JP6113957B2 - スラグ混じり土の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に製鉄所内で発生するスラグ混じり土の処理方法に関するものである。

製鉄所で発生するスラグをスラグヤードに保管している場合、スラグの混じった残土が発生する。この種のスラグ混じり残土にはフッ素が含有されており、そのまま路盤材に使用すると、フッ素が地中に溶出するおそれがあるので、セメント等と混ぜて不溶化処理を施している。

例えば、特許文献１には、フッ素が含まれる土壌に水硬性結合材（セメント等の不溶化剤）を添加・混合して固化不溶化する技術が開示されている。固化不溶化とは、水和する過程において、不溶化剤が固化強度を発現することにより、有害元素（フッ素）の溶出量を低減（不溶化）することを言う。この方法では、土壌に必要量の水分がある場合は不溶化剤を粉体の状態で添加して混合し、土壌に必要量の水分がない場合は不溶化剤をスラリー状にして土壌に添加し混合するようにしている。その際、不溶化剤と土壌の混合は、通常の機械撹拌混合装置や高圧噴射混合装置、あるいはバックホウ等にて行うものとしている。

特開２００４−８９８１６号公報

ところで、上述の従来の土壌の処理方法では、土壌と不溶化剤を撹拌混合するだけであり、混練性が不均一となりやすいため、不溶化効果が発現しない部分が生じる可能性があった。そのため、不溶化剤（セメント等）を多く添加する必要があり、結果的にアルカリ性が強くなると共にランニングコストが増加するという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮し、不溶化剤であるセメントとスラグ混じり土との混練性を高めることができて、フッ素の溶出基準を満たすためのセメントの添加量をできるだけ低減することのできるスラグ混じり土の処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明のスラグ混じり土の処理方法は、フッ素を含有するスラグ混じり土を、不溶化剤としてセメントを添加しながら破砕混合装置に投入して、破砕し細粒化すると共に前記セメントと混合し、前記破砕混合装置として、円筒ケーシングの内部に回転する多段のインパクトチェーンを配備した回転式破砕混合装置を使用し、前記スラグ混じり土を、不溶化剤としてセメントを添加しながら前記円筒ケーシング内に水砕スラグとともに投入し、該円筒ケーシング内において回転する多段の前記インパクトチェーンの打撃力により、破砕すると共に前記セメント及び前記水砕スラグと混合し、予め、前記スラグ混じり土の粒度に対する前記フッ素の溶出基準を満たす前記セメントの添加量の関係を求めておき、その関係に基づいて、前記粒度が大きくなるのにしたがって前記セメントの添加量を増やすことを特徴とする。
この場合、スラグ混じり土を、セメントを添加しながら破砕混合装置に投入して、破砕により細粒化しつつ混合するので、細粒化による表面積の増加により、スラグ混じり土とセメントの混練性が高まる。
また、インパクトチェーンの打撃により、スラグ混じり土が短時間に粉砕されて微細化することとなり、同時に添加したセメントと効率よく混合される。
また、セメントの添加量とスラグ混じり土の粒度の組み合わせを最適に設定することができ、それにより、経済性や効率性を高めながら、フッ素の溶出量を基準内に抑えることが可能である。

請求項２の発明は、請求項１に記載のスラグ混じり土の処理方法であって、前記インパクトチェーンは、回転する鎖と、前記鎖の先端側に端部を取り付けられた棒状のおもりと、を有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載のスラグ混じり土の処理方法であって、前記回転式破砕混合装置により、前記スラグ混じり土を、土質分類における細粒分質礫質砂のレベルまで細粒化して前記セメントと混合することを特徴とする。
この場合、礫分を多量に含むスラグ混じり土（細粒分混じり砂質礫）を砂分を多く含む土（細粒分質礫質砂）にして、混練を促進する。

請求項１の発明によれば、スラグ混じり土の細粒化による表面積の増加により、スラグ混じり土とセメントの混練性を高めることができる。従って、フッ素の溶出基準を満たすために必要なセメントの添加量を減らすことができて、ランニングコストの低減に寄与することができると共に、フッ素の溶出を抑えることができることにより、路盤材としてのスラグ混じり土の再生利用を可能にすることができる。
また、インパクトチェーンの打撃により、スラグ混じり土を短時間に粉砕して微細化することができ、同時に添加したセメントと効率よく混合することができる。
また、セメントの添加量とスラグ混じり土の粒度の組み合わせを最適に設定することができ、それにより、経済性や効率性を高めながら、フッ素の溶出量を基準内に抑えることができる。

請求項３の発明によれば、礫分を多量に含むスラグ混じり土（細粒分混じり砂質礫）を砂分を多く含む土（細粒分質礫質砂）にして、混練を促進し、不溶化の条件を満たしながら、セメントの添加量を低減することができる。

本発明の実施形態のスラグ混じり土の処理方法の説明図である。 土質のサイズによる分類を示す図である。 土質分類の中の礫質土の分類を示す図である。 土質分類の中の砂質土の分類を示す図である。 本発明の実施形態における使用材料の粒度を示す図である。 同使用材料の粒径加積曲線を示す図である。 実験をしたサンプルＡ、Ｂ、Ｃの仕様を示す図である。 スラグ混じり土の土質（粒度範囲）とセメント添加率をパラメータとしてフッ素の溶出量を検査した結果を示す図である。 図８で示すデータを基に、横軸にスラグ混じり土を粒度別に区分けしたときの最大粒径をまた縦軸にフッ素溶出量をそれぞれとって表した図である。 図８で示すデータを基に、横軸にセメント添加率をまた縦軸にフッ素の溶出量をそれぞれとった図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態の処理方法では、図１に示すように、製鉄所などで発生するフッ素を含有するスラグ混じり土Ｍをベルトコンベア１で搬送し、不溶化剤としてセメントＣを粉体のままあるいはスラリー状にして添加しながら、回転式破砕混合装置（ツイスター混合装置）１０に投入し、回転式破砕混合装置１０によりスラグ混じり土Ｍを破砕し細粒化すると共に添加したセメントと混合し、路盤材として利用できる状態にする。

ここで使用する回転式破砕混合装置１０は、円筒ケーシング１１の中心部に図示しないモータによって高速回転させられる回転軸１２を配置し、その回転軸１２に多段にインパクトチェーン（ブレード）を取り付けたもので、スラグ混じり土Ｍを、セメントＣを添加しながら円筒ケーシング１１内に投入することにより、円筒ケーシング１１内において回転する多段のインパクトチェーン１３の打撃力によって、投入されたスラグ混じり土Ｍを破砕し細粒化してセメントＣと混合する。ここで、インパクトチェーン１３の回転数は可変であり、インパクトチェーン１３の回転数を変化させることによって材料の破砕効果を調整する（粒度調整を行う）ことができるようになっている。ここで、インパクトチェーンとは、回転軸に取り付けられた鎖と、該鎖の先端側に端部を取り付けられた棒状のおもりとからなるものであり、円筒ケーシング１１内において回転されて、鎖とおもりの打撃力によって、投入されたスラグ混じり土Ｍを破砕し細粒化してセメントＣと混合するものである。

本実施形態では、破砕前の土質分類レベルが細粒分まじり砂質礫であるスラグ混じり土Ｍを、回転式破砕混合装置１０によって細粒分質礫質砂のレベルまで細粒化する。なお、土質のサイズによる分類は図２に示すようになっており、土質分類の中の礫質土の分類は図３、砂質土の分類は図４に示すようになっている。破砕前のスラグ混じり土は、図３の分類の中の細粒分まじり砂質礫（ＧＳ−Ｆ）であり、これを破砕することにより、図４の分類の中の細粒分質礫質砂のレベルまで細粒化する。

その際のスラグ混じり土の破砕前と破砕後の粒度について調べたところ、図５に示すような結果が得られた。水砕スラグを添加する場合もあるので一緒に掲載した。破砕後のスラグ混じり土は、最大粒径も小さくなり、礫分が少なく砂分や細粒分が増えた。これらの使用材料の粒径加積曲線（粒径の対数を横軸に、粒径以下のものの重量を縦軸に全重量の百分率にとって表わした曲線）は、図６に示すようになった。水砕スラグは砂状のもので粒径が比較的そろっているが、スラグ混じり土は破砕前も破砕後も粒径が分散している。

次に実験例について説明する。
この実験で使用する破砕後のスラグ混じり土のフッ素溶出量およびｐＨを調べたところ、１．０８ｍｇ／Ｌ、ｐＨ９．６５であった。また、一緒に混ぜる水砕スラグのフッ素溶出量およびｐＨを調べたところ、０．１７ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．４であった。実験で使用した回転式破砕混合装置１０の仕様は次のものである。
・円筒ケーシング１１の直径＝１０００ｍｍ
・インパクトチェーン１３の回転数＝７５０ｒｐｍ
・インパクトチェーンの段数＝３段
・インパクトチェーンの本数＝１２本（４本／段）

ここで実験したサンプルは、図７に示す３つの配合サンプルＡ、Ｂ、Ｃが本願発明例（回転式破砕混合装置１０を用い、フッ素を含有するスラグ混じり土とセメントとを、破砕を伴いながら混合したもの）であり、Ｄが比較例（通常のミキサーを用い、フッ素を含有するスラグ混じり土とセメントとを、破砕を伴わず単に混合したもの）である。それらについて、フッ素溶出量およびｐＨについて調べたところ、同図に示すような結果が得られた。なお、フッ素の溶出試験は、環境省告示第４６号に基づいて行った。サンプルＡ、Ｂは、スラグ混じり土1００％で水砕スラグ０％のもの、サンプルＣは、スラグ混じり土９０％で水砕スラグ１０％のものである。また、サンプルＡはセメント添加率３％にした場合、サンプルＢ、Ｃはセメント添加率７．５％にした場合で、各々材齢７日と２８日の場合を調べた。その結果、本願発明例のものは、いずれもフッ素の溶出量を土壌環境基準値０．８ｍｇ／Ｌ以下に抑制できた。一方、比較例のものは、フッ素の溶出量が土壌環境基準値０．８ｍｇ／Ｌを超えた。

この実験結果から分かるように、本願発明例のものは、セメント添加率が３％でも、フッ素の溶出量を環境基準以下にすることができる。また、水砕スラグを１０％添加しても、フッ素の溶出量を環境基準以下にすることができる。従って、そのまま路盤材として有効利用することができることが明らかになった。なお、水砕スラグを添加したサンプルＣについてフッ素の溶出量が低下したのは、ポゾラン活性のため不溶化が促進されたものと思われる。

次にスラグ混じり土の細粒化の程度とセメント添加率をパラメータとしてフッ素の溶出量を検査した実験結果について考察する。
図８はその結果を示すデータ（材齢７日のもの）、図９は図８で示すデータを基に、横軸にスラグ混じり土を粒度別に区分けしたときの最大粒径をまた縦軸にフッ素溶出量をそれぞれとって表したグラフ、図１０は図８で示すデータを基に、横軸にセメント添加率をまた縦軸にフッ素の溶出量をそれぞれとったグラフである。

図９からわかるように、セメント添加率が２％程度であると、フッ素溶出量を０．８ｍｇ／Ｌ以下にするには、フッ素混じり土をたとえ細粒化したとしても難しいことがわかる。
また、図１０に示すように、予め、フッ素の溶出基準を満たすセメントの添加量とスラグ混じり土の粒度との関係を求めておくことにより、その関係に基づいて、回転式破砕混合装置による破砕のレベルとセメント添加量との最適な組み合わせを決定することができ、それに基づいてスラグ混じり土を処理することにより、環境基準を満足しながら、経済性と効率性を両立させて路盤材に再生することができる。
例えば、フッ素の溶出量を０．８ｍｇ／Ｌに抑える場合、スラグ混じり土を細粒化したときの粒度範囲が０〜２ｍｍあるいは２〜５ｍｍであるときには、セメント添加率を２．３〜２．５％程度とすればよく、また、スラグ混じり土を細粒化したときの粒度範囲が５〜１０ｍｍであるときには、セメント添加率を３．４％程度まで増やさなければならず、さらに、スラグ混じり土を細粒化したときの粒度範囲が１０〜３０ｍｍであるときには、セメント添加率を５．７％程度まで増やさなければならないことがわかる。

以上説明したように、本実施形態のような処理方法を実施することにより、細粒化による表面積の増加により、スラグ混じり土とセメントの混練性を高めることができ、フッ素の溶出基準を満たすために必要なセメント添加量を減らすことができて、ランニングコストの低減に寄与することができる。また、フッ素の溶出を抑えることができることにより、路盤材としてのスラグ混じり土の再生利用が可能となる。特にインパクトチェーン１３の打撃により、スラグ混じり土を短時間に粉砕して微細化することができ、同時に添加したセメントと効率よく混合することができる。

また、礫分を多量に含むスラグ混じり土（細粒分混じり砂質礫）を、砂分を多く含む土（細粒分質礫質砂）にまで破砕することで混練性をおおいに促進することができるので、不溶化の条件を満たしながら、セメントの添加量をより一層低減することができる。また、

Ｍ スラグ混じり土
Ｃ セメント
１０ 回転式破砕混合装置
１１ 円筒ケーシング
１３ インパクトチェーン

Claims (3)

1. フッ素を含有するスラグ混じり土を、不溶化剤としてセメントを添加しながら破砕混合装置に投入して、破砕し細粒化すると共に前記セメントと混合し、
   前記破砕混合装置として、円筒ケーシングの内部に回転する多段のインパクトチェーンを配備した回転式破砕混合装置を使用し、
   前記スラグ混じり土を、不溶化剤としてセメントを添加しながら前記円筒ケーシング内に水砕スラグとともに投入し、該円筒ケーシング内において回転する多段の前記インパクトチェーンの打撃力により、破砕すると共に前記セメント及び前記水砕スラグと混合し、
   予め、前記スラグ混じり土の粒度に対する前記フッ素の溶出基準を満たす前記セメントの添加量の関係を求めておき、その関係に基づいて、前記粒度が大きくなるのにしたがって前記セメントの添加量を増やすことを特徴とするスラグ混じり土の処理方法。
2. 前記インパクトチェーンは、
   回転する鎖と、
   前記鎖の先端側に端部を取り付けられた棒状のおもりと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のスラグ混じり土の処理方法。
3. 前記回転式破砕混合装置により、前記スラグ混じり土を、土質分類における細粒分質礫質砂のレベルまで細粒化して前記セメントと混合することを特徴とする請求項１または２に記載のスラグ混じり土の処理方法。

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