フェロニッケルスラグ - JMIA 日本鉱業協会
エコ･イノベーションメッセ 2014 inひろしま 2014年 11月 21日 日本鉱業協会 スラグ委員会 ◆ 本説明の内容 ◆ 1. 日本鉱業協会の概要 2. 非鉄スラグとは 3. 非鉄スラグの建設用途の開発の経緯 4. 非鉄スラグの特長を生かした用途 4.1 舗装工 4.2 地盤工 4.3 ケーソン中詰工 4.4 コンクリート工 4.5 埋立工 4.6 環境復元工 2 1. 日本鉱業協会の概要 1.1 会員会社名と非鉄金属の生産量 非鉄製錬所の会社名 金属名 会 社 大平洋金属㈱ フェロ 日本冶金工業㈱ ニッケル ㈱日向製錬所 住友金属鉱山㈱ パンパシフィック・カッパー㈱ 銅 日比共同製錬（株） 三菱マテリアル㈱ 小名浜製錬㈱ 住友金属鉱山㈱ 亜鉛 八戸製錬㈱ 三池製錬㈱ 非鉄金属生産量 名 金属名 平成23年度 生産量 (万トン) フェロニッケル 30 銅 150 亜 鉛 60 金属名 平成23年度 生産量 (万トン) 鉛 20 銀 1750トン 金 101トン ３ 1.2 非鉄製錬所の所在地 フェロニッケルスラグ製造所 3ケ 所 銅スラグ製造所 5ケ 所 亜鉛スラグ製造所 3ケ 所 八戸製錬㈱ 大平洋金属㈱ 日本冶金工業㈱ 大江山製造所 小名浜製錬㈱ 日比共同製錬㈱ 玉野製錬所 三池製錬㈱ 住友金属鉱山㈱ 播磨事業所 住友金属鉱山㈱ 東予工場 三菱マテリアル㈱ 直島製錬所 パンパシフィック・カッパー ㈱ 佐賀関製錬所 ㈱日向製錬所 ４ 2. 非鉄スラグとは 2.1 非鉄スラグの外観 ■ 細骨材(水砕・水冷) 〈フェロニッケルスラグ〉 〈銅スラグ〉 〈亜鉛スラグ〉 ◆ 粗骨材(徐冷･焼成) 〈フェロニッケルスラグ〉 〈NS-20〉 〈NS-40〉 ５ 2.2 非鉄スラグの生産量 (2002 to 2011) (千ﾄﾝ/年) 地 域 北海道 フェロニッケル スラグ 銅スラグ 亜鉛スラグ 0 0 0 東 北 1350 450 80 関 東 0 0 0 北 陸 0 0 0 中 部 0 0 0 近 畿 450 0 55 中 国 0 400 0 四 国 0 1150 0 九 州 750 700 65 小 計 2550 2700 200 合 計 545 万ﾄﾝ/年 6 2.3 非鉄スラグの供給可能地域 フェロニッケルスラグ製造所 3ケ 所 銅スラグ製造所 5ケ 所 亜鉛スラグ製造所 3ケ 所 フェロニッケルスラグ (現場渡し） フェロニッケルスラグ (海上輸送岸壁渡し） 銅スラグ （海上輸送岸壁渡し） 八戸製錬㈱ 亜鉛スラグ （海上輸送岸壁渡し） 大平洋金属㈱ 日本冶金工業㈱ 大江山製造所 小名浜製錬㈱ 日比共同製錬㈱ 玉野製錬所 三池製錬㈱ 住友金属鉱山㈱ 播磨事業所 住友金属鉱山㈱ 東予工場 三菱マテリアル㈱ 直島製錬所 パンパシフィック・カッパー ㈱ 佐賀関製錬所 ㈱日向製錬所 図-1 非鉄金属（銅，フェロニッケル，亜鉛）の製錬所（非鉄スラグの製造所）配置図、 及び、非鉄スラグを天然砂・砕砂と同等価格以下の単価で供給できる地域図 ７ 2.4 非鉄スラグの販売実績 (2002 to 2011) (千ﾄﾝ/年) 用 建設資材： 45％ 途 ≧99% 銅スラグ 亜鉛スラグ コンクリート用骨材 200 200 0 道路用材料 800 0 0 土工用材料 950 350 55 ブラスト材 50 650 0 0 1500 100 造滓材 400 0 0 その他 150 0 0 0 0 45 2550 2700 200 セメント原料 リサイクル率 フェロニッケル スラグ 最終処分 計 8 2.5 非鉄スラグの特徴 天然砂 フェロニッケル スラグ 銅スラグ 亜鉛スラグ Al2O3･SiO2 MgO･SiO2･ FeO FeO･SiO2 FeO･Al2O3･ SiO2 2.5～2.6 3.0 (少し重い) 3.6 (重 い) 3.6 (重 い) 単位飽和体積重量 (KN/m3) 20 23.5 23.5 23.5 環境安全性 評価基準 なし 土壌基準 クリアー 港湾基準 クリアー 港湾基準 クリアー 種 類 化学成分 (鉱物組成) 土粒子密度 (g/cm3) (弱アルカリpH8) (弱アルカリpH8) (弱アルカリpH8) ９ 3. 非鉄スラグの建設用途の開発の経緯 (その１) 3.1 コンクリート用骨材 ■公的認知の取得 ●1992年 コンクリート用フェロニッケルスラグ骨材JIS 取得 ●1997年 コンクリート用銅スラグ骨材JIS 取得 ◆1998～2000年 建設省、運輸省、文部省、防衛庁の共通仕様書に取込み ★グリーン調達品に登録品 ＊2014年 フェロニッケル、銅スラグJIS改正の予定 ＊2013～2016年 コンクリート用非鉄スラグ骨材施工指針改定の予定 土木学会（宇治委員長：首都大学東京） 10 3. 建設用途の開発の経緯(その2) 3.2 港湾空港工事 ●2004年 港湾局リサイクル技術指針制定 【コンクリート用骨材、SCP用銅スラグ、ケーソン中詰材】 ●港湾空港用非鉄スラグ利用技術マニュアル策定（沿岸センター） ●2012.3 ● 2013.4 港湾空港用リサイクル技術指針改定 【SCP用フェロニッケルスラグ、アスコン用FNS骨材、 路盤材、ケーソン中詰め用亜鉛スラグ】 製品便覧改定 (リサイクルポート評議会) ● 2013.12 港湾空港用非鉄スラグ利用技術マニュアル 発行予定 ● 2015.3 ● 2015.3 グリーン調達品認定の見込み(11品目) 港湾局リサイクル技術改定の見込 ◆コンクリート用フェロニッケルスラグ粗骨材、埋立材、 裏込め材、路床材等追加の見込み 11 3. 建設用途の開発の経緯(その3) 3.3 道路用非鉄スラグJIS ●2004年 道路用非鉄スラグ委員会スタート ● 2006年 非鉄スラグ製品リスク解析小委員会 ● 2011年 コンクリート用骨材又は道路用のスラグ類化学物質 評価方法導入指針制定 ● 2015年 道路用非鉄スラグJIS2015年度制定予定 12 4. 非鉄スラグの特長を生かした用途 4.1 舗装工 (その1) ･･･ アスコン用骨材(一般道路) ◆ フェロニッケルスラグ骨材を使用すると 寿命を30% 延長できる！ 工区 表 層 基 層 工区延長 １ 再生密粒度As舗装 (20) フェロニッケルスラグ10％配合 再生粗粒 As (20) 24.0 m ２ 再生密粒度As舗装 (20) 再生粗粒 As (20) 24.0 m わだち掘れ量（mm） 25 １工区 ２工区 20 15 わだちボレ量 10 荷載試験風景(土木研究所) 30% 少ない 5 0 輪 輪 輪 輪 輪 輪 輪 輪 輪 輪 輪 輪 輪 0 万 1 0万 20 万 30万 4 0万 50 万 60万 70万 8 0万 90 万 0 0万 10 万 20万 1 1 1 工 区 49kN換算輪数 対象面積 (m2) ひび割れ面積(m2) ひび割れ率(%) フェロニッケルスラグ工区 280万輪 66.5 2.30 3.46 比 較 工 区 280万輪 66.5 2.90 4.36 低 減 率 (%) 21 ひび割れ発生率が 21％低い 13 4.1舗装工(その-2) ･････ アスコン用骨材 (重荷重下：空港舗装・鉄道ヤード) ■ホイールトラッキング試験結果 ●材料配合 砂種類 (港湾技術研究所) 配合量 １ 7号天然砂 11% ２ スラグA(球形) 10% ３ スラグB(角形) 10% 15 変形量（mm） 配合№ 10 天然骨材 5 スラグA（丸形） ◆試験方法 重荷重が作用する環境を想定し、接 地圧を1.38MPa(積載荷重2283N) と設定した。 その他の条件は、舗装調査・試験法 便覧B003「ホイ-ルトラッキング試 法方法」に準拠 スラグB（角形） 0 0 200 400 600 走行回数（往復） 800 1000 ★角形のフェロニッケルスラグ骨 材を使用すると天然砂に比較し て変形量が1/5に低減できる。 14 4. 非鉄スラグの特長を生かした用途 4.1 舗装工(その3)･･･路盤材、路床材 ◆フェロニッケルスラグ路盤材、路床材は、 環境安全性が高く、膨張も皆無 項 目 路盤材 路床材 (製品名) (製品名) (製品名) 最大水浸膨張比 (％) 0.000 0.022 － 最大乾燥密度 (g/cm3) 2.361 2.359 2.387 最適含水比 (％) 5.04 5.20 7.23 修正CBR値 (％) 97.6 90.2 71.0 － － 合格 CS-40 凍上試験 CS-20 ０-５ フェロニッケルスラグ路床材施工状況 転圧が簡単で高い 強度が得られる 15 4.2 地盤工 ① 北上川復旧工事での地盤改良工事 (フェロニッケルスラグを使用したサンドコンパクション) 施工条件 SCP杭径 Φ700mm ピッチ 1.5m 改良率 17% 目標液状化安全率(F1) ≧1.1 環境影響が小さい (中性、溶出なし) 北上川河口付近 ※ 貴重なトンボが生息 実施 工区 1 2 深 さ（ｍ） 液状化安全率（FL ) （目標値：1.1以上） 改良前 改良後 8.3～13.4 0.795 4.049 14.3～18.3 0.576 1.271 19.3 1.012 1.197 6.3～12.3 0.848 1.595 13.3～16.3 0.446 1.173 17.3～18.3 3.875 3.897 判定 合格 合格 16 4.3 ケーソン中詰工 ① 非鉄スラグの飽和単位体積重量 スラグ種 飽和単位体積重量 フェロニッケルスラグ(徐冷品) 23.5 銅スラグ(水砕品) 23.5 銅スラグ(加工品) 24.8 銅スラグ 26.0 (加工品・締固め) 亜鉛スラグ(水砕品) (kN/m3) 23.5 17 ■ケーソン式防波堤への適用検討 【検討-1】天然砂を用いた標準設計断面 湾外 19m 湾内 18 ★ まとめ 中詰材の種類 飽和単位重量 ケーソン幅 通常砂 20kN/m3 19m（一例） 非鉄スラグ 26kN/m3 15m（理論上） ケーソン中詰材に非鉄スラグ を使用すると飽和単位重量が 30%大きいため 出来る 19 4.4 コンクリート工 ①フェロニッケルスラグ骨材を30%混合使用 ②銅スラグ骨材を30%混合使用 骨材の物性値 骨材の物性値 絶乾密度 吸水率 単位容積質量 実績率 絶乾密度 吸水率 単位容積質量 実績率 3.0～3.1 0.5～0.6 1.7～1.8 57～58 3.5 0.3～0.7 2.2～2.3 64～66 (g/cm3) (％) (kg/l) (％) (g/cm3) (％) (kg/l) (％) フェロニッケルスラグ細骨材の施工性 銅スラグ細骨材使用のメリット ●ブリーディング量は、海砂と同等かやや小さい ●流動性は、海砂よりも向上し、施工性が良好 ●単位水量の低減（銅スラグ3割配合で約5kg/m3の低） ●乾燥収縮量の低減 20 流動性２倍アップ 乾 燥 期 間 (週 ) 0 15 長さ 変化率 間隙通過速度mm/s 25 10 5 0 4 100 -100 -300 -500 8 12 16 20 24 銅ス ラ グ0 % 銅ス ラ グ3 0 % 乾燥収縮を 30%低減 -700 -900 海砂 100% 海砂 70% FNS-1.2 50% 建築物、橋梁等 に一般的に使用 建築物、二次製品や 土木用コンクート構 造物などへご利用 20 4.4 コンクリート工 ③銅スラグを使用した消波ブロック ◆非鉄スラグを使用した重量コンクリート を使用すると 20% 重たく出来る。 ④銅スラグを100%使用した上部工 (小名浜港防波堤復旧工事) 【使用例】 ▶ 施工場所：千葉県銚子漁港 ▶ 使用した重量コンクリート： ①突堤工事で堤頭部の断面縮小のため重量コンクリートを使用 ②使用したスラグ：銅スラグCUS5-0.3 ③銅スラグ使用量：80％置換、 837kg/ｍ3 ④コンクリートの単位容積質量：24.9kN/ｍ3 21 4.5 埋立材 ① 海水環境での長期安定性 ■平成元年施工の天橋立埋立地 ② 海水環境での環境安全性 ◆溶出試験 ●海水への影響 ★ボーリング試験結果 ・外観：バージン材と同様の粒子状･硬化なし ・三軸圧縮試験結果 種 類 Φ バージン材 ボーリング材 36.9° 46.4° 22 4.6 環境復元工 ① 横浜技調の人工渚での環境復元性試験 区 画 フェロニッケル スラグ区 底生生物室重量 (g/0.0625m2) 底生生物試料の状況 144 (あさりなど増殖) 天然砂区 75 対 照 (在来地盤)区 6 23 ② 延岡湾での着生試験 Ⅰ. 岸壁への試験プレート設置状況 Ⅱ. 貝類の付着状況 天然骨材 FNS 30％ FNS 100％ ３ケ月後 ４ケ月後 ３ケ月後 24 Ⅲ. コンクリートプレート上に付着／観察された生物種 A C B コケムシsp. シロスジフジツボ イワフジツボ D E 天然砂、FNS30%、FNS100% いずれのコンクリートプレートにも 同様な種類の生物が着床 ヤッコカンザシ タテジマフジツボ 1ヶ月 目 N o .1 イワフジツボ タテジマフジツボ シロスジフジツボ コケム シ ヤッコカンザ シ ホヤ類 2ヶ月 目 N o .2 N o .3 ○ ○ N o .1 N o .2 3ヶ月 目 4ヶ月 目 5ヶ月 目 N o .3 N o .1 N o .2 N o .3 N o .1 N o .2 N o .3 N o .1 N o .2 N o .3 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 25 ③ 八戸港北防波堤の耐久性・環境復元性試験 ■フェロニッケルスラグ骨材を使用した コンクリートの長期耐久性試験中 (20年間) 海藻増殖 26 ご清聴頂きありがとうございました 《連絡先》日本鉱業協会 スラグ委員会 委員長 栗栖 一之 ℡： 090-7998-6933 E-mail：[email protected]. ne.jp 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