源として、燐鉱石、脱燐スラグ、溶成燐肥など；ＭｇＯ源として、蛇紋岩、かんらん岩、ドロマイト、ニッケルスラグ、マグネシアクリンカー、ケイ酸マグネシウムなど；Ｆｅ２Ｏ３源として、鉄鉱石、ミルスケールなど、が挙げられる。
【００２０】
なお、本発明で用いるスラグ改質物質は、上記のものに限定されるものではなく、スラグの性状や成分などを改質できるものであれば、その種類を問わない。
溶融スラグｘに対するスラグ改質物質の添加方法や添加場所・時期などは任意であるが、例えば、スラグ改質物質が固体の場合には、スラグが発生した精錬容器、搬送などのためのスラグ保持容器、搬送用樋、冷却・粉砕処理工程（Ａ）を行うスラグ処理設備の注入部などにスラグ改質物質を投入することで、溶融スラグｘにスラグ改質物質を添加することができる。また、スラグ改質物質が気体の場合には、スラグが発生した精錬容器内やスラグ保持容器内でのランス吹き込み、スラグ処理設備の注入部での吹き込みなどにより、溶融スラグｘにスラグ改質物質を添加することができる。
【００２１】
図１は、本発明の処理方法において、炭酸化処理工程（Ｄ）を有する場合の一実施形態（処理フロー）を示している。
製鋼工程で発生した溶融スラグｘは、スラグ鍋などのスラグ保持容器に排滓され、冷却・粉砕処理工程（Ａ）を行うスラグ処理設備まで搬送されるが、この溶融スラグｘには、冷却・粉砕処理工程（Ａ）の実施前の段階で、先に述べたような任意の方法とタイミングでスラグ改質物質が添加される。
図２は、冷却・粉砕処理工程（Ａ）を行うスラグ処理設備の一実施形態を示す縦断面図である。このスラグ処理設備は、金属ボール群２が収容された回転ドラム１を備えている。
【００２２】
前記回転ドラム１は、回転可能に支持された横型ドラム（通常、直径が数ｍ〜十数ｍ程度のドラム）であって、ドラム軸が処理済みスラグの排出方向に対して下向きの傾きθを有している。回転ドラム１は、外周に櫛歯状に隙間５が形成されたカゴ状の内筒部３と、その外側の外筒部４からなる２重筒構造を有し、内筒部３と外筒部４が一体として回転可能に支持され、駆動装置（図示せず）により低速回転する。前記金属ボール群２は内筒部３内に収容され、回転ドラム１の回転に伴い内筒部３内でランダムに転動する。
回転ドラム１の一端部は、固定側に支持された端蓋６で閉じられ、この端蓋６にスラグ注入口７が設けられている。回転ドラム１の他端側の端蓋８であって、内筒部３と外筒部４間の空間Ｓに面した部分には、処理済みスラグ（スラグ粉砕物）を回転ドラム外に排出するためのスラグ排出口９が、端蓋８の周方向で適当な間隔で形成されている。
また、外筒部４の内周面には、空間Ｓに入ったスラグ粉砕物を前記スラグ排出口９方向に案内するためのガイド板（図示せず）が設けられている。
【００２３】
さらに、前記端蓋６には、回転ドラム１内に水を供給し、金属ボール群２を水で冷却し或いはスラグ破砕物に水をかけて冷却・水和（カルシウム分の水和）させたりするための水供給部１０が設けられ、この水供給部１０には水供給管１１から水が供給されるようになっている。
また、回転ドラム１の他端側（スラグ排出口９側）には、供給された水により生じる蒸気を回収するための蒸気回収部１２（例えば、蒸気回収フード、蒸気導管、吸引ブロワ等）が設けられ、回転ドラム１内の蒸気を吸引ブロワなどにより取り出し、回収できるようにしている。
【００２４】
前記金属ボール群２は、スラグを冷却・粉砕するためのもので、各金属ボール２０は、一般に中実の鋼ボールで構成されるが、他の金属で構成されたものでもよい。金属ボール２０の大きさや個数に特に制限はなく、冷却能力、粉砕能力、ボールの寿命などの観点から適切な大きさや個数が選択される。例えば、金属ボール群２は、各金属ボール２０の直径が１０〜１５ｃｍ程度であって、数百個〜数千個程度の金属ボール２０からなるものとすることができる。
以上のようなスラグ処理設備は構造が非常に単純であり、回転ドラムの耐熱性や耐摩耗性などに十分配慮するだけで、高い耐久性を維持することができる。
前記冷却・粉砕処理工程（Ａ）では、回転ドラム１を低速で回転（通常、１〜５回転／ｍｉｎ）させた状態で、スラグ保持容器に保持された溶融スラグｘをスラグ注入口７から回転ドラム１（内筒部３）内に投入する。
【００２５】
ここで、さきに述べたように、スラグ注入口７において溶融スラグｘにスラグ改質物質を添加することができる。スラグ改質物質が固体の場合には、例えば、図３（ａ）に示すように、溶融スラグｘが注入されるスラグ注入口７の先端受け部７０の上方にホッパー３０を設け、このホッパー３０から固体のスラグ改質物質を先端受け部７０内に投入することで、スラグ改質物質を溶融スラグｘに添加する。
また、スラグ改質物質が気体の場合には、例えば、図３（ｂ）に示すように、スラグ注入口７の先端受け部７０の側部上方に気体（スラグ改質物質）噴射用のノズル３１を設け、先端受け部７０に注入される溶融スラグｘ流に向けてノズル３１から気体（スラグ改質物質）を噴射することで、スラグ改質物質を溶融スラグｘに添加する。なお、先端受け部７０の上部には、噴射気体やスラグの飛沫を受けるための遮蔽板７１が設けられている。
【００２６】
スラグ注入口７から回転ドラム１内に注入された溶融スラグｘは、金属ボール群２の上面に落下した後、金属ボール群２の内部にしみ込んでいき、その過程で各金属ボール２０との接触で冷却・固化されるとともに、転動する金属ボール群２による圧潰・衝撃作用により粉砕されてスラグ粉砕物ｙとなる。このような回転ドラム１によるスラグ処理は、半溶融状態や溶融していない固相状態のスラグを対象とする場合でも、問題なく行うことができ、細粒のスラグ粉砕物ｙが得られる。
このスラグ粉砕物ｙは、内筒部３外周の櫛歯状の隙間５から外筒部４内に排出（隙間５から落下）された後、外筒部４の内周面に形成されたガイドにより軸線方向に移動させられ、スラグ排出口９から外筒部４（回転ドラム１）外に排出される。これにより、スラグ改質物質で改質されたスラグ粉砕物ｙが得られる。
【００２７】
スラグ粉砕物ｙの粒度は、回転ドラム内での処理時間などによっても異なるが、粒径１０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上の粒度にすることが容易に可能である。従来行われているスラグの粉砕処理はエネルギー効率が非常に低く、多大なエネルギーを費やして処理を行っていたものであるが、本発明によれば、そのような粉砕処理を全く行うことなく、回転ドラム１を駆動させるエネルギーだけで、従来の粉砕処理スラグ相当のスラグ粉砕物ｙを得ることができる。
また、スラグ粉砕物ｙは、一般に５００℃以下の温度で回転ドラム１から排出され、このためその後のハンドリングも容易であり、また、磁選による地金回収も問題なく行うことができる。
【００２８】
前記冷却・粉砕処理工程（Ａ）の途中又は／及び冷却・粉砕処理工程（Ａ）が完了した段階で、(1)溶融スラグｘとの接触により高温（通常、数百℃）になった金属ボール群２を水で冷却する、(2)スラグ粉砕物ｙに水をかけて冷却し且つカルシウム分を水和させる、のうちの少なくとも１つを目的として、水供給部１０から回転ドラム１内に水を供給（注水）することができる。ここで、スラグ粉砕物ｙに水が添加されれば、カルシウム分の水和が生じて実質的なエージングがなされることになる。
ここで、冷却・粉砕処理工程（Ａ）の途中の段階とは、冷却・粉砕処理工程（Ａ）でスラグが固化し又は降温した段階であり、スラグが未だ溶融若しくは半溶融又は高温状態にあるときは、水蒸気爆発のおそれがあるので、水の供給は避けた方がよい。また、冷却・粉砕処理工程（Ａ）が実質的に完了した段階としては、例えば、スラグ粉砕物ｙを回転ドラム１から排出した後の段階、スラグ粉砕物ｙが未だ回転ドラム１内にある段階、のいずれでもよい。
【００２９】
水の注水によって回転ドラム１内で蒸気が発生するが、この発生した低圧蒸気は回転ドラム１外に取り出され、蒸気回収部１２から熱回収を行う適宜な手段に送られ、顕熱回収が行われる。これにより、回転ドラム１に供給された高温スラグの顕熱の相当量を熱回収することができる。
冷却・粉砕処理工程（Ａ）で得られたスラグ粉砕物ｙは、含有する地金（Ｆｅ）分が少ない場合にはそのまま炭酸化処理工程（Ｄ）に送られてもよいが、通常は地金回収工程（Ｂ）に送られる。回転ドラム１から排出されたスラグ粉砕物ｙは粒度が十分に小さいため、そのままで磁選機などを用いて高効率の地金回収を行うことができる。
【００３０】
このような地金回収工程（Ｂ）を経たスラグ粉砕物ｙ（若しくは地金回収工程（Ｂ）を経ないスラグ粉砕物ｙ）は炭酸化処理工程（Ｄ）に送られ、ここで、炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスと接触させ、スラグ粉砕物ｙ中に含まれる未炭酸化Ｃａ（ＣａＯ、Ｃａ(ＯＨ)２）を炭酸ガスと反応させる。これにより未炭酸化Ｃａは炭酸カルシウムとなり、土木材料などとして利用した場合でも高ｐＨ溶出水を生じないスラグ製品を得ることができる。また、遊離ＣａＯも炭酸化されるので、エージング処理も全く不要となる。特に、スラグ改質物質としてＳｉＯ２源又は／及びＳｉ源、或いはＡｌ２Ｏ３源又は／及びＡｌ源を添加した場合には、さきに述べたような理由から、高ｐＨ溶出水の抑制効果や遊離ＣａＯの低減効果をより高めることができる。
なお、炭酸化処理工程（Ｄ）を経たスラグ粉砕物ｙの形態は、処理前と変わりなくスラグ粒子が分離した状態にある形態のほかに、（1）複数のスラグ粒子が凝集して結合（炭酸カルシウムをバインダーとして結合）した形態、（2）複数（比較的多数）のスラグ粒子が造粒物状に結合（炭酸カルシウムをバインダーとして結合）した形態、のいずれであってもよい。
【００３１】
スラグ粉砕物ｙを炭酸化処理する方法は任意であるが、例えば、（1）炭酸化処理用の回転ドラム（例えば、ロータリーキルン式ドラム）内でスラグ粉砕物ｙに炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを接触させる方式、（2）処理容器内のスラグ粉砕物ｙに炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを吹き込むことにより流動層を形成する方式、（3）スラグ粉砕物ｙが置かれた固定床（例えば、スラグ粉砕物ｙが充填された充填層）に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを供給する（吹き込む）方式、などが挙げられる。
これらのうち、（2）の方式はスラグ粉砕物ｙの粒度が比較的小さい場合（例えば、粒径２ｍｍ以下）に適しており、一方、（3）の方式はスラグ粉砕物ｙの粒度が比較的大きい場合（例えば、粒径２ｍｍ超）に適している。また、（1）の方式は、いずれの粒度でも好適に適用できる。
【００３２】
図４は、上記（1）の方式の一実施形態を示すもので、軸方向で傾きを有するロータリーキルン式の回転ドラム１３内に、一端側（高所側のドラム端部）からスラグ粉砕物ｙを供給し、他端側（低所側のドラム端部）から炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガス（以下、便宜上「ＣＯ２含有ガス」という）を供給する。回転ドラム１３内では、スラグ粉砕物ｙがドラム他端方向に移動しつつ、向流式にＣＯ２含有ガスと接触して炭酸化処理がなされ、ドラム他端側から排出される。この方式では、処理後のスラグ粉砕物ｙは、スラグ粒子が凝集・結合したもの或いは造粒されたものが得られやすい。
【００３３】
また、図５は上記（2）の方式の一実施形態を示すもので、１４は下部にガス分散板１４０を備え、その上部に流動層形成用の空間１４１を構成した処理容器、１５はこの処理容器１４内にスラグ粉砕物ｙを供給するための供給装置、１６は処理容器１４（分散板１４０の下方の風箱１４２）内にＣＯ２含有ガスを供給するためのガス供給導管、１７は処理容器１４からＣＯ２含有ガスを排出するためのガス排出導管、１８は処理容器１４内から処理済みのスラグ粉砕物ｙを取り出すためのスラグ排出管である。この方式によれば、処理容器１４の空間１４１内に供給装置１５からスラグ粉砕物ｙが供給され、一方、ガス供給導管１６から風箱１４２内に供給されたＣＯ２含有ガスは分散板１４０から空間１４１に吹き出され、スラグ粉砕物ｙの流動層が形成される。そして、この流動層においてスラグ粉砕物ｙの炭酸化処理がなされる。処理を終えたスラグ粉砕物ｙは、スラグ排出管１８から順次排出される。
また、流動層を用いる他の方式としては、例えば、流動層を形成するスラグ粉砕物ｙをＣＯ２含有ガスに随伴させて処理容器外に排出し、サイクロンなどでスラグ粉砕物ｙを回収する方式などでもよい。
【００３４】
スラグ粉砕物ｙをＣＯ２と接触させて未炭酸化Ｃａを効率的に炭酸化させるには、スラグ粉砕物ｙが適度な水分を含んでいること（好ましくは、スラグ粒子が表面付着水を有すること）が必要である。スラグ粒子の回りに存在する水に対してスラグ側から溶け出したＣａイオンと、ＣＯ２含有ガス側から溶解したＣＯ２とが反応することで、炭酸化反応が効率的に進行するからである。したがって、炭酸化処理が施されるスラグ粉砕物ｙには、必要に応じて水が添加される。炭酸化処理が施されるスラグ粉砕物ｙの水分量（含水率）は、３〜３０mass％、好ましくは６〜１２mass％程度が適当である。なお、回転ドラム１内で水が添加されることでカルシウム分が水和したスラグ粉砕物ｙは、水酸化カルシウムがＣＯ２と反応（炭酸化反応）することで相当量の水が生じるので、この水を必要な水分の少なくとも一部として利用することができる。
なお、炭酸化処理は、水分の蒸発を避けるために、１００℃以下のスラグ粉砕物ｙに対して行われることが好ましい。
【００３５】
炭酸化処理でスラグ粉砕物ｙに接触させる炭酸ガスや炭酸ガス含有ガスは、その種類を問わないが、炭酸ガス含有ガスについては、処理効率の面からＣＯ２濃度が５vol％以上のものが好ましい。
また、炭酸化処理によりガス中の炭酸ガス濃度が低減するので、ＣＯやＨ２などを含むガスの場合には結果的にガスのカロリーが高まることになる。したがって、例えば、鉄鋼製造プロセスで発生する副生ガスを用い、この炭酸化処理工程（Ｄ）でＣＯ２濃度が低減した前記副生ガスを、燃料ガス又は還元ガスとして系外に供給することもできる。ここで、系外とは炭酸化処理のためのガス系統外という意味である。また、副生ガス（炭酸ガス含有ガス）として高炉ガスを用い、炭酸化処理によりＣＯ２濃度が低減した高炉ガスを燃料ガス又は還元ガスとして高炉又は／及び他のガス使用設備に供給することもでき、これにより製鉄所内での省資源・省エネルギー化を促進できる。
【００３６】
本発明では、さらに、冷却・粉砕処理工程（Ａ）の下工程（炭酸化処理工程（Ｄ）を有する場合は、冷却・粉砕処理工程（Ａ）と炭酸化処理工程（Ｄ）の間）として、水を添加してスラグ粉砕物ｙ中のカルシウム分を水和させる水和工程（Ｃ）を有していてもよい。さきに述べたように、回転ドラム１での水の添加によりスラグ粉砕物ｙのカルシウム分が水和する場合もあるが、独立した水和工程（Ｃ）を設けることにより、スラグ粉砕物ｙ中のカルシウム分の水和がより確実に行われるようにし、実質的なエージング効果を高めるものである。
図６は、その一実施形態（処理フロー）を示すもので、冷却・粉砕処理工程（Ａ）で生成したスラグ粉砕物ｙを水和工程（Ｃ）で水和処理し、その後、図１と同様に、必要に応じて地金回収工程（Ｂ）で地金の回収を行った後、炭酸化処理工程（Ｄ）で炭酸化処理するものである。さきに述べたように、カルシウム分が水和したスラグ粉砕物ｙは、炭酸化処理工程（Ｄ）において水酸化カルシウムがＣＯ２と反応（炭酸化反応）することで相当量の水が生じるので、この水を炭酸化処理に必要な水分の少なくとも一部として利用することができる。
【００３７】
前記水和工程（Ｃ）は、スラグ粉砕物ｙが凝集固結しないような方法で行うことが好ましく、例えば、水和処理用の回転ドラム内にスラグ粉砕物ｙと水を入れ、混練するなどの方法を採ることができる。
なお、スラグ粉砕物ｙの水和処理は、処理の安定性の面から４００℃以下の温度（スラグ粉砕物ｙの温度）で行うことが好ましい。本発明では、スラグ粉砕物ｙは冷却・粉砕処理工程（Ａ）において５００℃以下の温度で排出されるので、工程間での搬送等による温度低下を考慮すれば、ほぼ上記温度条件を満足することができる。
なお、その他の構成については、図１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
炭酸化処理工程（Ｄ）を経たスラグ粉砕物ｙは、スラグ製品として出荷し又は使用される。スラグ製品としての用途は、例えば、路盤材、土工材、覆砂材（人工砂）、海域深掘部敷設材、海域深掘部穴埋め材、浚渫土砂改良材、土壌改良材、地盤改良材、舗装用原料、セメント原料、水和固化体用骨材（水和固化体には所謂水和硬化体も含まれる）などが好適である。
【００３８】
本発明は、炭酸化処理工程（Ｄ）を有しない処理形態とすることもできる。図７および図８は、本発明の処理方法において、炭酸化処理工程（Ｄ）を有しない場合の実施形態（処理フロー）を示している。これらの処理フローと各工程の詳細は、炭酸化処理工程（Ｄ）が無い点を除き図１、図６の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
このような本発明の処理形態で得られるスラグ製品は、通常、炭酸化処理工程（Ｄ）を有する処理形態で得られるスラグ製品に較べてアルカリ分が多くなるが、このアルカリ分を利用できる用途又はアルカリ分が含まれていても問題がない用途向けのスラグ製品とする。
【００３９】
本発明者らは、特に、脱硫スラグを冷却・粉砕工程（Ａ）で処理して得られたスラグ粉砕物ｙが、排煙脱硫剤として高い脱硫性能を有していることを見出した。したがって、脱硫スラグのスラグ粉砕物ｙは、例えば、脱硫処理が必要な発生ガス（例えば、製鉄所内の焼結工場の発生ガスなど）の排煙脱硫剤として出荷し又は使用することが好ましい。
また、スラグ粉砕物ｙは、上記排煙脱硫剤以外に、炭酸固化体用原料、水和固化体用骨材（水和固化体には所謂水和硬化体も含まれる）、水底改質材、水中土木材料等として出荷し又は使用することができる。
ここで、スラグ粉砕物ｙを原料とする炭酸固化体とは、水分を添加したスラグ粉砕物ｙを型枠などに充填し、その充填層に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを吹き込んで炭酸化処理することにより、生成した炭酸カルシウムをバインダーとして充填層全体を固結させたものである。
【００４０】
また、水底改質材（底質改良材）とは、水底に敷設してアルカリ分を適度に溶出させることにより、底質の改善を行うための資材である。このような水底改質材の使用形態としては、例えば、(1)海域、淡水域又は汽水域の底質を構成する有機性堆積物の上に敷設する（覆砂）、(2)海域、淡水域又は汽水域の底質を構成する有機性堆積物中に混ぜ込む、(3)通常の有機性堆積物のほかに残餌や排泄物が堆積した魚介類の養殖場下の底質を改善するために、上記(1)又は(2)の形態で底質に敷設し又は混ぜ込む、(4)航路浚渫などで生じた浚渫土砂を再使用する際に、改質材として浚渫土砂に混ぜ込む、などが挙げられる。
水中土木材料とは、水中の構造物（潜堤など）、基礎、基盤などを構成するための材料であり、スラグ粉砕物ｙを用いることにより波浪安定性にすぐれた構造物（潜堤など）、基礎、基盤を構成することができる。
また、スラグ粉砕物ｙを水和固化体用の骨材として用いる場合には、比較的塩基度が低いスラグを冷却・粉砕工程（Ａ）で処理して得られたスラグ粉砕物ｙを水和工程（Ｃ）で処理したものが好ましい。
【００４１】
本発明によれば、以下に示すように従来のスラグ処理・利材化に関連する課題を全て解決することができる。
（1）利材化に適した性状・成分への改質
製鋼工程で発生した直後のスラグを、耐久性を有する簡易な設備を用いて速やかに粒状スラグにまで処理することができ、しかも、スラグの用途に応じた性状や成分に改質することができる。また、特に炭酸化処理を行う場合には、スラグ中のＣａＯが安定なＣａＣＯ３として固定されるため、土木材料などに用いた場合でも、スラグ中のアルカリ分によって高ｐＨの溶出水が発生するのを効果的に防止できる。また、スラグがアルカリ分により膨張粉化することも効果的に防止できる。
【００４２】
（2）作業環境面での問題の解決
精錬容器から排出された溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態で排出されたスラグに適当なタイミングでスラグ改質物質を添加し、これをそのままスラグ処理設備に搬送し、回転ドラム１による処理だけで５００℃以下のスラグ粉砕物ｙが得られ、かつエージング処理も不要となるので、従来のような「（排滓）→冷却作業→粉砕処理→エージング」という一連の工程に伴う高熱作業や粉塵作業が殆どなくなり、作業環境が大きく改善できる。
（3）処理コストや処理スペースの問題の解決
溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態のスラグを直接スラグ粉砕物ｙとし、且つ安定な炭酸化処理スラグとするため、従来のような「（排滓）→冷却作業→粉砕処理→エージング」が全く不要になり、大量に発生する製鋼スラグを低コストに製品化することができ、また、冷却作業ヤード、粉砕処理などのための仮置き場、エージングヤードなどのためのスペースも全く不要となる。
【００４３】
（4）難処理性スラグの問題の解決
固相状態の微粉として生成する製鋼スラグでも問題なく処理し、製品化することができ、また、アルカリ分による問題も解消できる。
（5）地金回収に伴う問題の解決
回転ドラム１で得られたスラグ粉砕物ｙは、粉砕処理することなく地金回収することができ、地金の回収のための手間とコスト（設備コスト、処理コスト）を低減できる。
（6）熱エネルギー回収の問題の解決
回転ドラム１から蒸気を取り出し、その顕熱を回収できるので、実質的に溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態の製鋼スラグから相当量の顕熱回収を行うことができる。
（7）エージングに伴う問題の解決
製鋼スラグのエージングが全く不要になり、そのためのコストや専用スペースも不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の処理方法の一実施形態（処理フロー）を示す説明図
【図２】本発明の工程（Ａ）の実施に供されるスラグ処理設備の一実施形態を示す縦断面図
【図３】本発明において、スラグへのスラグ改質物質の添加形態例を示す説明図
【図４】本発明の工程（Ｄ）の実施に供される炭酸化処理設備の一実施形態を示す説明図
【図５】本発明の工程（Ｄ）の実施に供される炭酸化処理設備の他の実施形態を示す説明図
【図６】本発明の処理方法の他の実施形態（処理フロー）を示す説明図
【図７】本発明の処理方法の他の実施形態（処理フロー）を示す説明図
【図８】本発明の処理方法の他の実施形態（処理フロー）を示す説明図
【符号の説明】
【００４５】
１ 回転ドラム
２ 金属ボール群
３ 内筒部
４ 外筒部
５ 隙間
６ 端蓋
７ スラグ注入口
８ 端蓋
９ スラグ排出口
１０ 水供給部
１１ 水供給管
１２ 蒸気回収部
１３ 回転ドラム
１４ 処理容器
１５ 供給装置
１６ ガス供給導管
１７ ガス排出導管
１８ スラグ排出管
２０ 金属ボール
３０ ホッパー
３１ ノズル
７０ 先端受け部
７１ 遮蔽板
１４０ ガス分散板
１４１ 空間
１４２ 風箱
Ａ 冷却・粉砕処理工程
Ｂ 地金回収工程
Ｃ 水和工程
Ｄ 炭酸化処理工程
ｘ 溶融スラグ
ｙ スラグ粉砕物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼工程で発生した溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態のスラグを利材化に好適な状態に改質・処理するためのスラグ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製造プロセスの製鋼工程では、大量のスラグが副産物として生成する。この製鋼スラグの一部は土木材料やセメント原料などとして利材化されている。
製鋼スラグは、製鋼工程において溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態で排出され、これを冷却した後、所定の処理（後述するような粉砕処理やエージング処理など）を施して製品化されるが、スラグを処理し或いは利材化する上で、以下のような種々の問題がある。
【０００３】
（1）作業環境面での問題
上記のようなスラグ処理のための一連の工程において、まず、精錬容器から溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態で排出されたスラグは、ドライピットや冷却ヤードまで搬送されて自然放冷で冷却されるが、この際のスラグの搬送やハンドリングでは高熱作業が避けられない。また、後述するような破砕処理やエージング処理を経たスラグは飛散しやすく、ハンドリングする際に粉塵が生じて厳しい作業環境となる。
（2）処理コストや処理スペースの問題
製鋼スラグは大量に発生するものであるため、上述したような製品化するまでの一連の処理や搬送・ハンドリングには多大なコストがかかり、また、冷却作業ヤード、粉砕処理などのための仮置き場、エージングヤードなどのために広大なスペースが必要となる。
【０００４】
（3）難処理性スラグの問題
製鋼スラグのなかには、冷却中に析出したＣａＯや未滓化ＣａＯが水和時に膨張して粉化し、或いは冷却中に２ＣａＯ・ＳｉＯ２が生成して相変態により粉化することによって、微粉状になるスラグが存在する。このように微粉状になった製鋼スラグは取扱や処理が難しく、また特にスラグを土木用途として用いる場合には、アルカリ性が強いことから適用分野が限定されるという問題がある。
（4）地金回収に伴う問題
製鋼スラグには地金（鉄分）が多く含まれており、資源の有効利用と原料コストの面から、これを極力回収する必要がある。しかし、地金を高効率に回収するにはスラグを粉砕機などで粉砕する必要があり、手間とコスト（設備コスト、処理コスト）がかかる。
（5）熱エネルギー回収の問題
さきに述べたように、精錬容器から排出された溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態の製鋼スラグは、そのままドライピットや冷却ヤードまで搬送されて自然放冷で冷却される。したがって、スラグからの顕熱回収は殆ど行われておらず、膨大な熱エネルギーが回収されることなく放出されている。
【０００５】
（6）エージングに伴う問題
製鋼スラグには遊離ＣａＯが含まれており、そのまま利材化すると遊離ＣａＯが水と反応してスラグが膨張（さらに粉化）する問題があり、これを防止するために大気中でのエージングや蒸気エージングを行う必要がある。しかし、これらのエージングには専用の広大なスペースが必要であること、大気中でのエージングには長い期間（６ヶ月以上）が必要であること、蒸気エージングには処理コストがかかること、などの問題がある。
（7）利材化した場合の環境問題
製鋼スラグはＣａＯなどのアルカリ成分を多く含むため、土木材料などに用いた場合に、そのアルカリ分によって高ｐＨの溶出水が生じやすく、環境保全の面で問題がある。また、スラグがアルカリ分により膨張粉化した場合、粉塵が発生するという問題もある。
【０００６】
従来、製鋼スラグの処理方法として、溶融状態の製鋼スラグを直に粒状化するための方法や設備が、例えば、特許文献１〜３などに示されている。
【特許文献１】特開昭５７−１３６０８６号公報
【特許文献２】特開２００３−１４６７１２号公報
【特許文献３】特開２００３−３２８０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これらの従来技術は、処理設備に高温スラグによる負荷に耐え得るような耐久性をもたせることが難しく、また、単に溶融状態の製鋼スラグを粒状化するだけの技術であるため、上述したような製鋼スラグに関する種々の問題を部分的にしか解決できない。
したがって本発明の目的は、上述したような製鋼スラグの処理や利材化に関する種々の問題を解決し、製鋼工程で発生した直後のスラグを利材化に好適な状態まで速やかに改質・処理することができ、且つ環境対策の面でも好ましい形態・条件で処理を行うことができる製鋼スラグの処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の特徴は以下のとおりである。
［1］製鋼工程で発生し、未だ溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態にあるスラグにスラグ改質物質を添加した後、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冷却するとともに、転動する金属ボール群による物理的作用により粉砕してスラグ粉砕物とする工程（Ａ）を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［2］上記［1］の処理方法において、スラグ改質物質の少なくとも一部として、ＳｉＯ２源又は／及びＳｉ源を添加することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［3］上記［2］の処理方法において、塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］が２．０を超えるスラグに、スラグ改質物質の少なくとも一部としてＳｉＯ２源を添加し、スラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］を２．０以下に調整することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【０００９】
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの処理方法において、スラグ改質物質の少なくとも一部として、Ａｌ２Ｏ３源又は／及びＡｌ源を添加することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの処理方法において、スラグ改質物質の少なくとも一部として、気体酸素源を添加することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［6］上記［1］の処理方法において、スラグ改質物質の少なくとも一部として、肥料用原料又は／及び肥料用成分調整剤を添加することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの処理方法において、さらに、スラグ粉砕物から地金を回収する工程（Ｂ）を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの処理方法において、さらに、スラグ粉砕物に水を添加してスラグ粉砕物中のカルシウム分を水和させる工程（Ｃ）を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【００１０】
［9］上記［1］〜［8］のいずれかの処理方法において、工程（Ａ）の途中又は／及び工程（Ａ）が完了した段階で、回転ドラム内に水を注入し、回転ドラム内で発生した蒸気を取り出して顕熱回収を行うことを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［10］上記［1］〜［9］のいずれかの処理方法において、工程（Ａ）で得られるスラグ粉砕物が、粒径１０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上の粒度を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［11］上記［1］〜［10］のいずれかの処理方法において、スラグ粉砕物が５００℃以下の温度で回転ドラムから排出されることを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［12］上記［1］〜［11］のいずれかの処理方法において、さらに、スラグ粉砕物を炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスと接触させ、スラグ粉砕物中に含まれる未炭酸化Ｃａを炭酸ガスと反応させる工程（Ｄ）を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［13］上記［12］の処理方法において、工程（Ｄ）でスラグ粉砕物に接触させる炭酸ガス含有ガスが鉄鋼製造プロセスで発生する副生ガスであり、該工程（Ｄ）でＣＯ２濃度が低減した前記副生ガスを、燃料ガス又は還元ガスとして系外に供給することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【００１１】
［14］上記［13］の処理方法において、副生ガスが高炉ガスであり、ＣＯ２濃度が低減した高炉ガスを燃料ガス又は還元ガスとして高炉又は／及び他のガス使用設備に供給することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［15］上記［1］〜［11］のいずれかの処理方法において、工程（Ｄ）を経ないスラグ粉砕物を、排煙脱硫剤、炭酸固化体用原料、水和固化体用骨材、水底改質材、水中土木材料の中から選ばれる１種以上のスラグ製品として出荷し又は使用することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［16］上記［15］の処理方法において、製鋼工程で発生したスラグが脱硫スラグであり、工程（Ａ）で得られたスラグ粉砕物を排煙脱硫剤として出荷し又は使用することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
［17］上記［12］〜［14］のいずれかの処理方法において、工程（Ｄ）を経たスラグ粉砕物を、路盤材、土工材、覆砂材、海域深掘部敷設材、海域深掘部穴埋め材、浚渫土砂改良材、土壌改良材、地盤改良材、舗装用原料、セメント原料、水和固化体用骨材の中から選ばれる１種以上のスラグ製品として出荷し又は使用することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る製鋼スラグの処理方法によれば、製鋼工程で発生した直後のスラグを、耐久性を有する簡易な設備を用いて速やかに粒状スラグにまで処理することができ、しかも、スラグの用途に応じた性状や成分に改質することができる。また、地金回収のための新たな破砕処理やエージング処理も全く不要であり、しかも土木材料として用いても高ｐＨ溶出水を生じないなど、環境に優しいスラグ製品を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の処理方法では、製鋼工程で発生し、未だ溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態にあるスラグにスラグ改質物質を添加した後、これを金属ボール群が収容された回転ドラム内に注入し、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冷却するとともに、転動する金属ボール群による物理的作用により粉砕してスラグ粉砕物とする冷却・粉砕処理工程（Ａ）を有する。また好ましくは、前記冷却・粉砕処理工程（Ａ）の下工程として、スラグ粉砕物から地金を回収する工程（Ｂ）と、スラグ粉砕物に水を添加してスラグ粉砕物中のカルシウム分を水和させる水和工程（Ｃ）のいずれか又は両方を有し、さらに好ましくは、その下工程（通常、最終工程）として、スラグ粉砕物を炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスと接触させ、スラグ粉砕物中に含まれる未炭酸化Ｃａを炭酸ガスと反応させる炭酸化処理工程（Ｄ）を有する。また、さらに好ましくは、前記冷却・粉砕処理工程（Ａ）の途中又は／及び冷却・粉砕処理工程（Ａ）が完了した段階で回転ドラム内に水を注入し、回転ドラム内で発生した蒸気を取り出して顕熱回収を行う。そして、上記工程を経たスラグ粉砕物はスラグ製品として出荷し又は使用される。
【００１４】
本発明が処理対象とする製鋼スラグには、例えば、溶銑予備処理で発生するスラグ（脱珪スラグ、脱硫スラグ、脱燐スラグなど）、転炉吹錬（脱炭処理）で発生する脱炭スラグ、鉱石還元スラグ、電気炉スラグなどがあるが、これらに限定されない。これらスラグの大部分は、精錬容器から排滓する際に溶融状態であるが、半溶融状態や高温固相状態のものもある。
製鋼工程で発生した溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態のスラグ（以下、便宜上「溶融スラグｘ」という）には、工程（Ａ）の開始前にスラグ改質物質を添加される。
このスラグ改質物質とは、スラグを利材化に適した性状や成分に改質するために添加されるものであり、例えば、次のようなものが例示できる。
（イ）ＳｉＯ２源又は／及びＳｉ源
（ロ）Ａｌ２Ｏ３源又は／及びＡｌ源
（ハ）気体酸素源
（ニ）肥料用原料又は／及び肥料用成分調整剤
【００１５】
このうち、上記（イ）のＳｉＯ２源やＳｉ源は、スラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］を低下させるとともに、スラグ中の遊離ＣａＯ量も減少させる。さらに、ＳｉＯ２源はスラグの融点を下げることにより、また、Ｓｉ源は熱源（ＳｉとＦｅＯおよび後述する気体酸素との反応による発熱）となることにより、それぞれ溶融スラグｘ中の未滓化ＣａＯの溶融・滓化を促進し、得られるスラグ粉砕物中の遊離ＣａＯ量を減少させる。このためＳｉＯ２源やＳｉ源の添加は、膨張しにくく且つアルカリ分による高ｐＨ溶出水が生じにくいスラグ粉砕物（スラグ製品）を得るのに有効である。
【００１６】
特に、スラグ塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］が２．０を超える溶融スラグｘについては、ＳｉＯ２源を添加してスラグ塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］を２．０以下に調整することが好ましい。スラグ粉砕物の塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］が２．０超では膨張しやすく、路盤材などには使用できないことが多いからである。但し、スラグ粉砕物を炭酸固化体原料として用いる場合には、炭酸化に必要なＣａＯを確保するという観点から、調整後の溶融スラグｘの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］は０．５以上とすることが好ましい。
ＳｉＯ２源やＳｉ源として使用される物質に特別な制限はないが、ＳｉＯ２源としては、例えば、珪石、珪砂、フライアッシュ、廃ガラス、シリカヒューム、高ＳｉＯ２含有スラグなどが挙げられる。また、Ｓｉ源としては、金属ＳｉやＳｉ合金などを用いることができる。
【００１７】
上記（ロ）のＡｌ２Ｏ３源やＡｌ源は、スラグ中に含まれることがあるフッ素を固定する作用がある。これは、製鋼スラグの基本成分の一つであるＣａＯ分とＡｌ２Ｏ３分とＦ（フッ素）が雨水などの水を介してＣａ−Ａｌ−Ｆ系の水和物を生成し、Ｆを固定化するためである。ここで、Ａｌ２Ｏ３の添加量は、添加後の割合で５〜３０mass％程度とすることが好ましい。添加量が５mass％未満ではフッ素の固定効果が十分でなく、一方、３０mass％を超えるとスラグの温度低下が大きくなって不均一なスラグとなり、十分な効果が得られない。さらに、Ａｌ２Ｏ３源はスラグの融点を下げることにより、また、Ａｌ源は熱源（ＡｌとＦｅＯ及び後述する気体酸素との反応による発熱）となることにより、それぞれ溶融スラグｘ中の未滓化ＣａＯの溶融・滓化を促進し、得られるスラグ粉砕物中の遊離ＣａＯ量を減少させる。このためＡｌ２Ｏ３源やＡｌ源の添加は、膨張しにくく且つアルカリ分による高ｐＨ溶出水が生じにくいスラグ粉砕物（スラグ製品）を得るのに有効である。
Ａｌ２Ｏ３源やＡｌ源として使用される物質に特別な制限はないが、Ａｌ２Ｏ３源としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３系の廃耐火物などが挙げられる。また、Ａｌ源としては、金属ＡｌやＡｌ合金などを用いることができ、例えば、Ａｌ精錬で生じるドロスなどが挙げられる。
【００１８】
上記（ハ）の気体酸素源は、熱源やスラグ中のＦｅＯの酸化源として溶融スラグｘ中の未滓化ＣａＯの溶融・滓化を促進し、冷却過程でＣａＯがＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３等の非膨張性酸化物となることで、膨張しにくく且つアルカリ分による高ｐＨ溶出水が生じにくいスラグ粉砕物（スラグ製品）を得るのに有効である。
使用する気体酸素源としては、酸素ガス、空気や酸素富化空気などの酸素含有ガスのいずれでもよい。
また、さきに述べたＳｉ源又は／及びＡｌ源に加えて上記気体酸素源を添加すれば、溶融スラグｘを効率的に昇温させ、未滓化ＣａＯの溶融・滓化をより促進させることができる。この場合、例えば、気体酸素源（酸素ガス、酸素含有ガス）をキャリアガスとしてＳｉ源又は／及びＡｌ源の粉体を溶融スラグｘに吹き込む方法などを採ることもできる。
【００１９】
スラグは肥料（肥料用原料）として用いられる場合があり、その場合には、上記（ニ）の肥料用原料や肥料用成分調整剤を添加し、より高品位の肥料を得ることができる。一般にスラグは、カリ肥料、燐酸質肥料、珪酸質肥料、燐酸珪酸質肥料などの原料として用いられるが、これらの用途とスラグ成分などに応じて、Ｋ２Ｏ源、リン酸源、ＭｇＯ源、Ｆｅ２Ｏ３源などの任意の成分の１種以上を肥料用原料や成分調整剤として添加することができる。具体的には、Ｋ２Ｏ源として、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、苛性カリウム、水酸化カリウム、リン酸カリウム、硫酸カリウム、ケイ酸カリウムなどのようなカリウム塩、カリ長石などのようなカリウム含有鉱物など；リン酸源として、燐鉱石、脱燐スラグ、溶成燐肥など；ＭｇＯ源として、蛇紋岩、かんらん岩、ドロマイト、ニッケルスラグ、マグネシアクリンカー、ケイ酸マグネシウムなど；Ｆｅ２Ｏ３源として、鉄鉱石、ミルスケールなど、が挙げられる。
【００２０】
なお、本発明で用いるスラグ改質物質は、上記のものに限定されるものではなく、スラグの性状や成分などを改質できるものであれば、その種類を問わない。
溶融スラグｘに対するスラグ改質物質の添加方法や添加場所・時期などは任意であるが、例えば、スラグ改質物質が固体の場合には、スラグが発生した精錬容器、搬送などのためのスラグ保持容器、搬送用樋、冷却・粉砕処理工程（Ａ）を行うスラグ処理設備の注入部などにスラグ改質物質を投入することで、溶融スラグｘにスラグ改質物質を添加することができる。また、スラグ改質物質が気体の場合には、スラグが発生した精錬容器内やスラグ保持容器内でのランス吹き込み、スラグ処理設備の注入部での吹き込みなどにより、溶融スラグｘにスラグ改質物質を添加することができる。
【００２１】
図１は、本発明の処理方法において、炭酸化処理工程（Ｄ）を有する場合の一実施形態（処理フロー）を示している。
製鋼工程で発生した溶融スラグｘは、スラグ鍋などのスラグ保持容器に排滓され、冷却・粉砕処理工程（Ａ）を行うスラグ処理設備まで搬送されるが、この溶融スラグｘには、冷却・粉砕処理工程（Ａ）の実施前の段階で、先に述べたような任意の方法とタイミングでスラグ改質物質が添加される。
図２は、冷却・粉砕処理工程（Ａ）を行うスラグ処理設備の一実施形態を示す縦断面図である。このスラグ処理設備は、金属ボール群２が収容された回転ドラム１を備えている。
【００２２】
前記回転ドラム１は、回転可能に支持された横型ドラム（通常、直径が数ｍ〜十数ｍ程度のドラム）であって、ドラム軸が処理済みスラグの排出方向に対して下向きの傾きθを有している。回転ドラム１は、外周に櫛歯状に隙間５が形成されたカゴ状の内筒部３と、その外側の外筒部４からなる２重筒構造を有し、内筒部３と外筒部４が一体として回転可能に支持され、駆動装置（図示せず）により低速回転する。前記金属ボール群２は内筒部３内に収容され、回転ドラム１の回転に伴い内筒部３内でランダムに転動する。
回転ドラム１の一端部は、固定側に支持された端蓋６で閉じられ、この端蓋６にスラグ注入口７が設けられている。回転ドラム１の他端側の端蓋８であって、内筒部３と外筒部４間の空間Ｓに面した部分には、処理済みスラグ（スラグ粉砕物）を回転ドラム外に排出するためのスラグ排出口９が、端蓋８の周方向で適当な間隔で形成されている。
また、外筒部４の内周面には、空間Ｓに入ったスラグ粉砕物を前記スラグ排出口９方向に案内するためのガイド板（図示せず）が設けられている。
【００２３】
さらに、前記端蓋６には、回転ドラム１内に水を供給し、金属ボール群２を水で冷却し或いはスラグ破砕物に水をかけて冷却・水和（カルシウム分の水和）させたりするための水供給部１０が設けられ、この水供給部１０には水供給管１１から水が供給されるようになっている。
また、回転ドラム１の他端側（スラグ排出口９側）には、供給された水により生じる蒸気を回収するための蒸気回収部１２（例えば、蒸気回収フード、蒸気導管、吸引ブロワ等）が設けられ、回転ドラム１内の蒸気を吸引ブロワなどにより取り出し、回収できるようにしている。
【００２４】
前記金属ボール群２は、スラグを冷却・粉砕するためのもので、各金属ボール２０は、一般に中実の鋼ボールで構成されるが、他の金属で構成されたものでもよい。金属ボール２０の大きさや個数に特に制限はなく、冷却能力、粉砕能力、ボールの寿命などの観点から適切な大きさや個数が選択される。例えば、金属ボール群２は、各金属ボール２０の直径が１０〜１５ｃｍ程度であって、数百個〜数千個程度の金属ボール２０からなるものとすることができる。
以上のようなスラグ処理設備は構造が非常に単純であり、回転ドラムの耐熱性や耐摩耗性などに十分配慮するだけで、高い耐久性を維持することができる。
前記冷却・粉砕処理工程（Ａ）では、回転ドラム１を低速で回転（通常、１〜５回転／ｍｉｎ）させた状態で、スラグ保持容器に保持された溶融スラグｘをスラグ注入口７から回転ドラム１（内筒部３）内に投入する。
【００２５】
ここで、さきに述べたように、スラグ注入口７において溶融スラグｘにスラグ改質物質を添加することができる。スラグ改質物質が固体の場合には、例えば、図３（ａ）に示すように、溶融スラグｘが注入されるスラグ注入口７の先端受け部７０の上方にホッパー３０を設け、このホッパー３０から固体のスラグ改質物質を先端受け部７０内に投入することで、スラグ改質物質を溶融スラグｘに添加する。
また、スラグ改質物質が気体の場合には、例えば、図３（ｂ）に示すように、スラグ注入口７の先端受け部７０の側部上方に気体（スラグ改質物質）噴射用のノズル３１を設け、先端受け部７０に注入される溶融スラグｘ流に向けてノズル３１から気体（スラグ改質物質）を噴射することで、スラグ改質物質を溶融スラグｘに添加する。なお、先端受け部７０の上部には、噴射気体やスラグの飛沫を受けるための遮蔽板７１が設けられている。
【００２６】
スラグ注入口７から回転ドラム１内に注入された溶融スラグｘは、金属ボール群２の上面に落下した後、金属ボール群２の内部にしみ込んでいき、その過程で各金属ボール２０との接触で冷却・固化されるとともに、転動する金属ボール群２による圧潰・衝撃作用により粉砕されてスラグ粉砕物ｙとなる。このような回転ドラム１によるスラグ処理は、半溶融状態や溶融していない固相状態のスラグを対象とする場合でも、問題なく行うことができ、細粒のスラグ粉砕物ｙが得られる。
このスラグ粉砕物ｙは、内筒部３外周の櫛歯状の隙間５から外筒部４内に排出（隙間５から落下）された後、外筒部４の内周面に形成されたガイドにより軸線方向に移動させられ、スラグ排出口９から外筒部４（回転ドラム１）外に排出される。これにより、スラグ改質物質で改質されたスラグ粉砕物ｙが得られる。
【００２７】
スラグ粉砕物ｙの粒度は、回転ドラム内での処理時間などによっても異なるが、粒径１０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上の粒度にすることが容易に可能である。従来行われているスラグの粉砕処理はエネルギー効率が非常に低く、多大なエネルギーを費やして処理を行っていたものであるが、本発明によれば、そのような粉砕処理を全く行うことなく、回転ドラム１を駆動させるエネルギーだけで、従来の粉砕処理スラグ相当のスラグ粉砕物ｙを得ることができる。
また、スラグ粉砕物ｙは、一般に５００℃以下の温度で回転ドラム１から排出され、このためその後のハンドリングも容易であり、また、磁選による地金回収も問題なく行うことができる。
【００２８】
前記冷却・粉砕処理工程（Ａ）の途中又は／及び冷却・粉砕処理工程（Ａ）が完了した段階で、(1)溶融スラグｘとの接触により高温（通常、数百℃）になった金属ボール群２を水で冷却する、(2)スラグ粉砕物ｙに水をかけて冷却し且つカルシウム分を水和させる、のうちの少なくとも１つを目的として、水供給部１０から回転ドラム１内に水を供給（注水）することができる。ここで、スラグ粉砕物ｙに水が添加されれば、カルシウム分の水和が生じて実質的なエージングがなされることになる。
ここで、冷却・粉砕処理工程（Ａ）の途中の段階とは、冷却・粉砕処理工程（Ａ）でスラグが固化し又は降温した段階であり、スラグが未だ溶融若しくは半溶融又は高温状態にあるときは、水蒸気爆発のおそれがあるので、水の供給は避けた方がよい。また、冷却・粉砕処理工程（Ａ）が実質的に完了した段階としては、例えば、スラグ粉砕物ｙを回転ドラム１から排出した後の段階、スラグ粉砕物ｙが未だ回転ドラム１内にある段階、のいずれでもよい。
【００２９】
水の注水によって回転ドラム１内で蒸気が発生するが、この発生した低圧蒸気は回転ドラム１外に取り出され、蒸気回収部１２から熱回収を行う適宜な手段に送られ、顕熱回収が行われる。これにより、回転ドラム１に供給された高温スラグの顕熱の相当量を熱回収することができる。
冷却・粉砕処理工程（Ａ）で得られたスラグ粉砕物ｙは、含有する地金（Ｆｅ）分が少ない場合にはそのまま炭酸化処理工程（Ｄ）に送られてもよいが、通常は地金回収工程（Ｂ）に送られる。回転ドラム１から排出されたスラグ粉砕物ｙは粒度が十分に小さいため、そのままで磁選機などを用いて高効率の地金回収を行うことができる。
【００３０】
このような地金回収工程（Ｂ）を経たスラグ粉砕物ｙ（若しくは地金回収工程（Ｂ）を経ないスラグ粉砕物ｙ）は炭酸化処理工程（Ｄ）に送られ、ここで、炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスと接触させ、スラグ粉砕物ｙ中に含まれる未炭酸化Ｃａ（ＣａＯ、Ｃａ(ＯＨ)２）を炭酸ガスと反応させる。これにより未炭酸化Ｃａは炭酸カルシウムとなり、土木材料などとして利用した場合でも高ｐＨ溶出水を生じないスラグ製品を得ることができる。また、遊離ＣａＯも炭酸化されるので、エージング処理も全く不要となる。特に、スラグ改質物質としてＳｉＯ２源又は／及びＳｉ源、或いはＡｌ２Ｏ３源又は／及びＡｌ源を添加した場合には、さきに述べたような理由から、高ｐＨ溶出水の抑制効果や遊離ＣａＯの低減効果をより高めることができる。
なお、炭酸化処理工程（Ｄ）を経たスラグ粉砕物ｙの形態は、処理前と変わりなくスラグ粒子が分離した状態にある形態のほかに、（1）複数のスラグ粒子が凝集して結合（炭酸カルシウムをバインダーとして結合）した形態、（2）複数（比較的多数）のスラグ粒子が造粒物状に結合（炭酸カルシウムをバインダーとして結合）した形態、のいずれであってもよい。
【００３１】
スラグ粉砕物ｙを炭酸化処理する方法は任意であるが、例えば、（1）炭酸化処理用の回転ドラム（例えば、ロータリーキルン式ドラム）内でスラグ粉砕物ｙに炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを接触させる方式、（2）処理容器内のスラグ粉砕物ｙに炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを吹き込むことにより流動層を形成する方式、（3）スラグ粉砕物ｙが置かれた固定床（例えば、スラグ粉砕物ｙが充填された充填層）に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを供給する（吹き込む）方式、などが挙げられる。
これらのうち、（2）の方式はスラグ粉砕物ｙの粒度が比較的小さい場合（例えば、粒径２ｍｍ以下）に適しており、一方、（3）の方式はスラグ粉砕物ｙの粒度が比較的大きい場合（例えば、粒径２ｍｍ超）に適している。また、（1）の方式は、いずれの粒度でも好適に適用できる。
【００３２】
図４は、上記（1）の方式の一実施形態を示すもので、軸方向で傾きを有するロータリーキルン式の回転ドラム１３内に、一端側（高所側のドラム端部）からスラグ粉砕物ｙを供給し、他端側（低所側のドラム端部）から炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガス（以下、便宜上「ＣＯ２含有ガス」という）を供給する。回転ドラム１３内では、スラグ粉砕物ｙがドラム他端方向に移動しつつ、向流式にＣＯ２含有ガスと接触して炭酸化処理がなされ、ドラム他端側から排出される。この方式では、処理後のスラグ粉砕物ｙは、スラグ粒子が凝集・結合したもの或いは造粒されたものが得られやすい。
【００３３】
また、図５は上記（2）の方式の一実施形態を示すもので、１４は下部にガス分散板１４０を備え、その上部に流動層形成用の空間１４１を構成した処理容器、１５はこの処理容器１４内にスラグ粉砕物ｙを供給するための供給装置、１６は処理容器１４（分散板１４０の下方の風箱１４２）内にＣＯ２含有ガスを供給するためのガス供給導管、１７は処理容器１４からＣＯ２含有ガスを排出するためのガス排出導管、１８は処理容器１４内から処理済みのスラグ粉砕物ｙを取り出すためのスラグ排出管である。この方式によれば、処理容器１４の空間１４１内に供給装置１５からスラグ粉砕物ｙが供給され、一方、ガス供給導管１６から風箱１４２内に供給されたＣＯ２含有ガスは分散板１４０から空間１４１に吹き出され、スラグ粉砕物ｙの流動層が形成される。そして、この流動層においてスラグ粉砕物ｙの炭酸化処理がなされる。処理を終えたスラグ粉砕物ｙは、スラグ排出管１８から順次排出される。
また、流動層を用いる他の方式としては、例えば、流動層を形成するスラグ粉砕物ｙをＣＯ２含有ガスに随伴させて処理容器外に排出し、サイクロンなどでスラグ粉砕物ｙを回収する方式などでもよい。
【００３４】
スラグ粉砕物ｙをＣＯ２と接触させて未炭酸化Ｃａを効率的に炭酸化させるには、スラグ粉砕物ｙが適度な水分を含んでいること（好ましくは、スラグ粒子が表面付着水を有すること）が必要である。スラグ粒子の回りに存在する水に対してスラグ側から溶け出したＣａイオンと、ＣＯ２含有ガス側から溶解したＣＯ２とが反応することで、炭酸化反応が効率的に進行するからである。したがって、炭酸化処理が施されるスラグ粉砕物ｙには、必要に応じて水が添加される。炭酸化処理が施されるスラグ粉砕物ｙの水分量（含水率）は、３〜３０mass％、好ましくは６〜１２mass％程度が適当である。なお、回転ドラム１内で水が添加されることでカルシウム分が水和したスラグ粉砕物ｙは、水酸化カルシウムがＣＯ２と反応（炭酸化反応）することで相当量の水が生じるので、この水を必要な水分の少なくとも一部として利用することができる。
なお、炭酸化処理は、水分の蒸発を避けるために、１００℃以下のスラグ粉砕物ｙに対して行われることが好ましい。
【００３５】
炭酸化処理でスラグ粉砕物ｙに接触させる炭酸ガスや炭酸ガス含有ガスは、その種類を問わないが、炭酸ガス含有ガスについては、処理効率の面からＣＯ２濃度が５vol％以上のものが好ましい。
また、炭酸化処理によりガス中の炭酸ガス濃度が低減するので、ＣＯやＨ２などを含むガスの場合には結果的にガスのカロリーが高まることになる。したがって、例えば、鉄鋼製造プロセスで発生する副生ガスを用い、この炭酸化処理工程（Ｄ）でＣＯ２濃度が低減した前記副生ガスを、燃料ガス又は還元ガスとして系外に供給することもできる。ここで、系外とは炭酸化処理のためのガス系統外という意味である。また、副生ガス（炭酸ガス含有ガス）として高炉ガスを用い、炭酸化処理によりＣＯ２濃度が低減した高炉ガスを燃料ガス又は還元ガスとして高炉又は／及び他のガス使用設備に供給することもでき、これにより製鉄所内での省資源・省エネルギー化を促進できる。
【００３６】
本発明では、さらに、冷却・粉砕処理工程（Ａ）の下工程（炭酸化処理工程（Ｄ）を有する場合は、冷却・粉砕処理工程（Ａ）と炭酸化処理工程（Ｄ）の間）として、水を添加してスラグ粉砕物ｙ中のカルシウム分を水和させる水和工程（Ｃ）を有していてもよい。さきに述べたように、回転ドラム１での水の添加によりスラグ粉砕物ｙのカルシウム分が水和する場合もあるが、独立した水和工程（Ｃ）を設けることにより、スラグ粉砕物ｙ中のカルシウム分の水和がより確実に行われるようにし、実質的なエージング効果を高めるものである。
図６は、その一実施形態（処理フロー）を示すもので、冷却・粉砕処理工程（Ａ）で生成したスラグ粉砕物ｙを水和工程（Ｃ）で水和処理し、その後、図１と同様に、必要に応じて地金回収工程（Ｂ）で地金の回収を行った後、炭酸化処理工程（Ｄ）で炭酸化処理するものである。さきに述べたように、カルシウム分が水和したスラグ粉砕物ｙは、炭酸化処理工程（Ｄ）において水酸化カルシウムがＣＯ２と反応（炭酸化反応）することで相当量の水が生じるので、この水を炭酸化処理に必要な水分の少なくとも一部として利用することができる。
【００３７】
前記水和工程（Ｃ）は、スラグ粉砕物ｙが凝集固結しないような方法で行うことが好ましく、例えば、水和処理用の回転ドラム内にスラグ粉砕物ｙと水を入れ、混練するなどの方法を採ることができる。
なお、スラグ粉砕物ｙの水和処理は、処理の安定性の面から４００℃以下の温度（スラグ粉砕物ｙの温度）で行うことが好ましい。本発明では、スラグ粉砕物ｙは冷却・粉砕処理工程（Ａ）において５００℃以下の温度で排出されるので、工程間での搬送等による温度低下を考慮すれば、ほぼ上記温度条件を満足することができる。
なお、その他の構成については、図１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
炭酸化処理工程（Ｄ）を経たスラグ粉砕物ｙは、スラグ製品として出荷し又は使用される。スラグ製品としての用途は、例えば、路盤材、土工材、覆砂材（人工砂）、海域深掘部敷設材、海域深掘部穴埋め材、浚渫土砂改良材、土壌改良材、地盤改良材、舗装用原料、セメント原料、水和固化体用骨材（水和固化体には所謂水和硬化体も含まれる）などが好適である。
【００３８】
本発明は、炭酸化処理工程（Ｄ）を有しない処理形態とすることもできる。図７および図８は、本発明の処理方法において、炭酸化処理工程（Ｄ）を有しない場合の実施形態（処理フロー）を示している。これらの処理フローと各工程の詳細は、炭酸化処理工程（Ｄ）が無い点を除き図１、図６の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
このような本発明の処理形態で得られるスラグ製品は、通常、炭酸化処理工程（Ｄ）を有する処理形態で得られるスラグ製品に較べてアルカリ分が多くなるが、このアルカリ分を利用できる用途又はアルカリ分が含まれていても問題がない用途向けのスラグ製品とする。
【００３９】
本発明者らは、特に、脱硫スラグを冷却・粉砕工程（Ａ）で処理して得られたスラグ粉砕物ｙが、排煙脱硫剤として高い脱硫性能を有していることを見出した。したがって、脱硫スラグのスラグ粉砕物ｙは、例えば、脱硫処理が必要な発生ガス（例えば、製鉄所内の焼結工場の発生ガスなど）の排煙脱硫剤として出荷し又は使用することが好ましい。
また、スラグ粉砕物ｙは、上記排煙脱硫剤以外に、炭酸固化体用原料、水和固化体用骨材（水和固化体には所謂水和硬化体も含まれる）、水底改質材、水中土木材料等として出荷し又は使用することができる。
ここで、スラグ粉砕物ｙを原料とする炭酸固化体とは、水分を添加したスラグ粉砕物ｙを型枠などに充填し、その充填層に炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスを吹き込んで炭酸化処理することにより、生成した炭酸カルシウムをバインダーとして充填層全体を固結させたものである。
【００４０】
また、水底改質材（底質改良材）とは、水底に敷設してアルカリ分を適度に溶出させることにより、底質の改善を行うための資材である。このような水底改質材の使用形態としては、例えば、(1)海域、淡水域又は汽水域の底質を構成する有機性堆積物の上に敷設する（覆砂）、(2)海域、淡水域又は汽水域の底質を構成する有機性堆積物中に混ぜ込む、(3)通常の有機性堆積物のほかに残餌や排泄物が堆積した魚介類の養殖場下の底質を改善するために、上記(1)又は(2)の形態で底質に敷設し又は混ぜ込む、(4)航路浚渫などで生じた浚渫土砂を再使用する際に、改質材として浚渫土砂に混ぜ込む、などが挙げられる。
水中土木材料とは、水中の構造物（潜堤など）、基礎、基盤などを構成するための材料であり、スラグ粉砕物ｙを用いることにより波浪安定性にすぐれた構造物（潜堤など）、基礎、基盤を構成することができる。
また、スラグ粉砕物ｙを水和固化体用の骨材として用いる場合には、比較的塩基度が低いスラグを冷却・粉砕工程（Ａ）で処理して得られたスラグ粉砕物ｙを水和工程（Ｃ）で処理したものが好ましい。
【００４１】
本発明によれば、以下に示すように従来のスラグ処理・利材化に関連する課題を全て解決することができる。
（1）利材化に適した性状・成分への改質
製鋼工程で発生した直後のスラグを、耐久性を有する簡易な設備を用いて速やかに粒状スラグにまで処理することができ、しかも、スラグの用途に応じた性状や成分に改質することができる。また、特に炭酸化処理を行う場合には、スラグ中のＣａＯが安定なＣａＣＯ３として固定されるため、土木材料などに用いた場合でも、スラグ中のアルカリ分によって高ｐＨの溶出水が発生するのを効果的に防止できる。また、スラグがアルカリ分により膨張粉化することも効果的に防止できる。
【００４２】
（2）作業環境面での問題の解決
精錬容器から排出された溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態で排出されたスラグに適当なタイミングでスラグ改質物質を添加し、これをそのままスラグ処理設備に搬送し、回転ドラム１による処理だけで５００℃以下のスラグ粉砕物ｙが得られ、かつエージング処理も不要となるので、従来のような「（排滓）→冷却作業→粉砕処理→エージング」という一連の工程に伴う高熱作業や粉塵作業が殆どなくなり、作業環境が大きく改善できる。
（3）処理コストや処理スペースの問題の解決
溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態のスラグを直接スラグ粉砕物ｙとし、且つ安定な炭酸化処理スラグとするため、従来のような「（排滓）→冷却作業→粉砕処理→エージング」が全く不要になり、大量に発生する製鋼スラグを低コストに製品化することができ、また、冷却作業ヤード、粉砕処理などのための仮置き場、エージングヤードなどのためのスペースも全く不要となる。
【００４３】
（4）難処理性スラグの問題の解決
固相状態の微粉として生成する製鋼スラグでも問題なく処理し、製品化することができ、また、アルカリ分による問題も解消できる。
（5）地金回収に伴う問題の解決
回転ドラム１で得られたスラグ粉砕物ｙは、粉砕処理することなく地金回収することができ、地金の回収のための手間とコスト（設備コスト、処理コスト）を低減できる。
（6）熱エネルギー回収の問題の解決
回転ドラム１から蒸気を取り出し、その顕熱を回収できるので、実質的に溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態の製鋼スラグから相当量の顕熱回収を行うことができる。
（7）エージングに伴う問題の解決
製鋼スラグのエージングが全く不要になり、そのためのコストや専用スペースも不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の処理方法の一実施形態（処理フロー）を示す説明図
【図２】本発明の工程（Ａ）の実施に供されるスラグ処理設備の一実施形態を示す縦断面図
【図３】本発明において、スラグへのスラグ改質物質の添加形態例を示す説明図
【図４】本発明の工程（Ｄ）の実施に供される炭酸化処理設備の一実施形態を示す説明図
【図５】本発明の工程（Ｄ）の実施に供される炭酸化処理設備の他の実施形態を示す説明図
【図６】本発明の処理方法の他の実施形態（処理フロー）を示す説明図
【図７】本発明の処理方法の他の実施形態（処理フロー）を示す説明図
【図８】本発明の処理方法の他の実施形態（処理フロー）を示す説明図
【符号の説明】
【００４５】
１ 回転ドラム
２ 金属ボール群
３ 内筒部
４ 外筒部
５ 隙間
６ 端蓋
７ スラグ注入口
８ 端蓋
９ スラグ排出口
１０ 水供給部
１１ 水供給管
１２ 蒸気回収部
１３ 回転ドラム
１４ 処理容器
１５ 供給装置
１６ ガス供給導管
１７ ガス排出導管
１８ スラグ排出管
２０ 金属ボール
３０ ホッパー
３１ ノズル
７０ 先端受け部
７１ 遮蔽板
１４０ ガス分散板
１４１ 空間
１４２ 風箱
Ａ 冷却・粉砕処理工程
Ｂ 地金回収工程
Ｃ 水和工程
Ｄ 炭酸化処理工程
ｘ 溶融スラグ
ｙ スラグ粉砕物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼工程で発生し、未だ溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態にあるスラグにスラグ改質物質を添加した後、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冷却するとともに、転動する金属ボール群による物理的作用により粉砕してスラグ粉砕物とする工程（Ａ）を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【請求項２】
スラグ改質物質の少なくとも一部として、ＳｉＯ２源又は／及びＳｉ源を添加することを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項３】
塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］が２．０を超えるスラグに、スラグ改質物質の少なくとも一部としてＳｉＯ２源を添加し、スラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］を２．０以下に調整することを特徴とする請求項２に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項４】
スラグ改質物質の少なくとも一部として、Ａｌ２Ｏ３源又は／及びＡｌ源を添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項５】
スラグ改質物質の少なくとも一部として、気体酸素源を添加することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項６】
スラグ改質物質の少なくとも一部として、肥料用原料又は／及び肥料用成分調整剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項７】
さらに、スラグ粉砕物から地金を回収する工程（Ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項８】
さらに、スラグ粉砕物に水を添加してスラグ粉砕物中のカルシウム分を水和させる工程（Ｃ）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項９】
工程（Ａ）の途中又は／及び工程（Ａ）が完了した段階で、回転ドラム内に水を注入し、回転ドラム内で発生した蒸気を取り出して顕熱回収を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１０】
工程（Ａ）で得られるスラグ粉砕物が、粒径１０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上の粒度を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１１】
スラグ粉砕物が５００℃以下の温度で回転ドラムから排出されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１２】
さらに、スラグ粉砕物を炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスと接触させ、スラグ粉砕物中に含まれる未炭酸化Ｃａを炭酸ガスと反応させる工程（Ｄ）を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１３】
工程（Ｄ）でスラグ粉砕物に接触させる炭酸ガス含有ガスが鉄鋼製造プロセスで発生する副生ガスであり、該工程（Ｄ）でＣＯ２濃度が低減した前記副生ガスを、燃料ガス又は還元ガスとして系外に供給することを特徴とする請求項１２に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１４】
副生ガスが高炉ガスであり、ＣＯ２濃度が低減した高炉ガスを燃料ガス又は還元ガスとして高炉又は／及び他のガス使用設備に供給することを特徴とする請求項１３に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１５】
工程（Ｄ）を経ないスラグ粉砕物を、排煙脱硫剤、炭酸固化体用原料、水和固化体用骨材、水底改質材、水中土木材料の中から選ばれる１種以上のスラグ製品として出荷し又は使用することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１６】
製鋼工程で発生したスラグが脱硫スラグであり、工程（Ａ）で得られたスラグ粉砕物を排煙脱硫剤として出荷し又は使用することを特徴とする請求項１５に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１７】
工程（Ｄ）を経たスラグ粉砕物を、路盤材、土工材、覆砂材、海域深掘部敷設材、海域深掘部穴埋め材、浚渫土砂改良材、土壌改良材、地盤改良材、舗装用原料、セメント原料、水和固化体用骨材の中から選ばれる１種以上のスラグ製品として出荷し又は使用することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１】
製鋼工程で発生し、未だ溶融状態、半溶融状態又は高温固相状態にあるスラグにスラグ改質物質を添加した後、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冷却するとともに、転動する金属ボール群による物理的作用により粉砕してスラグ粉砕物とする工程（Ａ）を有することを特徴とする製鋼スラグの処理方法。
【請求項２】
スラグ改質物質の少なくとも一部として、ＳｉＯ２源又は／及びＳｉ源を添加することを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項３】
塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］が２．０を超えるスラグに、スラグ改質物質の少なくとも一部としてＳｉＯ２源を添加し、スラグの塩基度［ＣａＯ／ＳｉＯ２］を２．０以下に調整することを特徴とする請求項２に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項４】
スラグ改質物質の少なくとも一部として、Ａｌ２Ｏ３源又は／及びＡｌ源を添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項５】
スラグ改質物質の少なくとも一部として、気体酸素源を添加することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項６】
スラグ改質物質の少なくとも一部として、肥料用原料又は／及び肥料用成分調整剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項７】
さらに、スラグ粉砕物から地金を回収する工程（Ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項８】
さらに、スラグ粉砕物に水を添加してスラグ粉砕物中のカルシウム分を水和させる工程（Ｃ）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項９】
工程（Ａ）の途中又は／及び工程（Ａ）が完了した段階で、回転ドラム内に水を注入し、回転ドラム内で発生した蒸気を取り出して顕熱回収を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１０】
工程（Ａ）で得られるスラグ粉砕物が、粒径１０ｍｍ以下の割合が８０mass％以上の粒度を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１１】
スラグ粉砕物が５００℃以下の温度で回転ドラムから排出されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１２】
さらに、スラグ粉砕物を炭酸ガス又は炭酸ガス含有ガスと接触させ、スラグ粉砕物中に含まれる未炭酸化Ｃａを炭酸ガスと反応させる工程（Ｄ）を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１３】
工程（Ｄ）でスラグ粉砕物に接触させる炭酸ガス含有ガスが鉄鋼製造プロセスで発生する副生ガスであり、該工程（Ｄ）でＣＯ２濃度が低減した前記副生ガスを、燃料ガス又は還元ガスとして系外に供給することを特徴とする請求項１２に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１４】
副生ガスが高炉ガスであり、ＣＯ２濃度が低減した高炉ガスを燃料ガス又は還元ガスとして高炉又は／及び他のガス使用設備に供給することを特徴とする請求項１３に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１５】
工程（Ｄ）を経ないスラグ粉砕物を、排煙脱硫剤、炭酸固化体用原料、水和固化体用骨材、水底改質材、水中土木材料の中から選ばれる１種以上のスラグ製品として出荷し又は使用することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１６】
製鋼工程で発生したスラグが脱硫スラグであり、工程（Ａ）で得られたスラグ粉砕物を排煙脱硫剤として出荷し又は使用することを特徴とする請求項１５に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項１７】
工程（Ｄ）を経たスラグ粉砕物を、路盤材、土工材、覆砂材、海域深掘部敷設材、海域深掘部穴埋め材、浚渫土砂改良材、土壌改良材、地盤改良材、舗装用原料、セメント原料、水和固化体用骨材の中から選ばれる１種以上のスラグ製品として出荷し又は使用することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の製鋼スラグの処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１２０６０７（Ｐ２００８−１２０６０７Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０３２５６（Ｐ２００６−３０３２５６）
【出願日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]