KR100342000B1 - 석탄회 및 소각회로부터의 인공 앨로페인질 광물의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 석탄회 및 소각회로부터의 인공 앨로페인질 광물의 제조방법에 관한 것으로, 석탄이나 쓰레기 소각후의 회를 pH 2∼4의 탄산(H2CO3)이나 황산으로 95∼150℃에서 가열·교반하는 반응을 2∼4시간동안 진행하여 비정질화수(非晶質和水)의 앨로페인질 광물로 전환한 후 탈수 및 수세를 한 다음 건조함으로써, 현재 석탄회나 일반 산업쓰레기를 소각 연소한 후 폐기물로 배출되는 회를 유가의 앨로페인질 광물로 자원화할 수 있다.
Description
본 발명은 석탄회 및 소각회로부터의 인공 앨로페인질 광물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히 말하면 동식물의 생육에 필요한 앨로페인(allophane)질 광물을 석탄이나 산업폐기물의 소각 후 그 회로부터 인공적으로 앨로페인질 광물을 제조할 수 있는 방법에 대한 것이다.
앨로페인질 광물은 규산질이 많은 화산의 용암이 분출할 때 방출되면서 냉각되어 고화된 다공질의 부석(浮石)이나 분출물이 퇴적된 화산회토양(火山灰土壤)에 함유된 광물질로서 활성 알루미나 와 활성 실리카 성분이 다량 함유되어 있으며, 불안정하여 쉽게 풍화(침식)되어 2차 광물로 전환하면서 동식물의 생육과 부식물질생성 미생물과 같이 세포조직이 경조직(硬組織)인 미생물이나 세포핵에 광물질 성분이 많은 토양미생물의 생육에 필요한 광물질의 공급이 용이하며, 또한 광물질 요구량이 높은 미생물의 경우에는 양질의 담지체 역할을 한다.
그러므로, 앨로페인질 광물은 인공부식물질의 제조, 생물탈취법, 음식물찌꺼기나 축산분뇨의 퇴비화, 음용수 개량, 환경친화형 콘크리트, 원예작물의 오·폐수처리 등 여러 분야에 유용하게 적용될 수 있다.
그러나, 국내에서는 오직 제주도에서의 부석(浮石)이 소량 출토되고 있으나 이 부석은 앨로페인의 함량이 낮아 상업적 가치가 없다. 그래서 화산국가인 일본 등지로부터 전량 수입에 의존하고 있다.
일본의 경우 나가사끼지방 등의 산성 화산회 토양에 다량 함유되어 있는데, 이 산성화산회토양은 pH가 아주 낮으면서 인산고착능력이 크기 때문에 농작물 재배에는 아주 부적합하나 광물질을 용이하게 용출할 수 있는 장점이 있다.
본 발명자는 석탄회나 쓰레기 소각회에도 규산질이 많이 내포되어 있다는 사실에 착안하여 집중 연구를 경주한 바, 상술한 바와 같이 현재 국내에서는 양질의 앨로페인질 광물은 거의 생산되지 않고 거의 전량 수입에 의존하고 앨로페인질 광물을 이들 폐기물의 재로부터 제조할 수 있음을 알게 되었다.
즉, 본 발명에서는 석탄회나 일반 산업쓰레기를 소각한 후 단순히 폐기물로 배출되는 회를 천연산보다도 우수한 유가의 앨로페인질 광물로 자원화할 수 있어 외화절약과 더불어 폐자원을 재활용화 할 수 있는 획기적인 방안을 개발하게 되었다.
본 발명에 따르면, 석탄이나 쓰레기 소각후의 회를 pH 2∼4의 탄산(H2CO3)이나 황산으로 95∼150℃에서 가열·교반하는 반응을 2∼4시간동안 진행하여 비정질화수의 앨로페인질 광물로 전환한 후 탈수 및 수세를 한 다음 건조함으로써 석탄회 및 소각회로부터의 인공 앨로페인질 광물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 앨로페인질 광물은 통상 분말상태로 제조되나 필요에 따라서 펠릿형(pellet-type)이나 볼형(ball-type)으로 성형가공된 후 건조하여 광물질 공급용으로 사용되기도 한다.
이러한 활성화 규산이 함유된 앨로페인질 광물은 천연에서는 알루미노규산염 (aluminosilicate)광물이 화산활동의 고열에서 에너지를 받음으로써 무수 비정질의 활성화 규산염으로 생성되며, 이것이 수분의 존재하에서 수소이온을 방출하여 산성화되면서 비정질화수의 활성화 규산알루미늄(aluminum silicate)으로 생성된다.
석탄 중에는 상당량의 연소가 불가능한 규산질 광물이 함유되어 있는데 역청탄의 경우 8∼15％, 국내 무연탄의 경우 26∼50％정도의 석탄회를 연소 후 발생하며, 일반 산업폐기물을 소각한 후에도 상당량의 규산질 광물의 회가 발생한다.
석탄이나 산업폐기물의 연소시 연소온도는 광물질의 융점(약 1425℃)이상인 1500∼1700℃이다. 이때 연소되지 않은 회성분은 물엿과 같은 상태로 용해된다. 이와 같이 녹은 성분은 공중에 날리면서 표면장력의 작용에 의하여 구(球) 모양으로 된다. 즉 이것은 온도가 떨어지면서 구형으로 굳어지게 되며 프라이 에시(fly ash)의 경우 그 크기는 1∼200미크론 범위이다.
석탄회의 경우 성분조성은 연료석탄의 종류와 연소조건에 따라서 다소 차이가 있으나 대개 산화규소(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3)이 70∼80％정도 존재하며 나머지는 산화칼슘(CaO), 산화철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화나트륨(Na2O), 산화칼륨(K2O), 산화티탄(TiO2) 등이 소량 함유되어 있는데, 이는 토양이나 점토의 조성과 유사하다.
그러나, 이때 생성된 회가 토양이나 점토와 다른 점은 토양이나 점토광물은 결정질의 규산염광물인데 반해서 회의 경우는 연소시 에너지를 받아 용융물의 상태에서 급냉하면서 대개가 무수의 비정질 글라스(glass)상으로 되면서 규산과 알루미늄 등이 활성화되어 있는 것이다.
이와 같은 회와 앨로페인질 광물은 비정질의 규산알루미늄을 주 성분으로 되어 있으며 그 구조는 Si-O-Al의 결합체로 앨로페인과 유사성이 있으나, 회의 경우는 앨로페인과 달리 -OH기를 거의 함유하고 있지 않은 무수물인 점이 서로 상이하다.
따라서, 상기한 본 발명에 따라서 석탄회나 소각회와 같은 비정질 무수규산알루미늄을 산성수용액에서 95∼150℃의 고온으로 가열교반 반응을 하면 비정질화수 규산알루미늄인 앨로페인질 광물로 전환된다.
이때 탄산이나 황산을 사용하여 pH를 2∼4로 조정한 다음 가열교반반응은 온도에 따라 2∼4시간 동안 진행되는 것이 바람직하다.
또한, 반응온도를 95℃로 할 경우 반응속도가 저조하여 부적당하며 상한인 150℃를 상회할 경우 고압이 필요하므로 시설비가 비싸게 든다. 그러므로 상기 범위내의 온도를 유지해 주는 것이 필요하다.
이하 본 발명의 특징을 보다 용이하게 이해할 수 있도록 하기 위하여 바람직한 일 실시례를 들어 기술하나 본 발명은 이에 한정되지 않고 수반된 특허청구의 범위 및 본 발명의 범주 내에서 수정 및 변경이 가능함은 분명하다.
(실시례)
석탄을 1500℃의 노에서 연소한 후 남은 재를 회수하여 pH 3인 황산을 사용하여 95℃로 가열 교반하면서 3시간동안 진행하였다.
얻어진 비정질화수의 앨로페인질 광물을 탈수 및 수세를 하고 건조하여 인공 앨로페인질 광물 분말을 제조하였다.
생성된 앨로페인질 광물의 분말을 일정량을 취하여 인공부식물질 생성 및 부식화 미생물 배양에 적용하였으며, 대조를 위하여 동일한 양의 천연 앨로페인질 광물의 분말을 상기와 같은 방식으로 적용해 본 바, 미생물 배양효율측면에서 본 발명에 따른 인공 앨로페인질 광물이 천연 앨로페인질 광물보다 오히려 우수한 성능을 나타내었다.
이와 같이 본 발명에 의하면 현재 전량 수입에 의존하고 있는 앨로페인질 광물을 석탄회나 소각회와 같은 폐기물로부터 얻을 수 있어 폐기물을 유가의 상품으로 자원화할 수 있고 나아가서는 해외에 수출도 할 수 있어 외화절감은 물론 획득도 가능함으로써 일거 삼사득의 효과가 기대된다.
Claims (3)
- 석탄이나 쓰레기 소각후의 회를 pH 2∼4의 탄산이나 황산으로 95∼150℃에서 가열·교반하는 반응을 2∼4시간동안 진행하여 비정질화수의 앨로페인질 광물로 전환한 후 탈수 및 수세를 한 다음 건조하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 석탄회 및 소각회로부터의 인공 앨로페인질 광물의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 앨로페인질 광물이 분말상태로 제조되는 것을 특징으로 하는 석탄회 및 소각회로부터의 인공 앨로페인질 광물의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 앨로페인질 광물이 상기 탈수 및 수세공정 후 펠릿형이나 볼형으로 성형가공된 후 건조되는 것을 특징으로 하는 석탄회 및 소각회로부터의 인공 앨로페인질 광물의 제조방법.
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