特許 6413451 製鋼スラグの炭酸化処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6413451

(24)【登録日】2018年10月12日

(45)【発行日】2018年10月31日

(54)【発明の名称】製鋼スラグの炭酸化処理方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 5/06 20060101AFI20181022BHJP

【ＦＩ】

   C04B5/06

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-160330(P2014-160330)

(22)【出願日】2014年8月6日

(65)【公開番号】特開2016-37409(P2016-37409A)

(43)【公開日】2016年3月22日

【審査請求日】2017年4月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100132230

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 一也

(74)【代理人】

【識別番号】100082739

【弁理士】

【氏名又は名称】成瀬 勝夫

(74)【代理人】

【識別番号】100087343

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 智廣

(72)【発明者】

【氏名】福山 博之

(72)【発明者】

【氏名】高橋 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】安部 洋一

【審査官】 浅野 昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０３１２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−１４１１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２００２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２０６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２５６９５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ５／００−５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

製鋼スラグに二酸化炭素(CO₂)を含有するＣＯ₂含有ガスを供給して機械的手段での撹拌下に製鋼スラグの炭酸化処理を行う方法であって、
炭酸化処理前の製鋼スラグに含まれる粒径２．３６ｍｍ以下のスラグ粒の質量分率(T₁)と炭酸化処理して得られた処理済スラグに含まれる粒径２．３６ｍｍ以下のスラグ粒の質量分率(T₂)との炭酸化処理前後の減少割合〔[(T₁-T₂)/T₁]×100〕が３０％未満である条件下で、前記機械的手段での攪拌フルード数Ｆrを１．０×１０^-6≦Ｆr≦１．０×１０^-4にして攪拌することを特徴とする製鋼スラグの炭酸化処理方法。

【請求項2】

撹拌フルード数Ｆrが１．０×１０^-6≦Ｆr≦３．０×１０^-5である請求項１に記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。

【請求項3】

炭酸化処理の対象が所定の含水率を有するエージング処理後の製鋼スラグであり、該製鋼スラグが保有する水分を利用した水分量の条件下で炭酸化処理を行う請求項１又は２に記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。

【請求項4】

前記エージング処理後の製鋼スラグの含水率が５質量％以上８質量％以下である請求項３に記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。

【請求項5】

炭酸化処理する対象の製鋼スラグに含まれる水可溶性Ｃa分(f-CaO)の含有量が０．２８質量％以上である請求項１〜４のいずれかに記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。

【請求項6】

炭酸化処理する対象の製鋼スラグが、JIS A5015に規定された道路用路盤材に相当する粒度範囲に粒度調整されたものである請求項１〜５のいずれかに記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。

【請求項7】

製鋼スラグに二酸化炭素(CO₂)を含有するＣＯ₂含有ガスを供給して機械的手段での撹拌下に製鋼スラグの炭酸化処理を行う方法であって、
炭酸化処理前の製鋼スラグに含まれる粒径２．３６ｍｍ以下のスラグ粒の質量分率(T₁)と炭酸化処理して得られた処理済スラグに含まれる粒径２．３６ｍｍ以下のスラグ粒の質量分率(T₂)との炭酸化処理前後の減少割合〔[(T₁-T₂)/T₁]×100〕が３０％未満であり、かつ、炭酸化処理する対象の製鋼スラグに含まれる水可溶性Ｃa分(f-CaO)の含有量が０．２８質量％未満である条件下で、前記機械的手段での攪拌フルード数Ｆrを１．０×１０^-4＜Ｆrにして攪拌することを特徴とする製鋼スラグの炭酸化処理方法。

【請求項8】

炭酸化処理する対象の製鋼スラグが、JIS A5015に規定された道路用路盤材に相当する粒度範囲に粒度調整されたものである請求項７に記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、製鋼スラグの炭酸化処理方法に関し、詳しくは、製鋼スラグを天然砕石や骨材の代替品等として有効利用するうえで、予め二酸化炭素と反応させて、高アルカリ水や白濁水が溶出するのを抑制する製鋼スラグの炭酸化処理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

製鉄所で発生する予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ、鋳造スラグ等の製鋼スラグは、道路の路盤材をはじめ、土木、建築用の材料等として広く利用されているが、元来、製鋼スラグには水可溶性の遊離ＣaＯ（フリーライム）が含有されていることから、製鋼スラグをそのまま使用すると、高アルカリ水や白濁水を発生させてしまうことがある。また、製鋼スラグをエージング処理して遊離ＣaＯによる膨張性を抑制した際に生成するＣa(ＯＨ)₂も水可溶性を有しており、やはりアルカリ発生源となる。

【0003】

そこで、製鋼スラグに含まれた水可溶性のカルシウム成分を不溶化させる方法のひとつとして、古くから製鋼スラグに二酸化炭素を反応させる炭酸化処理が行われている。この炭酸化処理は、製鋼スラグに含まれる水可溶性カルシウム分(水可溶性Ｃa分)の遊離ＣaＯやＣa(ＯＨ)₂が水に溶けて生成するＣa²⁺イオンと、ＣＯ₂が水に溶けて生成するＣＯ₃^2-イオンとが作用して難水溶性のＣaＣＯ₃を生成する反応であることから、遊離ＣaＯやＣa(ＯＨ)₂とＣＯ₂とが一旦水に溶ける必要があり、反応の進行には水が不可欠である。ただし、水は反応を進行させる媒体として働くのみであり、消費されることはない。

【0004】

そのため、製鋼スラグの炭酸化処理では、二酸化炭素を含有したガス（CO₂含有ガス）の供給速度の調整のほか、製鋼スラグに水分を添加したり、雰囲気の相対湿度を制御する等して、製鋼スラグとＣＯ₂含有ガスとの接触が十分に確保されることが重要であると考えられてきた。

【0005】

例えば、特許文献１には、大気雰囲気下、加圧雰囲気下又は水蒸気雰囲気下でエージング処理が施された製鋼スラグに自由水が存在し始める水分値未満で、かつ、該水分値よりも１０質量％少ない値以上の範囲となるように添加する水分量を調整した後、炭酸ガスを含有して相対湿度が７５〜１００％のガスを流す製鋼スラグの安定化処理方法が記載されている。そして、当該特許文献における実施例の場合には添加水が１５質量％であるといったように、炭酸化の促進には最適な添加水分の量が存在するとしている。また、特許文献２は、製鋼スラグをＣＯ₂吸収剤として利用する発明の例であるが、製鋼スラグと炭酸ガスの反応を効率的に行うには、製鋼スラグの粒子表面に水膜が存在する程度に水分を添加する必要があるとしている。

【0006】

一方で、特許文献３では、バッチ式回転炉や撹拌羽を有したロータリータイプの反応容器を用いて、製鋼スラグに機械的手段での撹拌（機械撹拌）を付与しながら、水の共存下（好ましくは固体物100重量部に対して4〜30重量部の水分量）において、ＣＯ₂含有ガスを供給して炭酸化処理する方法を記載している。すなわち、この特許文献３記載の方法は、機械撹拌を付与することで、常に新たな製鋼スラグをＣＯ₂と接触させると共に、炭酸化処理中に生成したＣaＣＯ₃により製鋼スラグ内部への水の浸透が阻害されないようにＣaＣＯ₃膜を破壊し、或いは亀裂を生じさせて、製鋼スラグ内部にＣＯ₂が拡散されるようにしている。

【0007】

また、特許文献４には、篩下粒径５ｍｍ以下を２０質量％以上含むような粉状製鋼スラグを有効利用するために、自由水が存在し始める水分値未満で、かつ該水分値よりも５質量％少ない値以上の範囲に水分量を調整し、炭酸ガスを含有したガスを供給して、機械的手段での撹拌を付与しながら炭酸化処理する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００５−９７０７６号公報

【特許文献2】特開２０００−１９７８１０号公報

【特許文献3】特開２００５−２００２３４号公報

【特許文献4】特開２００７−３１２２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上述したように、これまでの製鋼スラグの炭酸化処理においては、製鋼スラグと二酸化炭素を含有したガス（CO₂含有ガス）との接触が重要であり、先の特許文献３や特許文献４に記載されるように、機械撹拌を付与することにより、製鋼スラグがＣＯ₂含有ガスと十分に接触し、これによって製鋼スラグの炭酸化が促進されると考えられてきた。

【0010】

ところが、本発明者らが製鋼スラグの炭酸化処理について更なる詳細な検証を行ったところ、意外なことには、製鋼スラグを撹拌する反応容器や撹拌羽の大型化を行ったり、これらの撹拌装置の回転数を上げる等して撹拌強度を高くすると、かえって炭酸化処理が長時間化することがあり、場合によっては炭酸化が不十分な状態で終わってしまう場合があることが分かった。すなわち、従来法のような機械撹拌の付与では、製鋼スラグの炭酸化処理が必ずしも効率良くなされているとは言えない。

【0011】

そこで、本発明者らは、上記課題について更に検討を進めた結果、炭酸化処理の長時間化は、炭酸化処理の過程で製鋼スラグのスラグ粒子が造粒されて、疑似粒子（造粒物）を形成することが起因することを突き止めた。このような造粒物の状態になると、その表層のスラグは炭酸化されるものの、造粒物の内部にはＣＯ₂含有ガスが浸入できず、或いは侵入し難くなり、機械撹拌による破壊効果で造粒物の表面に亀裂が入りその内部まで炭酸化が進行し易くなる効果よりも、造粒物内部のスラグが炭酸化され難くなる影響の方が大きくなり、結果として炭酸化処理に余計な時間が掛かってしまうと考えられる。そのため、このような造粒を防ぐようにして製鋼スラグを機械撹拌することで、製鋼スラグの炭酸化をより一層効率的に行うことができることを見出し、本発明を完成させた。

【0012】

従って、本発明の目的は、機械撹拌を付与して製鋼スラグを炭酸化処理する方法において、炭酸化処理を確実に、かつ効率良く行うことができる方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
なお、以下の本発明の説明においては、上述した水可溶性の遊離ＣaＯ及び／又はＣa(ＯＨ)₂を「水可溶性Ｃa分(f-CaO)」と称する。

【0014】

(1) 製鋼スラグに二酸化炭素(CO₂)を含有するＣＯ₂含有ガスを供給して機械的手段での撹拌下に製鋼スラグの炭酸化処理を行う方法であって、
炭酸化処理前の製鋼スラグに含まれる粒径２．３６ｍｍ以下のスラグ粒の質量分率(T₁)と炭酸化処理して得られた処理済スラグに含まれる粒径２．３６ｍｍ以下のスラグ粒の質量分率(T₂)との炭酸化処理前後の減少割合〔[(T₁-T₂)/T₁]×100〕が３０％未満である条件下で、前記機械的手段での攪拌フルード数Ｆrを１．０×１０^-6≦Ｆr≦１．０×１０^-4にして攪拌することを特徴とする製鋼スラグの炭酸化処理方法。
(2) 撹拌フルード数Ｆrが１．０×１０^-6≦Ｆr≦３．０×１０^-5である前記(1)に記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。
(3) 炭酸化処理の対象が所定の含水率を有するエージング処理後の製鋼スラグであり、該製鋼スラグが保有する水分を利用した水分量の条件下で炭酸化処理を行う前記(1)又は(2)に記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。
(4) 前記エージング処理後の製鋼スラグの含水率が５質量％以上８質量％以下である前記(3)に記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。
(5) 炭酸化処理する対象の製鋼スラグに含まれる水可溶性Ｃa分(f-CaO)の含有量が０．２８質量％以上である前記(1)〜(4)のいずれかに記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。
(6) 炭酸化処理する対象の製鋼スラグが、JIS A5015に規定された道路用路盤材に相当する粒度範囲に粒度調整されたものである前記(1)〜(5)のいずれかに記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。
(7) 製鋼スラグに二酸化炭素(CO₂)を含有するＣＯ₂含有ガスを供給して機械的手段での撹拌下に製鋼スラグの炭酸化処理を行う方法であって、
炭酸化処理前の製鋼スラグに含まれる粒径２．３６ｍｍ以下のスラグ粒の質量分率(T₁)と炭酸化処理して得られた処理済スラグに含まれる粒径２．３６ｍｍ以下のスラグ粒の質量分率(T₂)との炭酸化処理前後の減少割合〔[(T₁-T₂)/T₁]×100〕が３０％未満であり、かつ、炭酸化処理する対象の製鋼スラグに含まれる水可溶性Ｃa分(f-CaO)の含有量が０．２８質量％未満である条件下で、前記機械的手段での攪拌フルード数Ｆrを１．０×１０^-4＜Ｆrにして攪拌することを特徴とする製鋼スラグの炭酸化処理方法。
(8) 炭酸化処理する対象の製鋼スラグが、JIS A5015に規定された道路用路盤材に相当する粒度範囲に粒度調整されたものである前記（７）に記載の製鋼スラグの炭酸化処理方法。

【0015】

本発明において、前記撹拌フルード数Ｆrは、下記の如く規定され、撹拌翼の枚数は考慮しないものとする。
撹拌フルード数Ｆr＝[遠心力]／[重力]＝（Ｄ×ｎ²）／ｇ
〔Ｄ：反応容器内径又は撹拌翼径(m)、ｎ：回転数(1/sec)、ｇ：重力加速度(9.8m/sec²)〕

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、製鋼スラグの炭酸化処理において、処理時間の遅延を防いで、効率的に製鋼スラグを炭酸化処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、ドラムミキサーを用いて製鋼スラグの炭酸化処理を行う様子を示す模式図である。

【図2】図２は、プロシェアミキサーを用いて製鋼スラグの炭酸化処理を行う様子を示す模式図である。

【図3】図３は、ロータリーキルンを用いて製鋼スラグの炭酸化処理を行う様子を示す模式図である。

【図4】図４は、炭酸化処理中の水分量を変えた炭酸化処理試験における撹拌フルード数Ｆrと炭酸化処理の完了までの処理時間との関係を示すグラフである。

【図5】図５は、炭酸化処理試験に用いた製鋼スラグＢ（原鉱）の粒度分布である。

【図6】図６は、実験例１の炭酸化試験での炭酸化処理の処理時間とアルカリ溶出水のｐＨとの関係を示すグラフである。

【図7】図７は、実験例１の炭酸化試験開始後６０分での各試験用製鋼スラグの粒度分布を測定した結果である。

【図8】図８は、実験例２の炭酸化試験での炭酸化処理の処理時間とアルカリ溶出水のｐＨとの関係を示すグラフである。

【図9】図９は、実験例２の炭酸化試験における含水率５．０質量％の試験用製鋼スラグの水分保有量の経時変化を示すグラフである。

【図10】図１０は、実験例２の炭酸化試験開始後６０分での各試験用製鋼スラグの粒度分布を測定した結果である。

【図11】図１１は、製鋼スラグが水を介して擬似粒子を形成し、造粒した様子を示す模式図である。

【図12】図１２は、炭酸化処理における製鋼スラグのf-CaO含有量と２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の割合との関係を示すグラフである。

【図13】図１３は、実験例３の炭酸化試験での炭酸化処理の処理時間とアルカリ溶出水のｐＨとの関係を示すグラフである。

【図14】図１４は、実験例３の炭酸化試験開始後６０分での各試験用製鋼スラグの粒度分布を測定した結果である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明について詳しく説明する。
〔攪拌装置について〕
先ず、機械撹拌を付与して製鋼スラグを炭酸化処理する手段としては、製鋼スラグを撹拌しながら二酸化炭素を含有したガス（CO₂含有ガス）を供給することができればよく、例えば、図１に示したようなドラムミキサー１や、図２に示したようなプロシェアミキサー11等のような公知の撹拌装置を用いることができる。

【0019】

すなわち、図１に示したドラムミキサー１では、蓋１bを有した円筒形の反応容器１a内に製鋼スラグＳを投入して、反応容器自体（ミキサー）を回転させて製鋼スラグＳを連続的に撹拌しながら、蓋１bに取り付けられたガス供給管２からＣＯ₂含有ガスを供給して、炭酸化処理する。反応に使用されなかったＣＯ₂含有ガスは、円筒形反応容器１aの底側の排気孔（図示外）から排気される。また、図２に示したプロシェアミキサー11は、円筒形の反応容器11aの内部に撹拌翼（プロペラ）３を備えたものであって、処理する製鋼スラグＳを反応容器（ミキサー）11aに投入すると共に撹拌翼３を収容して、ミキサーの蓋11bをして撹拌翼３の回転を開始する。ＣＯ₂含有ガスの流入、流出に関してはいくつか方法が考えられるが、例えば、撹拌翼３の軸部３aから所定流量を流入させ、炭酸化処理終了までその状態を維持する。炭酸化の反応に寄与しなかったＣＯ₂含有ガスは、軸部３aと蓋11bの隙間を通じて系外に放出される。

【0020】

先の図１に示したドラムミキサーについては、反応容器内面に鉄板等で撹拌翼を取り付けたり、図２に示したような撹拌翼を更に備えるようにすることもできる。また、反応容器を傾斜させたパンミキサーのような形態にて処理したり、図３に示したようなロータリーキルン21によって、スラグ投入口４から反応容器21a内に製鋼スラグを投入し、連続的に炭酸化処理して、生産性をより高めるようにすることもできる。一方、図２に示したプロシェアミキサー11については、撹拌翼の枚数を増やしたり、回転軸の複数個所に撹拌翼を設けたり、アイリッヒミキサーのようにして撹拌翼を反応容器の中心からずらした位置に取り付けるようにすることもできる。なお、特に制限はないが、ドラムミキサーやプロシェアミキサー等を使用する場合には、反応容器内で製鋼スラグが十分に流動できるように、その容積に対して５０％以下程度の占積率となるスラグ量で炭酸化するのが望ましい。

【0021】

これらのような装置を用いて機械撹拌を付与して製鋼スラグを炭酸化処理することで、常に新たな製鋼スラグをＣＯ₂含有ガスと接触させることができ、また、破壊効果によって製鋼スラグ内部への拡散が維持されることから、一般には、製鋼スラグの炭酸化が促進されると考えられてきた。

【0022】

すなわち、機械撹拌を行うドラムミキサーやプロシェアミキサーといったミキサーは、混練、混合、造粒等の目的で使用されることが多く、より高い撹拌効果を得るために、一般的には撹拌フルード数Ｆr＝１．０×１０^-4以上の撹拌条件で使用される。そのため、製鋼スラグの炭酸化処理においても、従来法では、これと同等乃至はそれより高い撹拌フルード数Ｆrが採用されている。例えば、先の特許文献３では、その実施例１に記載された撹拌条件を撹拌フルード数Ｆrに換算すると、Ｆr＝５．７×１０^-3の機械撹拌下で炭酸化が行われることになる（特許文献３の段落0022参照）。また、特許文献４については、その実施例では、反応容器の体積約１０ｍ³のコンクリートミキサーを使って２rpmの速度で回転させて炭酸化処理している。これを反応容器の体積８．９ｍ³の通常サイズのミキサー車だとすれば、反応容器の最大径は２．１ｍであることから撹拌フルード数Ｆrは２．３×１０^-4になる（特許文献４の段落0096、0102参照）。

【0023】

ところが、本発明者らが詳しく検証したところ、製鋼スラグの炭酸化処理においては、単に撹拌強度を高めることが処理時間の短縮につながるわけではなく最終的に効果が飽和するばかりか、撹拌強度を高めることがかえって炭酸化処理の時間を遅らせてしまうことがあるという事実を突き止めた。すなわち、機械撹拌を付与して製鋼スラグを炭酸化する際の処理に要する時間と撹拌フルード数Ｆrとの関係について、以下のような炭酸化処理試験を行ったところ、図４に示したとおり、炭酸化処理中の水分量が高い場合には撹拌フルード数Ｆrを大きくするとかえって炭酸化処理の時間が長時間化することが判明した。

【0024】

〔炭酸化処理試験（１）：炭酸化処理における製鋼スラグの水分量と、撹拌強度と、処理時間との関係〕
この炭酸化処理試験（１）においては、含水率が３質量％、同４質量％、同５質量％、及び同６質量％の４水準の製鋼スラグを用意し、先の図１に示したようなドラムミキサー（円筒形反応容器の内径φ＝0.6m、長さＬ＝0.6m）を用いて、６０ｋｇの製鋼スラグを投入し、ＣＯ₂濃度が１００％の乾燥した純ＣＯ₂ガス（湿度0％）を０．２L/min/kg-slagの流量で供給しながら、回転数ｎを調整して（約0.1〜25rpmの範囲）、各水準の製鋼スラグをそれぞれ所定の撹拌フルード数で機械撹拌した。そして、この炭酸化処理の過程で、定期的にそれまでの炭酸化処理がなされた製鋼スラグ（処理済スラグ）を取り出し、この処理済スラグから溶出されるアルカリ溶出水のｐＨを測定し、アルカリ溶出水がｐＨ＜１０となった時間を炭酸化完了時間（hour）としてプロットした。結果を図４に示す。
なお、アルカリ溶出水のｐＨ測定については、土懸濁液のｐＨ試験方法（地盤工学会基準：JGS0211-200）を参考にし、スラグ７０gと水２１０g（液固比L/S=3）を混合し、３０秒間撹拌した後、１４分３０秒静置した試料についてガラス電極式ｐＨ計を用いて行った。

【0025】

ここで、上記の炭酸化処理試験（１）において上記の如き含水率を有する製鋼スラグを用いたのは、一般に、製鋼スラグは、遊離ＣaＯによる膨張性を抑えるために、数ヶ月間大気中に暴露する大気エージングや水蒸気に数日暴露する蒸気エージング等のエージング処理が施され、平均的に６〜８質量％程度の水分を保有することになるが、その後は、通常、ヤードにて山積み保管され、夏場の日照り時等には乾燥によって水分が低下することもあるからであり（製鋼スラグの含水率は、水分の蒸発と吸着が平衡状態になる平衡水分量0.5質量％が実測下限である。）、このような一般的な製鋼スラグの状態をして所定の水分を保有した製鋼スラグを乾燥処理して調製したものである。
なお、上記の炭酸化処理試験（１）中はドラムミキサーに蓋をして水分量を維持し、また、試験中に外部からの水分添加を行わなかったので、用意した製鋼スラグの含水率を炭酸化処理中の水分量とみなすことができる。また、この含水率（水分量）とは、製鋼スラグ(dry)と水分の合計における水分の質量分率であり、例えば水分量６質量％は製鋼スラグ９４g(dry)に対して水が６g存在する状態を意味する。

【0026】

そして、図４に示した炭酸化処理試験（１）の結果から明らかなように、撹拌強度が高い領域〔１．０×１０^-4＜Ｆr≦１．０×１０^-2（ドラムミキサーの回転数ｎ＝2.5〜25rpm）〕では、含水率３質量％の製鋼スラグはその炭酸化処理の処理時間が短縮される傾向を示すものの、含水率４質量％の製鋼スラグの場合には僅かではあるが処理時間に遅れが見られ、５質量％及び６質量％の場合には、炭酸化処理の完了までの時間がかえって長時間化している。一方で、撹拌強度が従来考えられていた撹拌強度より低い領域〔１．０×１０^-6≦Ｆr１．０×１０^-4（ドラムミキサーの回転数ｎ＝0.25〜2.5rpm）〕では、炭酸化処理の完了までにさほどの時間を必要とせず、製鋼スラグの含水率によらずにほぼ同じ時間で炭酸化処理を完了させることができる。

【0027】

ここで、図４に示されるように、製鋼スラグの含水率が４質量％を超える場合に炭酸化処理が完了するまでの処理時間が長時間化する理由について、上述したように、本発明者らは、製鋼スラグが炭酸化処理の過程で造粒されて疑似粒子（造粒物）を形成することに起因するものと考えている。
すなわち、炭酸化処理の際に、処理対象の製鋼スラグに含まれる遊離ＣaＯ及び／又はＣa(ＯＨ)₂〔水可溶性Ｃa分(f-CaO)〕の含有量(f-CaO含有量)がある一定量を超え、また、水分量が多い場合には、水可溶性Ｃa分が漆喰の場合と同様に固結材として働き、製鋼スラグを機械撹拌した際に、図１１に示すように、水を介してスラグ粒子が造粒されて擬似粒子を形成し、このような造粒物の状態になると、その表層のスラグは炭酸化されるものの、造粒物の内部にはＣＯ₂含有ガスが浸入できず、或いは侵入し難くなり、機械撹拌による破壊効果で造粒物の表面に亀裂が入りその内部まで炭酸化が進行し易くなる効果よりも、造粒物内部のスラグが炭酸化され難くなる影響の方が大きく、結果として炭酸化処理に余計な時間が掛かってしまい、炭酸化処理が完了するまでの処理時間が長くなる。

【0028】

図５には、この炭酸化処理試験（１）において含水率を調整する前の原鉱の製鋼スラグＢ（元来約７質量％の水分を保有し、下記、実験例２でも使用。）の粒度分布が示されている。なお、この図５には、原鉱の製鋼スラグＢを絶乾状態（含水率0質量％）に乾燥させた場合の粒度分布を併せて示しているが、水分調整によってスラグの粒度分布にほとんど変化は見られなかった。
また、下記表１には、この原鉱の製鋼スラグＢについてのJIS Z8801-1に規定の目開き２．３６ｍｍふるいの篩下のスラグ粒（2.36mm篩下スラグ粒）の質量分率(T₁)と、製鋼スラグＢの含水率を４．０質量％に調整して得られた含水率調整スラグをＦr＝１．０×１０^-2の撹拌条件で炭酸化処理をして得られた処理済スラグの２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率(T₂)と、原鉱の製鋼スラグＢの含水率を５．０質量％に調整してられた含水率調整スラグを同じＦrで炭酸化処理をして得られた処理済スラグの２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率(T₂)とが示されている。この表１から分かるように、含水率が４．０質量％の含水率調整スラグでは、２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率(T₂)は原鉱のものと変化がない（減少割合:[(T₁-T₂)/T₁]×100:0％）のに対し、含水率が５．０質量％の含水率調整スラグでは、２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率(T₂)は原鉱のものより３２％（減少割合:32％）も低下していた。つまり、製鋼スラグＢと処理済スラグとの間の炭酸化処理前後において細粒分の割合が減少しており、造粒が生じたと考えられる。なお、造粒の有無を２．３６ｍｍ篩下スラグ粒で評価したのは、JIS A5015に規定される道路用路盤材の製鋼スラグのなかで最も汎用される呼び名CS-20、CS-30、CS-40の粒度範囲で最小の篩目が２．３６ｍｍであるためである。

【0029】

【表1】

【0030】

〔炭酸化処理試験（２）：炭酸化処理における製鋼スラグのｆ−ＣａＯ含有量と２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の割合との関係〕
表２に示す組成及び水分量を有する製鋼スラグＡ〔JIS A5015道路用路盤材:CS-30(粒度範囲30〜0mm)〕、製鋼スラグＢ〔JIS A5015道路用路盤材:CS-30(粒度範囲30〜0mm)〕、及び製鋼スラグＣ〔JIS A5015道路用路盤材:CS-30(粒度範囲30〜0mm)〕について、各製鋼スラグＡ、Ｂ及びＣの２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率(T₁)と、強撹拌領域Ｆr＝１．０×１０^-2の撹拌条件で炭酸化処理を完了して得られた処理済スラグの２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率(T₂)とを上記と同様にして測定し、製鋼スラグＡ、Ｂ及びＣとこれら製鋼スラグＡ、Ｂ及びＣを炭酸化処理して得られた各処理済スラグとの間における２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率の減少割合([(T₁-T₂)/T₁]×100：％)を調べた。結果を表２に示す。

【0031】

【表2】

【0032】

造粒が進行すると微粉分が造粒の進行に伴って減少する。従って、表２に示すように、炭酸化後のスラグ（処理済みスラグ）について２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の割合を算出した。強撹拌領域Ｆr＝１．０×１０^-2で炭酸化処理を行った場合、ｆ−ＣａＯ量の増加に伴って処理後の２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率の減少割合(％)が増加する、つまり造粒が進行していく傾向にある。従って、この２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の炭酸化処理後／処理前の割合と炭酸化処理における製鋼スラグのｆ−ＣａＯ含有量（f-CaO含有量：製鋼スラグA=2.10質量%、同B=6.20質量%、同C=0.20質量%）との関係を求めた。

【0033】

その結果、図１２にグラフを示すような２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の炭酸化処理後／処理前の割合ｙ（処理後の2.36mm篩下スラグ粒の残存割合：％）と製鋼スラグ中の水可溶性Ｃa分の含有量ｘ〔f-CaO含有量(質量％)〕との間にｙ＝１３．４ｘ^-1.28(0.21＜x)；ｙ＝１００(0.21≧x)の相関関係が得られた。また、本発明において、２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の炭酸化処理後／処理前の割合ｙ≦７０となる場合に造粒が進行したと考え、ｙ＝１３．４ｘ^-1.28(0.21＜x)；ｙ＝１００(0.21≧x)の相関関係より、強撹拌領域Ｆr＝１．０×１０^-2で炭酸化処理を行った場合に造粒が進行する製鋼スラグ中の水可溶性Ｃa分の含有量ｘを算出するとｘ≧０．２８となった。すなわち製鋼スラグに含まれる水可溶性Ｃa分の含有量(f-CaO含有量)が０．２８質量％以上である場合、強撹拌領域Ｆr＝１．０×１０^-2で炭酸化処理を行うと造粒が進行し、結果として炭酸化の進行が遅くなってしまう。なお、２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の炭酸化処理後／処理前の割合ｙ≦７０の際に造粒が進行したと考える理由としては、後述の実験例２で造粒が進行し、溶出水ｐＨの低下が遅れる傾向にあった水分量５質量％の水準で２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の減少割合([(T₁-T₂)/T₁]×100：％)が３２％であったことによる。また、この図１２の相関関係から読み取ったｘ：ｆ−ＣａＯ含有量(質量％)とｙ：処理後の２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の残存割合（％）の関係は表３に示したとおりである。

【0034】

【表3】

【0035】

以上のような知見のもと、本発明では、機械的手段での撹拌下に行う製鋼スラグの炭酸化処理において、２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の炭酸化処理前後の減少割合〔[(T₁-T₂)/T₁]×100〕が３０％未満となるようにする。これを満足させる具体的な方法としては、次のような第１の実施形態に係る発明と第２の実施形態に係る発明とが挙げられる。

【0036】

〔第１の実施形態〕
先ず、第１の実施形態としては、その機械撹拌を撹拌フルード数Ｆrが１．０×１０^-6≦Ｆr≦１．０×１０^-4となる撹拌条件で行うものであり、このような撹拌条件で炭酸化処理を行うことにより、製鋼スラグ中の水可溶性Ｃa分の含有量〔f-CaO含有量(質量％)〕に関係なく、また、製鋼スラグ中の水分量に関係なく、炭酸化処理前後の減少割合〔[(T₁-T₂)/T₁]×100〕を３０％未満にしながら炭酸化処理中の造粒を抑制して（造粒抑制効果）、炭酸化処理を効率良く実施することができる。この撹拌フルード数Ｆrの撹拌条件で炭酸化を行うことで、上述した強撹拌領域Ｆr＝１．０×１０^-2で炭酸化処理を行った場合に造粒が進行し炭酸化の進行が遅くなってしまう製鋼スラグ中の水可溶性Ｃa分の含有量ｘ≧０．２８(質量％)においても特に造粒は進行せず、炭酸化時間は遅くならない。そのため、ｘ≧０．２８(質量％)の場合にその造粒抑制効果が顕著に発揮される。

【0037】

ところで、この第１の実施形態の発明において、製鋼スラグの含水率が４質量％未満の場合には、上記範囲より高い撹拌フルード数Ｆrにより炭酸化をより速く完了させることができるが、元来、製鋼スラグはそれよりも多い水分を保有することがあり、その場合に事前に乾燥する等して水分を調整するには別途の処理や装置が必要になってしまう。また、保管環境等によって保有する水分が増減し、事実上その量を管理し得ない製鋼スラグを一度に多量処理する炭酸化処理において、事前に全ての水分を把握することは現実的ではない。そのため、撹拌フルード数Ｆrを従来法より低くして、スラグの造粒を抑えて炭酸化を完了させることは、多少の撹拌効果を犠牲にしても、結果的に工業生産性良く製鋼スラグの炭酸化処理を行うことになる。

【0038】

ただし、撹拌フルード数Ｆrを下げ過ぎると撹拌効果そのものが十分に得られないことから、上記範囲の撹拌フルード数Ｆrで機械撹拌を行うようにする。また、炭酸化処理の完了までの処理時間とのバランスを考慮すると、この第１の実施形態における炭酸化処理の機械撹拌は、好ましくは撹拌フルード数Ｆrが１．０×１０^-6≦Ｆr≦１．０×１０^-5となる撹拌条件で行うのがよく、最も好ましくはＦr＝１．０×１０^-5付近で行うのがよい。ちなみに、生産性の高い連続処理が可能なロータリーキルンを撹拌装置として使用する場合には、撹拌フルード数Ｆrが小さい方がロータリーキルンの機長を短くできるメリットもある。例えば、処理能力２５t/時、キルン直径２．８ｍ（この直径が陸路輸送の限界）の水平キルンを想定してVahlの式〔（社）日本粉体工業技術協会、プロセス用キルン、p65-68〕で機長を計算すると、Ｆr＝１．０×１０^-2の場合（10.6rpm）には、炭酸化処理完了までの処理時間を１時間として約５０ｍの機長を有するロータリーキルンが必要になるが、これに対してＦr＝１．０×１０^-5の場合（0.4rpm）には、炭酸化完了時間を２時間とすれば機長は約１７ｍに短縮することができる。

【0039】

また、この第１の実施形態においては、エージング処理後にヤードで山積み保管された製鋼スラグについて、蓋を有したドラムミキサー等の閉鎖系の撹拌装置を用いて、特に外部から水分を添加せずに、エージング処理後の製鋼スラグが保有する水分を利用して炭酸化処理することができる。ヤードに保管された製鋼スラグは、周辺環境や季節、保管期間等によってスラグ自身が保有する水分（含水率）が様々であることから、上記撹拌フルード数Ｆrの範囲で機械撹拌することで、製鋼スラグの含水率の変動に影響されずに造粒を抑制して、効率的に製鋼スラグを炭酸化処理することができる。なかでも、含水率が５質量％以上８質量％以下の製鋼スラグ、好ましくは含水率が５質量％以上６質量％以下の製鋼スラグをそのまま炭酸化処理する場合に好適である。なお、本発明では、この第１の実施形態や下記第２の実施形態を含めて、炭酸化処理中に外部から水を添加することを排除しておらず、仮に炭酸化処理中に乾燥が進行してしまう場合には、勿論、炭酸化処理中に水分を添加して所定の水分量を維持するようにしてもよい。

【0040】

〔第２の実施形態〕
また、第２の実施形態としては、ｉ）炭酸化処理中の水分量を４質量％以下にするか、又は、ii）炭酸化処理する対象の製鋼スラグに含まれる水可溶性Ｃa分(f-CaO)の含有量(f-CaO含有量)が０．２８質量％未満であれば、機械攪拌を攪拌フルード数Ｆrが１．０×１０^-4＜Ｆrの攪拌条件で行うものであり、このような炭酸化処理によっても炭酸化処理前後の減少割合〔[(T₁-T₂)/T₁]×100〕を３０％未満にしながら炭酸化処理中の造粒を抑制して（造粒抑制効果）、炭酸化処理を効率良く実施することができる。

【0041】

このうち、炭酸化処理中の水分量に係るｉ）の条件は、先の炭酸化処理試験（１）の結果や下記実験例２の結果をもとにするものであり、製鋼スラグのｆ−ＣａＯ含有量に係るii）の条件は、先の炭酸化処理試験（２）の結果や下記実験例３の結果をもとにするものである。すなわち、ｉ）炭酸化処理中の水分量が４質量％以下、好ましくは３質量％以下であれば、図４や、図８の炭酸化時間とｐＨの関係からも分かるように、製鋼スラグのｆ−ＣａＯ含有量が１０質量％といった高い値であっても炭酸化処理での造粒を抑制することができ、また、ii）製鋼スラグのｆ−ＣａＯ含有量が０．２８質量％未満であれば、先の炭酸化処理試験（２）における製鋼スラグＣの結果からも分かるように、含水率（水分量）が９．４質量％といった室温での飽和状態に近い値であっても炭酸化処理での造粒を抑制することができる。なお、この第２の実施形態における機械的攪拌手段の攪拌フルード数Ｆrの実質的な上限値は、臨界回転数をNcrとすれば、Ncr＝３０／(D/2)^1/2(rpm)であることを考慮すると、Ｆr＝Ｄ(Ncr／６０)²／ｇで計算される値となる〔Ｄ：反応容器内径又は撹拌翼径(m)、ｇ：重力加速度(9.8m/sec²)〕。

【0042】

本発明においてＣＯ₂含有ガスは、上記のような第１及び第２の実施形態を含めて、常に一定流量を流し続ける連続式の供給であってもよく、或いは、ドラムミキサー等の密閉された反応容器内のＣＯ₂含有ガスを圧力制御して減少分を逐一供給する、圧力制御式で供給してもよい。連続式の場合には、例えば、供給量の目安として、スラグ１ｋｇ当たり、二酸化炭素を含有するガスを０．２L/min以上で供給するのが望ましい。圧力制御式の場合には、例えば、反応容器内を０．０５MPaG程度の圧力にして、常にＣＯ₂濃度が高い状態を維持するのが望ましい。

【0043】

このＣＯ₂含有ガスとしては、排ガスのようなＣＯ₂濃度が数％程度の低濃度のものを用いることもできるが、効果的に炭酸化を行うためには、できる限りＣＯ₂濃度の高いものを使用するのが望ましい。更には、ＣＯ₂含有ガスの相対湿度によって炭酸化処理中の水分量を調整することも可能であるが、蓋を有したドラムミキサー等のような密閉された反応容器を用いて、エージング処理後の製鋼スラグをそのまま処理するような場合には、水分を含まない乾燥したＣＯ₂含有ガスを用いるのが好適である。

【0044】

また、本発明においては、炭酸化処理を０〜８０℃の温度で行うのが望ましい。０℃未満になるとスラグ中の水分が凍ってしまうことから反応が進まなくなる。一方で、８０℃を超えると水分の蒸発によってスラグが乾燥してしまう。そのため、炭酸化処理の雰囲気が８０℃を超えるような場合には、乾燥で失われた水分と同じ量の水分を加水しながら炭酸化を行うようにするのが望ましい。なお、処理対象の製鋼スラグの含水率を事前に把握している場合には、水分計で炭酸化処理中の雰囲気を計測し、必要に応じて水分を添加する等して水分量を制御することができる。

【0045】

一方、処理対象の製鋼スラグについては、天然砕石や骨材の代替品等に利用すること等を考慮すると、０〜５０ｍｍの範囲で粒度分布を有するものであるのがよい。なかでも微粉が少ない方が望ましく、１ｍｍ以下の微粉が質量分率で２０質量％以下であるのがよい。特に本発明においては、炭酸化処理における造粒が抑えられることから、例えば、JIS A5015道路用路盤材であるCS-40(粒度範囲40〜0mm)、CS-30(粒度範囲30〜0mm)、CS-20(粒度範囲20〜0mm)等に相当する粒度に粒度調整された製鋼スラグを炭酸化処理することで、その後の利用に有利である。

【実施例】

【0046】

以下、各実験例に基づき本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の内容に制限されるものではない。

【0047】

（実験例１）
表２に示す組成を有する製鋼スラグＡを原鉱として、以下の条件で機械撹拌しながら炭酸化試験を行った。この原鉱の製鋼スラグＡは、エージング処理が施されており、ヤード保管時に約６質量％の水分を保有していたため、天日により乾燥させる水分調整を行って、含水率３．０質量％、同４．４質量％、同５．４質量％、及び同６．０質量％の４水準の試験用製鋼スラグを用意した。なお、製鋼スラグの含水率は水分調整したスラグから約１５０gを採取し、１１０℃の乾燥炉で乾燥させて前後の質量差を比較することにより求めた。

【0048】

上記で準備した各含水率の試験用製鋼スラグについて、内径φ＝０．５６ｍ、長さＬ＝０．８ｍの円筒形反応容器を有して内部に撹拌翼を備えたドラムミキサーにスラグ量１２０ｋｇで投入して蓋をし(占積率40％)、蓋に取り付けられたガス供給管からＣＯ₂濃度が１００体積％の乾燥した純ＣＯ₂ガス（湿度0％）を０．２L/min/kg-slagの流量で供給して、ドラムミキサーの回転数を０．５rpmで機械撹拌しながら、各水準の試験用製鋼スラグについてそれぞれ炭酸化試験を行った。すなわち、この機械撹拌は、先の式に従えば、撹拌フルード数Ｆr＝４．０×１０^-6に相当する。なお、炭酸化に使われなかった純ＣＯ₂ガスは、円筒形反応容器の底側の排気孔から排気した。また、撹拌翼については高さ１０ｃｍのものを４枚、均等に円筒形反応容器の内面に配置したが、本実験例では占積率が４０％と大きかったことから、スラグ中に埋もれてしまうため、スラグの撹拌にほとんど影響を与えなかった。

【0049】

そして、上記で準備した各含水率の試験用製鋼スラグについて、炭酸化試験の開始時（０分）の各試験用製鋼スラグと、炭酸化試験の開始後１５分、同３０分、同４５分、同６０分、及び同９０分の時点でドラムミキサー内から採取した処理済スラグとについて、スラグから溶出されるアルカリ溶出水のｐＨを先の炭酸化処理試験（１）と同様にして測定した（但し、含水率４．４質量％の製鋼スラグについては開始後８０分の時点でも実施し、また、含水率６．０質量％の試験用製鋼スラグについては試験開始時、及び開始後６０分の場合のみ実施した。）。結果を図６にまとめて示す。なお、この炭酸化試験は蓋をした閉鎖系での反応であって、系外に排出されるガス量も僅かであり、しかもスラグの炭酸化中の温度はおよそ３０℃であったことから、各水準の試験用製鋼スラグの実験終了後の含水率の変化は殆どなかった。また、炭酸化試験中に外部からの水分添加は行わなかったことから、用意した試験用製鋼スラグの含水率が炭酸化処理中の水分量であるとみなすことができる。

【0050】

炭酸化処理の処理時間とアルカリ溶出水のｐＨとの関係については、製鋼スラグ中の水可溶性Ｃa分である遊離ＣaＯやＣa(ＯＨ)₂が炭酸化によって消費されるにつれて溶出水ｐＨが低下することから、このｐＨ推移を調べることで炭酸化の進行度合いを評価することができる。すなわち、図６に示した結果から明らかなように、いずれの含水率の試験用製鋼スラグの場合でも処理済スラグからのスラグ溶出水のｐＨがほぼ同様に低下しており、１時間の炭酸化によりｐＨが１０未満に下がることが分かる。すなわち、撹拌フルード数Ｆr＝４．０×１０^-6の機械撹拌によれば、製鋼スラグの含水率が比較的高い場合でも、含水率が低い場合と同じように炭酸化処理を行うことができることが確認された。

【0051】

また、上記の水分量４水準の試験用製鋼スラグについて、炭酸化試験を開始して６０分後に得られた処理済スラグについて、それぞれの粒度分布を測定した。結果は図７に示したとおりであり、原鉱の製鋼スラグＡの粒度分布とほとんど変わりはなかった。表４には、これら各処理済スラグについて、JIS Z8801-1に規定の目開き２．３６ｍｍふるいの篩下スラグ粒(2.36mm篩下スラグ粒)の質量分率(T₂)を示しているが、いずれの含水率の製鋼スラグにおいても原鉱の製鋼スラグにおける２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率(T₁)に比べて、２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率減少割合([(T₁-T₂)/T₁]×100：％)が２０％以下であり、造粒が抑えられていることが分かる。

【0052】

【表4】

【0053】

（実験例２）
表２に示す組成を有する製鋼スラグＢを原鉱として、以下の条件で機械撹拌しながら炭酸化試験を行った。この原鉱の製鋼スラグＢは、実験例１の製鋼スラグＡと同様、エージング処理が施されており、ヤード保管時に約７質量％の水分を保有していたため、天日により乾燥させる水分調整を行って、含水率２．５質量％、同４．０質量％、同５．０質量％、同６．３質量％、及び同７．０質量％の５水準の試験用製鋼スラグを用意した。なお、これら試験用製鋼スラグの含水率は実験例１と同様にして求めたものである。

【0054】

上記で準備した各含水率の試験用製鋼スラグについて、内径φ＝０．６ｍ、長さＬ＝０．６ｍの円筒形反応容器を有して内部に撹拌翼を備えたドラムミキサーにスラグ量６０ｋｇで投入して蓋をし（占積率40％）、蓋に取り付けられたガス供給管からＣＯ₂濃度が１００％の乾燥した純ＣＯ₂ガス（湿度0％）を０．２L/min/kg-slagの流量で供給して、ドラムミキサーの回転数を２３rpmで機械撹拌しながら、各水準の試験用製鋼スラグについてそれぞれ炭酸化試験を行った。この機械撹拌は、先の式に従って、撹拌フルード数Ｆr＝９．０×１０^-3と計算される。なお、炭酸化に使われなかった純ＣＯ₂ガスは、実験例１と同様に円筒形反応容器の底側の排気孔から排気した。

【0055】

そして、上記で準備した各含水率の試験用製鋼スラグについて、炭酸化試験の開始時（０分）の各試験用製鋼スラグと、炭酸化試験の開始後１５分、同３０分、同６０分、及び同９０分の時点でドラムミキサー内から採取した処理済スラグとについて、スラグから溶出されるスラグ溶出水のｐＨを測定した（但し、含水率6.3質量％及び同7.0質量％のスラグについては開始後120分についても実施し、開始後15分の時点の測定は行わなかった）。結果を図８にまとめて示す。なお、この実験例２に係る炭酸化試験においても実験例１と同様の閉鎖系での反応であり、炭酸化試験中に外部からの水分添加は行わなかったことから、用意した試験用製鋼スラグの含水率が炭酸化処理中の水分量であるとみなすことができる。このうち、図９には、含水率５．０質量％の試験用製鋼スラグが試験中に保有した水分変化量を示しているが、初期水分量５．０質量％に対して、９０分の炭酸化処理後の水分量は４．８質量％であり、炭酸化反応によって水分はほとんど消費されていないことが分かる。また、アルカリ溶出水のｐＨ測定については、先の炭酸化処理試験（１）と同様にして行った。

【0056】

図８に示した結果から明らかなように、含水率が２．５質量％及び４．０質量％の試験用製鋼スラグについては、溶出水のｐＨがほぼ等しく低下しているが、含水率５．０質量％以上、なかでも６．３質量％及び７．０質量％の試験用製鋼スラグでは、溶出水のｐＨ低下が遅れる傾向にあることが分かる。また、図１０には、炭酸化試験を開始して６０分後の試験用製鋼スラグの粒度分布が示されており、含水率が２．５質量％及び４．０質量％の場合には、原鉱の製鋼スラグＢの粒度分布とほとんど差はないのに対し、含水率５．０質量％以上の場合には原鉱スラグと比較してスラグ粒子が粗くなる傾向の粒度分布を示した。表５には、これらの試験用製鋼スラグについて、JIS Z8801-1に規定の目開き２．３６ｍｍふるいの篩下の質量分率を示しているが、含水率が５．０質量％以上の試験用製鋼スラグでは、炭酸化処理後に粒径２．３６ｍｍ以下のスラグの質量分率が原鉱の場合の７０％未満まで低下しており、造粒が生じたと考えられる。

【0057】

【表5】

【0058】

（実験例３）
表２に示す組成を有する製鋼スラグＣ（f-CaO含有量：0.20質量%）を原鉱として、以下の条件で機械撹拌しながら炭酸化試験を行った。この原鉱の製鋼スラグＣは、実験例１の製鋼スラグＡと同様、エージング処理が施されており、ヤード保管時に約４〜６質量％の水分を保有していたため、天日により乾燥させる水分調整を行って、含水率２．１質量％、同４．６質量％、及び同９．４質量％の３水準の試験用製鋼スラグを用意した。なお、製鋼スラグの含水率は実験例１と同様にして求めたものである。

【0059】

上記で準備した各含水率の試験用製鋼スラグについて、内径φ＝０．６ｍ、長さＬ＝０．６ｍの円筒形反応容器を有して内部に撹拌翼を備えたドラムミキサーにスラグ量６０ｋｇで投入して蓋をし（占積率23%）、蓋に取り付けられたガス供給管からＣＯ₂濃度が１００％の乾燥した純ＣＯ₂ガス（湿度0%）を０．２L/min/kg-slagの流量で供給して、ドラムミキサーの回転数を２３rpmで機械撹拌しながら、各水準の試験用製鋼スラグについてそれぞれ炭酸化試験を行った。この機械撹拌は、先の式に従って、撹拌フルード数Ｆr＝９．０×１０^-3と計算される。なお、炭酸化に使われなかった純ＣＯ₂ガスは、実験例１と同様に円筒形反応容器の底側の排気孔から排気した。

【0060】

そして、上記で準備した各含水率の試験用製鋼スラグについて、炭酸化試験の開始時（０分）、開始後１５分、同３０分、及び同６０分の時点でドラムミキサー内のスラグを一部取り出して、スラグから溶出される溶出水のｐＨを測定した。このような炭酸化試験を３水準の試験用製鋼スラグに対して行い、結果を図１３にまとめて示す。なお、この実験例３に係る炭酸化試験においても実験例１と同様の閉鎖系での反応であり、炭酸化試験中に外部からの水分添加は行わなかったことから、用意した試験用製鋼スラグの含水率が炭酸化処理中の水分量であるとみなすことができる。また、アルカリ溶出水のｐＨ測定については、先の炭酸化処理試験（１）と同様にして行った。

【0061】

図１３に示した結果から明らかなように、炭酸化試験の開始時から開始後６０分の時点まで、これら水分量３水準の試験用製鋼スラグの間にｐＨ値の顕著な差は認められなかった。

【0062】

また、図１４には、上記の３水準の試験用製鋼スラグについて、炭酸化試験を開始して６０分後に得られた各処理済スラグについて、それぞれの粒度分布を測定し、原鉱の製鋼スラグＣ（原料スラグ）の粒度分布と比較した。図１４に示した結果から分かるように、いずれも原鉱の製鋼スラグＣの粒度分布とほとんど変わりはなかった。表６には、これらの試験用製鋼スラグを用いた炭酸化処理で得られた各処理済スラグについて、JIS Z8801-1に規定の目開き２．３６ｍｍふるいの篩下スラグ粒の質量分率(T₂)を示しているが、いずれの含水率の製鋼スラグにおいても原鉱の製鋼スラグにおける２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率(T₁)に比べて、処理済スラグの２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率(T₂)のほうが多く、２.３６ｍｍ篩下スラグ粒の質量分率は増加していることが確認でき、造粒による微粉の減少はない。これは、機械攪拌によりスラグが破砕・摩耗して微粉分が増加する効果のほうが、造粒による微粉の減少より影響が大きいためと考えられる。

【0063】

【表6】

【0064】

以上のような実験例１〜３の結果から分かるように、機械的手段での攪拌フルード数Ｆrを１．０×１０^-6≦Ｆr≦１．０×１０^-4にして撹拌する（第１の実施形態）か、或いは、炭酸化処理中の水分量が４質量％以下、又は、炭酸化処理する対象の製鋼スラグに含まれる水可溶性Ｃa分(f-CaO)の含有量が０．２８質量％未満の条件下で、機械的手段での攪拌フルード数Ｆrを１．０×１０^-4＜Ｆrにして攪拌する（第２の実施形態）ことで、２．３６ｍｍ篩下スラグ粒の炭酸化処理前後の減少割合〔[(T₁-T₂)/T₁]×100〕が３０％未満となるように造粒を抑制して製鋼スラグを炭酸化処理することができる。

【0065】

特に、第１の実施形態に係る発明によれば、処理対象の製鋼スラグの水可溶性Ｃa分の含有量(f-CaO含有量)及び含水率によらずに同程度の時間で炭酸化処理を完了させることができることから、炭酸化処理が不十分なまま処理を終了してしまったり、むやみに長時間の処理を行うようなことがなくなり、効率的に製鋼スラグを炭酸化処理することができる。そして、本発明の炭酸化処理においては、処理中における製鋼スラグの造粒が抑制されることから、炭酸化処理する対象の製鋼スラグを例えば道路用路盤材に相当する粒度に粒度調整しておけば、炭酸化処理して得られた処理済スラグを路盤材用途としてそのまま出荷することもできる。

【符号の説明】

【0066】

１…ドラムミキサー、11…プロシェアミキサー、21…ロータリーキルン、1a、11a、21a…反応容器、1b、11b、21b…蓋、２…ガス供給管、３…撹拌翼、４…スラグ投入口。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】