冶金廃棄物スラグは高速道路用の高品質な「コート」となるか？

著者: 李伝福史祥綺

環境意識が高まるにつれ、産業副産物をいかにして貴重な資源に変えるかについては、科学技術革新の重要なテーマとなっています。この記事で紹介する革新的な成果は、冶金廃棄物スラグ、特に鉄鋼スラグを高速道路用の高品質な素材に変える方法です。この成果により、2023年の上海科学技術賞一等賞を受賞しました。

製鋼工程では、溶鋼中のケイ素、酸素、炭素、リン、硫黄などの不純物を除去するために、石灰などの溶剤を大量に添加する必要があります。これらの石灰は不純物と反応して廃棄物の残留物を形成し、それが溶融鋼の表面に浮かびます。これを鉄鋼スラグと呼びます。鉄鋼スラグは製鉄プロセスの副産物であり、毎年 1 億 5000 万トン以上が生産されています。鉄鋼スラグの70％は産業固形廃棄物として保管・廃棄されており、その量は18億トンを超えています。これは資源を浪費するだけでなく、土壌を占有し、環境を汚染します。

製鋼スラグに含まれる遊離酸化カルシウム（f-CaO）は水とゆっくりと反応し、製鋼スラグに包み込まれるため、処理工程で完全に放出・水和させることが困難です。これは鉄鋼スラグの体積安定性に影響を及ぼし、その資源利用を制限する重要な要因となります。

宝山鋼鉄株式会社の主任研究員である肖永麗氏が率いる研究開発チームは、武漢理工大学などと協力し、鉄鋼スラグの物理的・化学的性質を徹底的に研究することで、鉄鋼スラグを高品質の骨材に変える技術を開発した。この技術は、急速冷却＋機械的撹拌のドラム式スラグ処理プロセスを採用しています。金属ボールを転がして粉砕する急速冷却、多点噴霧微細冷却、オンライン分離選別法などにより、溶融スラグは1600℃から100℃以下に急速に冷却され、15mm未満の粒子に砕かれます。このプロセスは、f-CaO の沈殿と水和を効果的に抑制するだけでなく、鉄鋼スラグの粒径を約 30% 縮小します。得られた鉄鋼スラグ骨材は、均一な自然粒子サイズを持ち、骨材の等級要件を満たし、安定した性能を備えています。

従来の天然石と比較すると、鉄鋼スラグ骨材は、複数のエッジとコーナー、安定した体積、アスファルトとの強力な結合などの利点があります。鉄鋼スラグはアルカリ性物質であるため、酸性アスファルトとより強固に結合し、鉄鋼スラグアスファルト舗装材の道路性能は多くの点で従来のアスファルト舗装の性能を上回ります。

この技術は、鉄鋼スラグの環境汚染問題を解決するだけでなく、資源の有効活用も実現します。毎年1億5000万トン以上の鉄鋼スラグが生産され、その70％が産業廃棄物として保管・廃棄されています。この技術により、これらの廃棄物残渣を道路建設や日常のメンテナンス用の高品質の骨材に変換し、ますます不足している天然石の代わりとすることができます。さらに、この技術は炭素排出量の削減に役立ち、鉄鋼と運輸という2大産業のグリーン開発とカーボンニュートラルをサポートします。

宝山鋼鉄株式会社の研究開発チームは、革新的な科学技術手段を通じて、冶金廃棄物のスラグを高速道路用の高品質の繊維に変えることに成功しました。この成果は環境問題を解決するだけでなく、経済的利益も最大化します。この技術は上海だけでなく、湖北省、広西チワン族自治区、内モンゴル自治区など気候の異なる地域の高速道路建設にも応用され、成功を収めています。 3,000キロメートル以上の道路が建設され、3,000万トンの鉄鋼スラグアスファルトコンクリートが使用され、二酸化炭素排出量は198万トン削減されました。この科学技術革新は、世界の鉄鋼業界におけるスラグ処理技術の進歩を強力にサポートし、持続可能な開発を達成するための新しいアイデアも提供しました。