製鉄所における固形廃棄物管理の最適化：持続可能な資源回収と経済効果

製鉄業は一般的に、様々なプロセスで材料を処理する過程で大量の固形廃棄物を生成します。これらの固形廃棄物には多くの価値ある製品が含まれ、経済的に回収すれば再利用可能です。世界の製鉄業界は、これらの廃棄物を100%活用するための革新的対策を多数講じ、さらに継続しています。最終目的は製鉄業の操業効率と経済性の向上です。これらの対策は廃棄物処分コストと環境汚染を削減するだけでなく、既存プロセスへの鉄鉱石・溶剤材料・燃料率メリットを大幅にもたらし、同等量の原材料を節約します。

製鉄業における廃棄物課題とトレンド

製鉄業は資本集約的かつエネルギー集約的で、生産量は極めて大きいです。業界内のプロセスチェーンは長く、多様な技術が適用され、環境への影響は大きいです。世界製鉄業界の主要懸念の一つは、様々な処理段階で発生する廃棄物の処分です。コスト効率追求の自然な流れとして、廃棄物を富に変える廃棄物回収技術を採用し、廃棄物を副産物として扱う傾向が強まっています。これによりゼロウェイスト技術の開発が目指されています。製鉄所廃棄物を経済的に富に変える技術は、将来の起業家にとって新たなビジネス機会も提供します。

世界鉄鋼協会（WSA）の指針と実績

WSAによると、世界鉄鋼業界は削減・再利用・リサイクル（3R）の原則を多様な形で適用し、業界の持続可能性を向上させています。これにより原材料必要量を大幅に削減しました。1970〜80年代には、近代製鉄所で1トンの鋼を生産するのに平均1.44トンの原材料が必要でしたが、研究投資、技術改善、適切な計画により、現在では1トンの鋼製造に1.15トンの投入材料で済み、21%の削減を達成しています。

現在、「固形廃棄物」と「副産物」の解釈には大きな重複があります。実際、製鉄業の一部の固形廃棄物は、鉄鋼生産に関わるプロセスでの材料処理中に生成される本質的な副産物です。例えば、過去10年まで製鉄業で生成されるスラグ、ダスト、スラッジは固形廃棄物と呼ばれていましたが、現在はこれら廃棄物材料を「副産物」と呼ぶのが一般的です。廃棄物の集中的再利用により、一部の固形廃棄物はますます「副産物」と呼ばれるようになっています。

WSAによると、回収された共生産物（副産物と同義語として使用）は、製鋼プロセスでリサイクルされるか、他業界用途向けに販売されます。共生産物の利用は製鉄業の持続可能性を支えます。埋立廃棄物を防ぎ、CO₂排出を削減し、天然資源を保護します。共生産物の販売も経済的に持続可能で、製鉄業者の収益を生み、世界的な有望産業の基盤となっています。一部の製鉄業者は共生産物活用・リサイクル率99%を報告しています。鉄と粗鋼生産からの主な共生産物はスラグ、ダスト、スクラップ、スラッジです。

主要固形廃棄物/共生産物/副産物：プロセス別

コークス製造

主な固形廃棄物：石炭粉、コークス粉、タールスラッジ、酸性スラッジ。石炭粉は配合石炭へリサイクル。石炭粉とコークス粉はシンター配合に添加してリサイクル可能。タールスラッジは配合石炭に添加し密度改善。酸性スラッジは処分前の中和が必要。

シンター製造

固形廃棄物：ダストとスラッジ。ダストはシンター機建屋床、サイクロン、ESP（電気集塵機）で発生。スラッジは水処理プラント澄清器で発生。これらは鉄（Fe）豊富で、石灰（CaO）、マグネシア（MgO）、炭素（C）を多く含む。シンター製造へのリサイクルに最適。鉄鉱石微粉とブレンドするかブリケット化してリサイクル。

ペレットプラント

主な固形廃棄物：ダストとアンダーサイズグリーンペレット。両方ともペレット原料へリサイクル。

高炉製鉄

固形廃棄物：ダスト、ストックハウスでのバーデンスクリーニング、鋳造場ランナージャム、鋳造場マック、高炉スラグ、フルーダスト、GCPダスト/スラッジ、耐火物廃棄物、溶銑（HM）レードルスカル。

• ダストとバーデンスクリーニング：シンター製造へリサイクル
• 鋳造場ランナージャム：鉄スクラップとして売却・再溶解、または製鋼ショップでリサイクル
• 鋳造場マック：埋立材として処分
• BF液状スラグの大半は粒状化し、セメントメーカーへBFスラグセメント製造用として販売。少量は空冷。空冷BFスラグは埋立処分か構内道路補修用。いずれの場合もスラグの鉄汚染分は分離・売却し再溶解用に
• フルーダストとGCP乾式ダスト（乾式ガス清浄の場合）：シンター製造へリサイクル
• GCP湿式スラッジ（湿式ガス清浄の場合）：澄清器から乾燥させ、原料ヤードで鉄鉱石微粉とブレンドするかブリケット化してシンター製造へリサイクル
• レードル修理ショップからの耐火物廃棄物：売却し、耐火物メーカーがモルタル製造に使用
• HMレードルスカル：落下重りまたはランスで破砕し、鉄スクラップとして売却または製鋼ショップで使用

直接還元による製鉄

主な固形廃棄物：チャー（石炭ベース技術プラントの場合）、ダスト（石炭と鉄の両方）、アンダーサイズDRI（直接還元鉄）、DRIリジェクト。チャーは自家発電プラントのボイラー燃料。石炭・鉄ダストはシンタープラントで使用。石炭ダストはボイラー燃料にも。鉄ダストはセメントメーカーへ販売可能。アンダーサイズDRIはブリケット化しDRIと共に製鋼ショップで使用。DRIリジェクトはプロセスへリサイクル。

豚鉄鋳造

溶銑鋳造時にプレートジャム、ランナージャム、石灰スラッジが発生。プレートジャムとランナージャムは処理後鉄スクラップとして売却。石灰スラッジは中和用に使用。

転炉（BOF）製鋼

主な廃棄物：転炉スラグ、スクラップ、廃耐火物、転炉マック、ガス清浄プラント（GCP）スラッジ。GCPスラッジ以外は通常混合状態で発生＝発生時に一廃棄物が他廃棄物で汚染。したがって、製鋼での廃棄物リサイクルには選別が極めて重要。

• GCP湿式スラッジ：澄清器で乾燥、原料ヤードで鉄鉱石微粉とブレンドまたはブリケット化しシンター製造へリサイクル
• 転炉スラグ：スクラップ除去後、石灰石代替としてシンター配合へリサイクル。道路補修、鉄道道床、土壌改良材としても使用
• 転炉スラグおよびマックから除去したスクラップ：冷却用として転炉へリサイクル。レードルスルーや転炉スルー時にもスクラップ発生（稀）
• 転炉マック：スクラップと耐火物廃棄物除去後、残部は埋立用
• 耐火物廃棄物は主に2タイプ：(1) 使用済み転炉ライニング由来、主にマグネシアカーボン耐火物。非汚染品の大半は転炉底部パッチング用に使用。(2) レードル耐火物廃棄物。塩基性なら転炉耐火物廃棄物と同様処理。アルミナ系ならモルタル製造用

電気製鋼

主な廃棄物：EAF（電気炉）GCPダスト、スラグ、スクラップ、廃耐火物。マグネシアカーボン廃耐火物はEAFのスラグ調整剤として使用。

EAFスラグは高結晶性と高鉄含有により、現在確立されたリサイクル手法がない。塩基性指数（BI）は一般に1.2〜1.8で低水硬メルウィナイト群に属する。粉砕性指数（特定サイズまで粉砕するのに必要なエネルギーの尺度）は高酸化鉄含有により高く、EAFスラグの更なる粉砕・処理はエネルギー集約的。道路骨材として効果的に使用された実績あり。EAFスラグからガラス質セラミックタイルも開発済み。

連続鋳造

主な廃棄物：連続鋳造スケール、耐火物廃棄物、スクラップ、スラグ、マック。ここでも混合状態で発生し、選別が廃棄物分離の第一歩。連続鋳造スケールはシンタープラントへリサイクル。スクラップは製鋼へリサイクル。その他廃棄物は埋立用。

圧延機

主な固形廃棄物：ミルスケール、再熱炉耐火物廃棄物、スクラップ。ミルスケールはシンタープラントへリサイクル。スクラップは製鋼ショップへリサイクル。耐火物廃棄物は状態によりモルタル製造用か埋立処分。

石灰焼成

焼成プラント発生固形廃棄物：石灰石・ドロマイトスクリーニング、石灰ダスト、石灰微粉。石灰ダストと微粉はブリケット化しシンタープラントまたは製鋼ショップへリサイクル。石灰石・ドロマイトスクリーニングはシンタープラントへリサイクル。

火力発電所

主な固形廃棄物：フライアッシュとボトムアッシュ。フライアッシュはセメント生産に利用。一部プラントではアッシュポンドへ送灰。アッシュポンドから回収した灰はポンド堤防嵩上げに利用。

固形廃棄物管理の体系

固形廃棄物管理は、発生、防止、特性把握、監視、処理、取扱い、再利用、残渣処分から構成されます。従業員と経営陣の新たな意識が必要です。従来の考え方では責任を少数の専門家に集中させていました。新しい焦点は、廃棄物管理を全従業員の責任とすることです。生産志向の管理者と作業員が固形廃棄物管理の重要性を学ぶこと。効果的な固形廃棄物管理には、彼らの参加と協力が不可欠です。

経営陣のコミットメントも成功する廃棄物管理プログラムに必要不可欠です。経営陣は、従業員への廃棄物管理技術研修、従業員提案の奨励、3R活動へのリソース提供、廃棄物発生とリサイクルの測定・監視によってコミットメントを示せます。

経営陣の究極の目標は、プラントからのゼロ固形廃棄物です。これにはフォローアップと継続的改善が不可欠。廃棄物削減とコスト削減目標達成の測定・報告も、作業成果の改善と製鉄所の持続的発展に寄与します。

固形廃棄物管理の3Rを図1に示します。

図1 固形廃棄物管理の3R