スラグ（鉄鋼製造の副産物）

組成と生成

スラグの正確な化学組成は、使用する鉱石、炉、フラックスによって異なる。しかし、代表的な成分には酸化カルシウム（石灰）、二酸化ケイ素、アルミナ、マグネシアが含まれる。高炉では、添加された石灰が装入物中のシリカと反応し、溶融鉄より密度の低い液体のケイ酸カルシウム相を生成するため、両者を分離できる。製鋼時に生成するスラグや、他の金属の製錬で生じるスラグには、工程条件や原料に応じて、追加の酸化物や微量元素が含まれることがある。

種類と製造工程

• 高炉スラグ：銑鉄の製造時に発生する。溶融スラグを水で急冷して粒状化すればガラス質の粉末となり、ゆっくり冷却すれば結晶質のスラグとなる。
• 製鋼スラグ：転炉または電気アーク炉から発生し、組成および物理的性質は高炉スラグとは異なる。
• 特殊スラグ：非鉄金属の製錬やフェロアロイの生産で発生するもので、金属回収や特定の産業用途のために取り扱い・加工されることが多い。

製鉄と金属からのスラグ分離については製鉄プロセスを、高炉の役割については高炉操業を参照。

産業利用と利点

加工されたスラグは重要な産業材料である。高炉スラグ微粉末（GGBFS）は、コンクリート用のセメント系補助材料として用いられ、耐久性の向上、透水性の低減、さらに普通ポルトランドセメントと比べた最終的な色調の明るさにつながることが多い。セメントに混合するほか、セメントの一部代替材として使用され、内包CO2の削減に役立つ。スラグ骨材は道路建設、埋め戻し、バラストに有用である。また、粒状スラグは、溶融物に空気を吹き込むことで繊維化または紡糸され、鉱物繊維断熱材にすることができる。

このほか、一部の農業環境における土壌改良材、セメント製造の原料、経済的に可能な場合の金属回収源としても利用される。コンクリートへの適用例はコンクリートにおけるスラグを参照。

環境上の考慮事項と歴史

歴史的に、スラグは大規模な製錬が行われた場所で生産され、かつては主として廃棄物と見なされていた。現代では資源として捉える考え方が広がっている一方、環境管理は重要である。スラグの化学組成には微量金属や硫化物が含まれる場合があるため、土壌や水への影響を避けるには溶出試験と適切な取り扱いが必要となる。スラグの有効利用は、バージン材への需要を減らし、ポルトランドセメントの一部を置き換える場合には建設における温室効果ガス排出原単位を低減しうる。

主な相違点：スラグの外観と性質は、ガラス質の粒状物から緻密な結晶質スラグまで幅広い。発生源と処理方法により分類され、特定用途への適性は、組成、物理的形状、および必要となる環境管理措置によって決まる。