JP2005061863A - 製鋼スラグの水和度評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製鉄プロセスにおいて大量に発生するスラグを成型体として利用する技術において、成型前のスラグ中のカルシウムおよび／またはマグネシウムの水和度を評価し、成型後の水和に伴う成型体の亀裂発生、粉化、破壊を抑制するための評価技術を提供する。
【解決手段】カルシウム及び／またはマグネシウムを含有する製鋼スラグを粉砕・微粉化した試料の水和処理前後の赤外線吸収スペクトルをそれぞれ測定し、水酸化カルシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積、及び／または水酸化マグネシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積に基づいて、試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量を推定し、前記水和処理前後の試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量のそれぞれの差を製鋼スラグの水和度として評価する方法。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄プロセスにおいて大量に発生するスラグを骨材体として利用する技術において、水和に伴う成型体の亀裂発生、粉化、破壊を抑制するための評価技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼生産の副生物であるスラグはその発生工程により高炉スラグと製鋼スラグの２つに大別される。
【０００３】
製鋼スラグは溶銑予備処理やその他の製鋼工程で生じるスラグの総称であり、高炉スラグに比べてスラグのＣａＯ含有量が多く、Ｆｅ酸化物を多く含むといった特徴を持っている。製鋼スラグには次式（１）に示される水和反応によって水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）_２を生成する酸化カルシウムｆｒｅｅ−ＣａＯを多量に含有すると言われている。
【０００４】
【化１】

【０００５】
ｆｒｅｅ−ＣａＯは、水和してＣａ（ＯＨ）_２となる時に体積が約２倍になる。従って、ｆｒｅｅ−ＣａＯを多量に含むスラグを、路盤材等に使用した場合には、水和反応による膨張のため、路盤に凹凸や亀裂を生じて車両の走行に支障が生じるなどの問題が生じる。また、特許文献１には、溶融スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）を０．７以上、１．２以下の範囲に規制すると共に、酸化マグネシウム ＭｇＯの含有量が３０ｗｔ％以上となるようにマグネシア含有原料を添加することからなるクロム鉱石の溶融還元方法が提案されている。この組成のスラグには、次式（２）に示される水和反応によって水酸化マグネシウムＭｇ（ＯＨ）_２を生成する酸化マグネシウムｆｒｅｅ−ＭｇＯを多量に含有されていると考えられ、耐火物の損耗を低減するには効果があるが、ｆｒｅｅ−ＣａＯと同様、ｆｒｅｅ−ＭｇＯも水和してＭｇ（ＯＨ）_２となる時に体積が約２倍に膨張するため、路盤に凹凸や亀裂を生じて車両の走行に支障が生じるなどの問題が生じる。
【０００６】
【化２】

【０００７】
このため、道路用製鋼スラグの物性として非特許文献１では、水浸膨張率を１．５％以下に制限しており、この規格を満足させることが重要である。
【０００８】
従来、製鋼スラグの膨張の原因となるｆｒｅｅ−ＣａＯやｆｒｅｅ−ＭｇＯを低減する方法として、次のような方法が知られている。
【０００９】
（ａ） 自然エージング処理方法
この処理は、所定粒度に破砕した製鋼スラグを、山積みし、大気中の水分、雨水等によって（１）式の水和反応を行わせることにより、ｆｒｅｅ−ＣａＯをＣａ（ＯＨ）_２、ｆｒｅｅ−ＭｇＯをＭｇ（ＯＨ）_２として安定化する方法である。
【００１０】
（ｂ） 水蒸気エージング処理方法
この処理は、特許文献２に記載されているように、所定粒度に破砕した製鋼スラグを、山積みし、高温度で蒸気を吹き込み、大気中で４８時間以上暴露することにより、ｆｒｅｅ−ＣａＯをＣａ（ＯＨ）_２、ｆｒｅｅ−ＭｇＯをＭｇ（ＯＨ）_２として安定化する方法である。
【００１１】
（ｃ） 温水エージング処理方法
この処理は、特許文献３に記載されているように、所定粒度に破砕した製鋼スラグを、温水に浸漬することにより、ｆｒｅｅ−ＣａＯをＣａ（ＯＨ）_２、ｆｒｅｅ−ＭｇＯをＭｇ（ＯＨ）_２として安定化する方法である。
【００１２】
（ｄ） 赤泥添加処理方法
この処理は、特許文献４に記載されているように、溶融状態の転炉スラグまたは電気炉スラグに赤泥を添加することにより、ｆｒｅｅ−ＣａＯ及びｆｒｅｅ−ＭｇＯを消失させ、スラグの膨張性を安定化する方法である。
【００１３】
しかしながら、製鋼スラグ中のｆｒｅｅ−ＣａＯやｆｒｅｅ−ＭｇＯは、スラグ塊の表面だけでなく、塊の内部にも取り込まれており、その存在状態は様々であるため、ｆｒｅｅ−ＣａＯやｆｒｅｅ−ＭｇＯを含む製鋼スラグを路盤材として使用した場合の膨張現象は複雑なものとなっている。このため、自然エージング処理法では、ｆｒｅｅ−ＣａＯやｆｒｅｅ−ＭｇＯを安定化するのに通常１年以上の長期間を要するという問題があった。
【００１４】
また、水蒸気エージング処理法や温水エージング処理法でも、４８時間以上のエージング時間を要するという問題があった。さらに、赤泥添加処理法は、溶融状態で赤泥を添加することから、スラグの塩基度が低下し、転炉等の耐火物を損耗させる原因になっていた。
【００１５】
ｆｒｅｅ−ＣａＯ、ｆｒｅｅ−ＭｇＯの評価方法としては、特許文献５に示されるようにスラグ構成成分の状態図を基にｆｒｅｅ−ＣａＯ及びｆｒｅｅ−ＭｇＯを推定する方法、特許文献６に示される熱力学平衡計算手法であるＴｈｅｒｍｏｃａｌｃを用いてｆｒｅｅ−ＣａＯ及びｆｒｅｅ−ＭｇＯを推定する方法、非特許文献１に示される水浸膨張率から推定する方法、非特許文献２〜４に示されるエチレングリコール抽出法、トリブロムフェノール抽出法などが知られている。スラグ以外の材料の水和度評価方法としては、特許文献７に示されるＭｇＯを主成分とする方向性電磁鋼板用焼鈍分離剤の水和度の評価方法が知られている。
【００１６】
【特許文献１】
特開平９−１５７７６５号公報
【特許文献２】
特開昭６１−１０１４４１号公報
【特許文献３】
特開平３−１３５１７号公報
【特許文献４】
特公昭５７−２７６８号公報
【特許文献５】
特開２００１−６４７１４号公報
【特許文献６】
特開２００２−６８７８９号公報
【非特許文献１】
ＪＩＳ Ａ ５０１５「水浸膨張試験」
【非特許文献２】
鉄と鋼：Ｖｏｌ．６３（１９７７）Ｎｏ．１４ Ｐ５０−５９
【非特許文献３】
鉄と鋼：Ｖｏｌ．６４（１９７８）Ｎｏ．１０ Ｐ６８−７７
【非特許文献４】
鉄と鋼：Ｖｏｌ．６８（１９８２）Ｎｏ．１６ Ｐ９７−１０４
【特許文献７】
特開２００２−９０３００号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
スラグを利用する際にはｆｒｅｅ−ＣａＯ、ｆｒｅｅ−ＭｇＯの評価は非常に重要である。しかしながら、特許文献５に示される状態図を基に推定する方法、及び特許文献６に示される熱力学平衡計算手法であるＴｈｅｒｍｏｃａｌｃを用いて推定する方法は、推定値であり、実際にｆｒｅｅ−ＣａＯ、ｆｒｅｅ−ＭｇＯ量を調べるには非特許文献１に示される水浸膨張率等を測定し、ｆｒｅｅ−ＣａＯ及びｆｒｅｅ−ＭｇＯの影響を評価しなければならないという問題があった。また非特許文献１に示される水浸膨張率から推定する方法は、被測定物の水和による膨張率を求めるもので、被測定物中のどの成分の水和によるものか判定できないという問題があった。さらに水和速度も成分によって異なるため、水和速度が遅い成分による影響を調べるためには、長時間の水浸試験が必要であるという問題があった。
【００１８】
非特許文献２〜４に示されるエチレングリコール抽出法およびトリブロムフェノール抽出法は、スラグをエチレングリコールまたはトリブロムフェノールで抽出し、溶出したＣａ量を持ってｆｒｅｅ−ＣａＯ量とする方法であるが、エチレングリコールまたはトリブロムフェノールに溶出するＣａはＣａＯに限らず、Ｃａ（ＯＨ）_２からも溶出すること、またＣａＣＯ_３のＣａも一部溶出する可能性があることから、正確にｆｒｅｅ−ＣａＯを評価することができないという問題があった。
【００１９】
特許文献７に示されるＭｇＯを主成分とする方向性電磁鋼板用焼鈍分離剤の水和度の評価方法は、Ｍｇ（ＯＨ）_２以外の水和物を評価できないという問題があった。
【００２０】
以上のように従来のｆｒｅｅ−ＣａＯ、ｆｒｅｅ−ＭｇＯの推定法及び水浸膨張率から推定する方法では、スラグの実際の水和度を評価することが極めて困難であることが明らかになった。本発明は、上記のような点を鑑みて、スラグの水和反応を適切に評価し、安定な性状が要求される路盤材等へのスラグの適用を可能とする評価方法を提供するものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、スラグ試料の赤外線吸収スペクトルで観測される波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯がＣａ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ伸縮振動に起因すること、波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯がＭｇ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ伸縮振動に起因することを見出し、Ｃａ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ又はピーク面積と、Ｍｇ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ又はピーク面積から、試料中のＣａ（ＯＨ）_２量とＭｇ（ＯＨ）_２量を推定することができ、スラグの水和度を評価できることを突き止め、この知見をもとに本発明を完成したものである。
【００２２】
本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
【００２３】
（１） 酸化カルシウム及び／または酸化マグネシウムを含有する製鋼スラグを粉砕・微粉化した試料の水和処理前後の赤外線吸収スペクトルをそれぞれ測定し、水酸化カルシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積、及び／または水酸化マグネシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積に基づいて、試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量を推定し、前記水和処理前後の試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量のそれぞれの差を製鋼スラグの水和度として評価する製鋼スラグの水和度評価方法。
【００２４】
（２） 酸化カルシウム及び／または酸化マグネシウムを含有する製鋼スラグを粉砕・微粉化した試料の水和処理前後の赤外線吸収スペクトルをそれぞれ測定し、水酸化カルシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積、及び／または水酸化マグネシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積に基づいて、予め測定した水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウムの検量線から、概試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量を求め、前記水和処理前後の試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量のそれぞれの差を製鋼スラグの水和度として評価することを特徴とする製鋼スラグの水和度評価方法。
【００２５】
（３） 酸化カルシウム及び／または酸化マグネシウムを含有する製鋼スラグを粉砕・微粉化した試料に既知物質を内部標準試料として添加して水和処理前後の赤外線吸収スペクトルをそれぞれ測定し、水酸化カルシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積、及び／または水酸化マグネシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積に基づいて、内部標準試料の特性吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積との比較から水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量を求め、前記水和処理前後の試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量のそれぞれの差を製鋼スラグの水和度として評価することを特徴とする製鋼スラグの水和度評価方法。
【００２６】
（４） 酸化カルシウム及び／または酸化マグネシウムを含有する製鋼スラグを粉砕・微粉化した試料の水和処理前後の赤外線吸収スペクトルをそれぞれ測定し、水酸化カルシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積、及び／または水酸化マグネシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積に基づいて、他の波数領域に観測される製鋼スラグ成分の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積との比較から水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量を推定し、前記水和処理前後の試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量のそれぞれの差を製鋼スラグの水和度として評価することを特徴とする製鋼スラグの水和度評価方法。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の詳細を説明する。
【００２８】
赤外分光分析法は、試料に赤外線を照射し、分子振動のうち、双極子能率の変化を起こす振動に起因する吸収スペクトルを測定する方法で、有機化合物に対する官能基の定性及び定量分析、芳香族置換体の分析、高分子化合物の分析、一部無機化合物の分析に広く用いられている。Ｃａ（ＯＨ）_２の赤外線吸収スペクトルには、３６４３ｃｍ^−１付近にＣａ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ伸縮振動に起因する鋭い吸収帯が、Ｍｇ（ＯＨ）_２の赤外線吸収スペクトルには、３６９８ｃｍ^−１付近にＭｇ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ伸縮振動に起因する鋭い吸収帯が観測される。約３６４３ｃｍ^−１、約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯は、各々Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２固有のもので、他の水酸化物、例えば水酸化アルミニウムとは全く異なる。このように、最大吸収波数、吸収帯の数や強度比、吸収帯の半値幅などのスペクトルパターンから化合物の定性分析が行われる。
【００２９】
図１に製鋼スラグＡ（水和処理前、試料量２．０ｍｇ）と試薬のＣａ（ＯＨ）_２（試料量０．１ｍｇ）、Ｍｇ（ＯＨ）_２（試料量０．０５ｍｇ）の赤外吸収スペクトルを示す。スラグＡの組成は、ＣａＯ：４０．９質量％、ＭｇＯ：９．９７質量％、ＳｉＯ_２：２４．７質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１６．４質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３：２．４５質量％、ＭｎＯ：３．０２質量％、Ｐ_２Ｏ_５：０．１７質量％である。
【００３０】
試薬のＣａ（ＯＨ）_２は３６４３ｃｍ^−１に、Ｍｇ（ＯＨ）_２は３６９８ｃｍ^−１にＯ−Ｈに起因する吸収帯が観測される。一方、スラグにおいても３６４３ｃｍ^−１、３６９８ｃｍ^−１付近に吸収帯が観測されるが、吸収帯の波数だけでこれらが各々Ｃａ（ＯＨ）_２およびＭｇ（ＯＨ）_２に相当すると判断するのは難しい。そこで、スラグＡで観測される３６４３ｃｍ^−１、３６９８ｃｍ^−１の吸収帯が、各々Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２のものかどうかを検証するために、「鉄と鋼：Ｖｏｌ．８８ （２００２） Ｎｏ．９ Ｐ５０７−５１２」に示される高温赤外分光法で吸収帯の温度変化を観測した。特許文献７に示される方向性電磁鋼板用焼鈍分離剤のように、ＭｇＯを主成分とする材料であれば、通常の赤外吸収スペクトルからＭｇ（ＯＨ）_２を検出することは容易であるが、製鋼スラグのようにＭｇＯ量が少なく、またＣａ等他の水和物が共存する材料では通常の赤外吸収スペクトルからＭｇ（ＯＨ）_２及びＣａ（ＯＨ）_２を検出することは困難である。図２に製鋼スラグＡ、図３にＣａ（ＯＨ）_２（試薬）、図４にＭｇ（ＯＨ）_２（試薬）の高温赤外吸収スペクトルを示す。スラグＡで観測される３６４３ｃｍ^−１、３６９８ｃｍ^−１の吸収帯が、各々Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ吸収帯であるならば、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２の脱水温度で吸収帯は消失するはずである。スラグＡと試薬のＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２の高温赤外吸収スペクトルを測定し、３６４３ｃｍ^−１、３６９８ｃｍ^−１の吸収帯強度の温度変化を検討した結果、スラグの３６４３ｃｍ^−１の吸収帯は約４００℃、３６９８ｃｍ^−１の吸収帯は、約３５０℃で強度が減少し、各々試薬のＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２の吸収帯強度の温度変化と一致した。
【００３１】
一方、定量分析は吸収帯の強度がＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に従うことを利用する。
【００３２】
【数１】

【００３３】
ここで、Ｉ_０は、照射（基準）光量、
Ｉは、透過（試料透過）光量、
ｌｏｇ（Ｉ_０／Ｉ）は、吸光度、
ａは、吸光係数、
ｃ、は濃度、
ｔは、光路長を示す。
【００３４】
吸光度は無次元であり、吸光係数、濃度、光路長の単位は統一されていれば何を用いてもよい。例えば、濃度としてはｍａｓｓ％、ｍｏｌ／Ｌ、ｍｇ／ｍｇ等、光路長としてはｍ、ｃｍ、ｍｍ等が一般的である。吸光係数ａは各吸収帯固有の係数で、一定である。光路長ｔは、固体試料測定の場合、試料量を意味するため、あらかじめ試料量を測定しておけば、既知となる。すなわち、吸収帯の強度を吸光度で測定すれば、その強度と濃度は比例関係となる。吸収帯の強度はピーク高さ、またはピーク面積の何れを用いても良い（前記（１）に係る本発明）。
【００３５】
スラグのような固体試料の赤外線吸収スペクトル測定法としては、試料を粉末とし、その粉末試料の一定量を赤外線に透明な臭化カリウムや塩化ナトリウム、塩化カリウムなどと混合して加圧・成型する錠剤法、試料粉末と上記赤外線透明材料を混合して赤外線を照射し、拡散反射される赤外線を分光する拡散反射法、測定する吸収帯に影響を与えない吸収スペクトルを持つ液体（例えば流動パラフィンなどの炭化水素）と試料を混合してペーストを作り、ペーストを赤外線透過窓材に塗付、あるいは２枚の赤外線透過窓材で挟んで測定する液膜法があるが錠剤法が最も簡便で、定量性も良い。一般的な錠剤法は、試料と臭化カリウムを粉砕・混合して加圧・成型する。試料と臭化カリウムの量は、１３ｍｍφ程度の大きさの錠剤を成型する場合、臭化カリウム約３００ｍｇに対し、試料量０．１から１０ｍｇ程度が良いが、錠剤の大きさ、試料中の測定する成分量、吸収帯のモル吸光係数などによって比率を変えても良い。
【００３６】
吸収帯の強度からＣａ（ＯＨ）_２量、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を求めるには、▲１▼あらかじめ試薬のＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を用いて、試薬量とＯ−Ｈに起因する吸収帯の強度から検量線を作成しておき、次に一定量の試料を秤量して、その赤外線吸収スペクトルを測定し、試料中のＣａ（ＯＨ）_２及び、Ｍｇ（ＯＨ）_２に起因するＯ−Ｈ吸収帯の強度を算出し、検量線からこの吸収帯強度に相当するＣａ（ＯＨ）_２量、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を求め、試料のスラグの重量に占める割合を算出する検量線法（前記（２）に係る本発明）、▲２▼既知の他物質を内部標準として一定量添加し、水酸化マグネシウムのＯ−Ｈ吸収帯の強度と内部標準との強度比から定量する内部標準法（前記（３）に係る本発明）、▲３▼製鋼スラグの構成成分で、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ吸収帯と波数位置の異なる吸収帯を利用し、その強度とＣａ（ＯＨ）_２及びＭｇ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ吸収帯の強度比から求める方法（前記（４）に係る本発明）などがあるが、検量線法が最も精度が良い。
【００３７】
次にＣａ（ＯＨ）_２量、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を求める方法を具体的に述べる。スラグを粉砕し、その一定量を秤量して赤外線吸収スペクトルを測定する。赤外吸収スペクトルの測定法は、前記記載の赤外線に透明な臭化カリウムや塩化ナトリウム、塩化カリウムなどと混合して加圧・成型する錠剤法、試料粉末と上記赤外線透明材料を混合して赤外線を照射し、拡散反射される赤外線を分光する拡散反射法、測定する吸収帯に影響を与えない吸収スペクトルを持つ液体（例えば、流動パラフィンなどの炭化水素）と試料を混合してペーストを作り、ペーストを赤外線透過窓材に塗付、あるいは２枚の赤外線透過窓材で挟んで測定する液膜法の何れでも良い。
【００３８】
スラグ中にＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２が生成すると、Ｃａ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ伸縮振動に起因する吸収帯が波数約３６４３ｃｍ^−１に、Ｍｇ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ伸縮振動に起因する吸収帯が波数約３６９８ｃｍ^−１に観測される。吸収帯の波数は、測定装置の分解能条件、共存する成分などによって変動するが、変動範囲は一般的な測定条件である分解能４ｃｍ^−１では±２ｃｍ^−１程度である。
【００３９】
吸収帯の強度は、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則に従うため、この吸収帯の強度を測定すれば、一定試料量であれば試料間でＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量の比較ができ、試料中のＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を推定することができる。あるいは、予め測定したＣａ（ＯＨ）_２やＭｇ（ＯＨ）_２量の検量線から、概試料中のＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を求めても良い。また、試料に既知物質を内部標準試料として添加して、Ｃａ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ伸縮振動に起因する約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯、Ｍｇ（ＯＨ）_２のＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ又はピーク面積と内部標準試料の特性吸収帯のピーク高さ又はピーク面積との比較からＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を求めても良い。さらに、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２の吸収が無い波数領域、４０００〜３８００ｃｍ^−１及び３６００〜５９０ｃｍ^−１に観測される製鋼スラグ成分の吸収帯、例えば炭酸イオンに起因する１４５０ｃｍ^−１、酸化物に相当する９８６、９４０、８６６ｃｍ^−１等のピーク高さ又はピーク面積との比較からＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を求めても良い。以上のような方法により、スラグ中のＣａ（ＯＨ）_２及びＭｇ（ＯＨ）_２量を測定することができる。
【００４０】
次に製鋼スラグの水和度を評価する方法を述べる。従来よりスラグの評価に用いられているｆｒｅｅ−ＣａＯやｆｒｅｅ−ＭｇＯは、水和してＣａ（ＯＨ）_２やＭｇ（ＯＨ）_２を生じるＣａＯやＭｇＯを表すもので、スラグを路盤材などに用いた際に膨張による、路盤の凹凸や亀裂の発生を予測するための指標となっている。前述したように、従来の方法ではｆｒｅｅ−ＣａＯやｆｒｅｅ−ＭｇＯを直接測定することは困難であるが、スラグを完全に水和させた試料を調製し、本発明の上記の方法でＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を求めておくと、ｆｒｅｅ−ＣａＯやｆｒｅｅ−ＭｇＯに相当するＣａＯ、ＭｇＯを測定することができる。すなわち、スラグを水和させた試料と水和させる前のＣａ（ＯＨ）_２及びＭｇ（ＯＨ）_２量の差を水和度と定義すれば、水和度がＣａ（ＯＨ）_２やＭｇ（ＯＨ）_２を生じるＣａＯやＭｇＯ、すなわちｆｒｅｅ−ＣａＯ及びｆｒｅｅ−ＭｇＯと等価となる。スラグを水和させる方法としては、ＪＩＳ−Ｒ２２１１「塩基性耐火れんがの消化性の試験方法」に示されるオートクレーブ（高温・高圧容器）を用いた方法、非特許文献１に示される温水に浸漬する方法、特開昭６１−１０１４４１号公報に示されるように高温度の蒸気の吹き込みによって加熱しながら、大気中で４８時間以上暴露してエージングする方法など、何れの方法でも良い。
【００４１】
以上の方法により、製鋼スラグの水和度を好適に評価することができる。
【００４２】
【実施例】
組成の異なる３種類のスラグＡ、Ｂ、Ｃの水和処理前の赤外吸収スペクトルを測定し、試薬のＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２を用いて作成した検量線により、スラグ中のＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を測定した。スラグの組成とＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量の測定結果を表１に示す。Ｃａ（ＯＨ）_２量は、スラグのＣａＯと一致しないため、組成から推定することは困難である。一方、Ｍｇ（ＯＨ）_２はＭｇＯ量と傾向が一致するものの必ずしも組成比とは一致していない。これはＣａ及びＭｇがすべてＣａＯ、ＭｇＯの形態で存在しているのではなく、水和しない化合物形態を形成しているためと考えられる。化合物の形態を調べるには、Ｘ線回折による結晶構造解析が有効であるが、スラグはほとんどが非晶質なためＸ線回折法では形態を調べることはできない。従って、実際の水和物を直接検出する本発明が、スラグの水和度の評価に非常に有効である。
【００４３】
【表１】

【００４４】
次にスラグＡ、Ｂ、Ｃを水蒸気中で６０時間水和させ、その後のスラグ中のＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量を本発明により測定した。その結果を表２に示す。さらに表１の水和処理前のものと表２の水和処理後のＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２量の差を水和処理前のスラグ中のｆｒｅｅ−ＣａＯ、ｆｒｅｅ−ＭｇＯとして算出した。
【００４５】
【表２】

【００４６】
水和処理によってＣａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２とも増加するが、増加率はＭｇ（ＯＨ）_２が多い。これは、ＣａＯの水和速度が速いため、Ｃａは水和処理前でも水和が進んでいるためと考えられる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明により、製鋼スラグの水和度を高精度に評価することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラグＡと、試薬のＣａ（ＯＨ）_２及びＭｇ（ＯＨ）_２の赤外吸収スペクトルである。
【図２】スラグＡの高温赤外吸収スペクトルである。
【図３】Ｃａ（ＯＨ）_２（試薬）の高温赤外吸収スペクトルである。
【図４】Ｍｇ（ＯＨ）_２（試薬）の高温赤外吸収スペクトルである。

Claims (4)

1. 酸化カルシウム及び／または酸化マグネシウムを含有する製鋼スラグを粉砕・微粉化した試料の水和処理前後の赤外線吸収スペクトルをそれぞれ測定し、
   水酸化カルシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積、及び／または水酸化マグネシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積に基づいて、試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量を推定し、
   前記水和処理前後の試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量のそれぞれの差を製鋼スラグの水和度として評価することを特徴とする製鋼スラグの水和度評価方法。
2. 酸化カルシウム及び／または酸化マグネシウムを含有する製鋼スラグを粉砕・微粉化した試料の水和処理前後の赤外線吸収スペクトルをそれぞれ測定し、
   水酸化カルシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積、及び／または水酸化マグネシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積に基づいて、予め測定した水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウムの検量線から、試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量を求め、
   前記水和処理前後の試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量のそれぞれの差を製鋼スラグの水和度として評価することを特徴とする製鋼スラグの水和度評価方法。
3. 酸化カルシウム及び／または酸化マグネシウムを含有する製鋼スラグを粉砕・微粉化した試料に既知物質を内部標準試料として添加して水和処理前後の赤外線吸収スペクトルをそれぞれ測定し、
   水酸化カルシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積、及び／または水酸化マグネシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積に基づいて、内部標準試料の特性吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積との比較から水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量を求め、
   前記水和処理前後の試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量のそれぞれの差を製鋼スラグの水和度として評価することを特徴とする製鋼スラグの水和度評価方法。
4. 酸化カルシウム及び／または酸化マグネシウムを含有する製鋼スラグを粉砕・微粉化した試料の水和処理前後の赤外線吸収スペクトルをそれぞれ測定し、
   水酸化カルシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６４３ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積、及び／または水酸化マグネシウムのＯ−Ｈ伸縮振動に起因する波数約３６９８ｃｍ^−１の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積に基づいて、他の波数領域に観測される製鋼スラグ成分の吸収帯のピーク高さ若しくはピーク面積との比較から水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量を推定し、
   前記水和処理前後の試料中の水酸化カルシウム及び／または水酸化マグネシウム量のそれぞれの差を製鋼スラグの水和度として評価することを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグの水和度評価方法。

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