KR100270228B1

KR100270228B1 - 산화칼슘의 제조 방법

Info

Publication number: KR100270228B1
Application number: KR1019960043934A
Authority: KR
Inventors: 정대규
Original assignee: 이규헌; 정대규
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 2000-10-16
Also published as: KR19980025697A

Abstract

본 발명은 패각류를 고온 전기 분해하여 고순도의 산화칼슘을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제조 방법으로 제조된 산화칼슘은 이온 활성이 매우 높으므로, 생체 내 흡수율이 매우 빠르므로, 사람뿐만 아니라 동식물의 성장 촉진 및 병충해 내성 효과가 있으며, 식품의 알칼리화에 의한 보존성의 향상, 멸균 처리, 산성 토양의 알칼리화, 폐수의 정화 등 광범위한 용도에서 효과적으로 사용될 수 있다.

Description

산화칼슘의 제조 방법{Process for Producing Calcium Oxide}

본 발명은 조개, 굴 껍질과 같은 패각류를 고온 전기 분해하여 고순도의 산화칼슘을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래 산화칼슘 분말의 제조 방법으로서 대한민국 특허 제14,682호 (공고 제83-811호)가 있다. 이 방법은 진공 감압하에 1,200∼1,500℃의 온도에서 패각류를 소성하는 방법이지만, 일단 설치된 패각류 원료가 완성품으로 되기까지 원료의 재설치가 불가능하여 연속적으로 대량 생산할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 이를 개선한 발명은 대한민국 특허 제19,482호 (공고 제85-346호)인데, 이 특허에서는 내열성 용기를 통해 간접 소성함으로써 원료의 재설치를 가능하게 한 바 있다.

또한, 대한민국 특허 공개 제83-8923호 공보에는 패각류를 건조한 후 1,000∼1,500℃에서 약 2 시간 동안 직접 소성하고, 분말로 만든 후 급랭시켜 포장하는 산화칼슘 분말의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는 산화칼슘 분말을 동식물이 흡수하기 쉬운 상태로 이온화시킬 수 있도록 하고 있으나, 직접 소성 방법에 의하고 있으므로, "요" 또는 "로" 속의 먼지와 그을음이 패각분에 붙어서 백색도가 좋지 않게 되고, 식용 등으로는 사용될 수가 없는 문제점들이 있다.

대한민국 특허 공고 제89-1484호 공보에는 또한 패각류를 담은 내열성 용기를 요 또는 로 속에 넣어 예정된 온도까지 예열시킨 후, 본소 (本燒) 온도에서 약 5분 내지 10 분 동안 간접 소성하는 산화칼슘의 제조 방법이 개시되어 있지만, 순도가 낮고, 소성 시간이 느리고, 물에 대한 용해성이 낮아 경제성에 한계가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해소하여, 순도가 높고, 물에 대한 용해도가 높은 산화칼슘을 짧은 소성 기간 내에 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에서 사용되는 내열 전기로의 개략도.

본 발명자는 상기한 종래 기술의 문제점들을 검토한 결과, 패각류를 상압 (常壓), 고온에서 200∼15,000 V의 전압으로 고온 전기 분해하면 순도가 높고, 물에 대한 용해도가 높은 산화칼슘 분말을 짧은 소성 기간 내에 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에 따르면,

건조된 패각류를 직경 5 ㎜ 내외로 잘게 부수는 단계와,

이와 같이 제조된 패각분을 내열 용기에 넣어 전기로에 넣는 단계와,

전기로에서 1,000∼5,000℃의 온도에서 200∼15,000V의 전압을 인가하여 패각분을 30∼120 분 동안 전기 분해하는 단계

로 이루어진 산화칼슘의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 방법에서는, 먼저 패각류를 깨끗이 수세하여 열풍으로 완전히 건조시킨 다음 직경 5 ㎜ 내외로 잘게 부순다. 이와 같이 수득된 패각분은 뚜껑이 있는 내열 용기에 넣어, 도 1에 도시된 바와 같은 구조의 내열성 전기로 중에 넣는다. 내열 전기로에는 양쪽에 흑연 전극판이 장착되어 있는 세라믹재 3상 로이다.

상기와 같은 내열 전기로에 1,000∼5,000℃에서 200∼15,000V의 전압을 걸어 패각분을 30∼120 분 동안 고온 전기 분해한다. 일반적으로 CaCO₃는 900∼950℃에서 분해하여 CO₂가스가 발생하므로, 본 발명의 방법에 있어서 전기 분해는 1,000℃ 이상의 온도에서 실행하는 것이 바람직하다. CaCO₃는 5,000℃를 넘으면 CaCO₃의 소성 유효율이 더 이상 증가하지 않으므로 (반응 속도 dr = 0), 5,000℃ 이하의 온도에서 전기 분해하는 것이 경제적이다. 전압을 200V 이하로 하여도 CaCO₃는 분해하지만, 장시간이 소요되어 경제성이 없으며, 15,000V를 넘으면 CaO를 얻는 데에 더 이상 효율이 증가하지 않으므로 (반응 속도 dr = 0), 바람직하지 않다. 전압이 높을수록 생성되는 CaO의 순도가 높아지며, 산화철 등의 불순물을 휘산시킬 수 있다.

본 발명의 전기 분해에 사용되는 온도 및 전압은 CaO의 용도에 따라 적절하게 조정하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 음용수, 식품용 및 의약용일 때는 전기 분해에 사용되는 온도 및 전압을 1800∼2000℃ 및 3000∼3500V로 설정하는 것이 바람직하다. 동식물용일 때는 1600∼1800℃ 및 2000∼2200V로 하고, 폐수 정화 및 토질 개량을 위해서는 1500∼1600℃ 및 1500∼1700V로 설정하는 것이 바람직하다.

전기 분해 공정을 완료한 후에, 원료가 담긴 용기를 내열 전열로로부터 꺼내어 용기의 뚜껑을 열고, 냉풍으로 급랭시켜 용도에 맞게 분쇄한 후, 습기를 차단할 수 있는 비닐 백 또는 용기로 포장한다. 본 발명의 방법으로 제조되는 산화칼슘은 순도가 99.9% 이상으로서 불순물이 거의 없는 고순도의 산화칼슘이다.

일반적으로, 100 g의 건조된 패각류를 사용하여 전기 분해하였을 때에는 평균적으로 59.2 g의 CaO 분말이 생성되었다. 이는 기존의 방법으로 CaO 분말을 제조할 때의 평균 생성량인 64.6 g에는 미치지 못하지만, 기존의 방법으로 제조된 생성 분말에는 CaO 이외의 불순물의 양이 많은 것으로 추정되기 때문에, 본 발명의 제조 방법이 더욱 효과적인 것으로 여겨진다.

본 발명의 방법으로 제조한 CaO의 활성도를 평가하기 위하여, 1,000℃에서 전압을 500V∼3,000V로 변화시키면서 제조한 CaO 분말 1 g을 1 ℓ의 증류수에 용해시켜 그의 pH를 측정하였다. 그 결과는 표 1에 나타낸 바와 같다.

CaO 제조 단계에서의 전압	500 V	1,000 V	1,500 V	2,000 V	3,000 V
본 발명의 CaO로부터 수득한 Ca(OH)₂수용액의 pH	10.2	11.8	12.1	12.7	13.1

또한, 전압을 1,000 V로 유지하면서, 온도를 1,000∼3,000℃로 변화시키면서 제조한 CaO 분말 1 g을 1 ℓ의 증류수에 용해시켜 그의 pH를 측정하였다. 그 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.

CaO 제조 단계에서의 온도	1,000℃	1,500℃	2,000℃	2,500℃	3,000℃
본 발명의 CaO로부터 수득한 Ca(OH)₂수용액의 pH	12.7	12.9	13.2	13.5	13.4

따라서, 온도가 높을수록, 전압이 높을수록 제조되는 CaO의 활성도는 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 참고로 종래 기술로 제조된 CaO 1g을 1 ℓ의 증류수에 용해시켜 측정한 pH는 11.8이었다.

본 발명의 방법으로 제조되는 CaO는 물과 결합하여 수산화칼슘이 되는데, 칼슘과 수산기의 결합력은 일반 수산화칼슘의 결합력보다 훨씬 낮은 것으로 여겨진다. 즉, 수산화칼슘이 수중에서 이온 활성 상태로 전환되는 속도가 빠르므로, 생체내 흡수 속도가 종래의 CaO 보다 빠르다. 이는 다음과 같은 실험을 통하여 입증된다.

종래의 CaO와 본 발명의 방법에 따라 제조되는 CaO가 이온 상태로 전환되는 속도를 비교하기 위한 실험은 하기의 반응식 1에 나타낸 화학 반응의 반응 속도를 측정하는 것에 근거한다.

CaO + H₂O + CO₂→ Ca(OH)₂+ CaCO₃+ H₂O

상압, 35℃의 온도에서, 1ℓ의 증류수에 본 발명의 방법으로 제조한 CaO 및 종래의 CaO 분말을 각각 56 g 용해시킨다. CO₂가스를 22 ㎖/분의 속도로 주입하면서 60 rpm으로 교반한다. 매시간 침전되는 CaCO₃의 양을 측정하여 비교한다. 하기의 수학식 1 에 따라 종래의 CaO와 본 발명의 방법에 따라 제조되는 CaO의 반응 속도를 계산한다.

실험 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

시간	1	2	3	4	5	6	7	8	계	반응 속도 (r)
종래의 CaCO₃	2.12 g	2.10 g	1.8 g	1.62 g	1.28 g	1.21 g	0.95 g	0.8 g	11.88 g	1.485 g/hr
본 발명의 CaCO₃	5.08 g	5.01 g	4.6 g	4.71 g	4.19 g	3.81 g	3.8 g	3.8 g	35.00 g	4.375 g/hr

상기 표 3의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 CaO로부터 생성되는 Ca(OH)₂는 Ca와 OH기와의 결합력이 종래의 CaO로부터 생성되는 Ca(OH)₂와 비교하여 월등히 약하다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 제조 방법으로 제조되는 산화칼슘 분말은 식품의 알칼리화에 의하여 보존성을 향상시키는 데에 효과적이다. 본 발명의 방법으로 제조된 CaO는 물에 거의 완전히 용해되어 CaO 분말 입자가 수용액에 나타나지 않는데 반하여, 기존의 CaO 수용액에는 많은 CaCO₃분말 입자가 나타나, 그의 사용에 심각한 제한이 따른다. 즉, 기존의 CaO 수용액은 수십배 희석하여도 식물, 과일, 생선, 육류 등에 직접 담그거나 분무할 수 없으나, 본 발명의 CaO는 수용액 안에 용해되지 않은 분말 입자가 거의 없기 때문에 직접 사용해도 무방하다. 또한, 수용액 내에 산화칼슘이 용해되어 있기 때문에 그의 농도가 높으므로 신선도 및 보존성을 증가시키는 데에 효과적이다. 예를 들어, 본 발명의 CaO 분말 50 g을 1 ℓ의 물에 용해시킨 스톡 용액을 다시 50배 이상 희석하여, 희석액을 야채, 과일, 생선, 고기 등에 분무하거나 또는 5분간 침지시켰을 때에, 처리물의 신선도가 기존의 CaO 용액을 사용하는 경우보다 약 3∼4배 증가되었다. 또한, 기존의 CaO 용액은 불순물을 상당량 함유하고 있기 때문에, 그를 여과하여 불순물을 제거한 후 사용하면 신선도 증가율이 높아진다. 그러나, 그와 같이 처리하여도, 본 발명의 산화칼슘으로 처리하는 경우가 그보다 약 50% 이상 신선도를 증가시켰다.

그 밖에도, 본 발명의 방법으로 제조된 산화칼슘 분말은 식물 성장 촉진제, 토양 개질제, 멸균처리제 등으로 사용될 수 있다. 즉, 2개의 감자를 각각 본 발명의 CaO 수용액 50배 희석액과 일반 물에 담구어 놓고 3, 5, 7, 10 경과후에 관찰하였을 때, 본 발명의 CaO 희석액에 담그어 놓은 감자의 발아 성장 속도가 2∼3배 빨랐다. 또한, 토양을 개질시키는 경우에는 기존의 수용액보다 적은 양 (예를 들어 약 1/2)으로도 동일한 효과를 나타낼 수 있었으며, 기존의 CaO 수용액은 용해되지 않은 CaCO₃분말로 인하여 오히려 공해를 유발할 수 있다. 또한, 으깬 감자에 살모넬라균 1만개를 흡입하여 증식한 결과, 본 발명의 CaO 수용액으로 처리된 감자는 2일 경과 후에도 그 숫자에 있어서 1만개를 유지하여 더 이상의 증식이 일어나지 않음을 알 수 있었지만, CaO 수용액으로 처리되지 않은 감자는, 1일 경과 후에 100 만개로, 2일 경과 후에는 1억 개로 증식하였다.

한편, 본 발명의 제조 방법으로 제조된 산화칼슘 분말은, 상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, 수용액 상태에서 pH 10∼13의 알칼리성을 나타내는데, 그 상태로 음용해도 유해성이 없는 것으로 나타났다. 또한, 식물에 직접 분무해도 해가 없으며, 오히려 성장을 촉진시키는 것으로 나타났다. 이는 본 발명의 CaO가 수용액 상태에서 Ca⁺⁺상태로 존재하는 것에 기인하는 것으로 보이지만, 이에 대해서는 보다 많은 연구가 필요하다고 사료된다. 다만, 생물체에 적용할 때에는 50∼100 배 희석하여 사용하는 것이 그 유효성이 크게 떨어지지 않기 때문에 경제적일 것이다.

본 발명의 제조 방법으로 제조된 산화칼슘은 이온 활성이 매우 높으므로, 생체 내 흡수율이 매우 빠르다. 따라서, 사람뿐만 아니라 동식물의 성장 촉진 및 병충해 내성 효과가 있으며, 식품의 알칼리화에 의한 보존성의 향상, 멸균 처리, 산성 토양의 알칼리화, 폐수의 정화 등 광범위한 용도에서 효과적으로 사용될 수 있다.

Claims

건조된 패각류를 직경 5 ㎜ 내외로 잘게 부수는 단계와,

이와 같이 제조된 패각분을 내열 용기에 넣어 전기로에 넣는 단계와,

전기로에서 1,500∼3,000℃의 온도에서 1,000∼3,000V의 교류 전압을 인가하여 패각분을 30∼120 분 동안 전기 분해하는 단계

로 이루어진 산화칼슘의 제조 방법.