KR100599241B1 - 제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법에 관한 것으로, 제오라이트를 주체로 이를 분쇄하여 분말을 만들고 여기에 약간의 보조재료를 첨가한 후 과립으로 성형하여 소성함으로써 투수성을 극대화하고 아울러 보수성과 보비력을 향상시킨 것이다.

이를 구현하기 위한 본 발명은, 제오라이트 광물을 분쇄하여 35-400# 분말로 만드는 단계, 상기 분말을 과립기에 통과시키면서 바인더를 분무하여 과립성형물로 만드는 단계, 상기 과립성형물을 소성로에 투입하여 800-1100℃로 소성시키는 단계, 상기 소성된 과립성형물을 0.1-3㎜ 입자크기로 선별하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제오라이트, 투수성, 보수성, 보비력, 피트모스, 코코피트, 바인더, 소성

Description

제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법 { Manufacturing method for soil conditioner using zeolite }

도 1은 본 발명에 의한 제조방법을 나타내는 절차흐름도,

도 2는 실험예 1의 입자형상 비교사진,

도 3은 실험예 2의 보수력 비교사진이다.

본 발명은, 제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제오라이트를 주체로 이를 분쇄하여 분말을 만들고 여기에 약간의 보조재료를 첨가한 후 과립으로 성형하여 소성함으로써 투수성을 극대화하고 아울러 보수성과 보비력을 향상시킨 토양개량제 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 식물의 지탱과 원활한 양분·수분의 공급을 위한 좋은 토양의 요건으로는 투수성(透水性), 보수성(保水性), 보비력(保肥力;땅이 비료를 오래 지니는 힘)을 적절하게 구비해야 하며, 위와 같은 특성이 구비된 좋은 토양을 만들기 위한 토양개량제로서 다양한 재료가 사용된다.

예를 들어, 골프장 그린에는 배수성을 위하여 모래를 사용하는 강 샌드그린 방식이 이용되고 있는데, 주로 강사나 하천사등의 모래를 사용함으로 인해 보수성이 저하되는 문제가 있고 이를 보완하기 위하여 피트모스(3,000년 이전의 물이끼가 지하수위가 높아져 혐기상태로 퇴적된 유기물), 코코피트(열대지방 야자수의 섬유물질 가루)를 사용하며, 보수성과 투수성를 동시에 보완하기 위해서는 펄라이트, 경량골재, 세라믹소재를 사용하고, 보비력의 개선을 위해서는 제오라이트 등이 사용된다.

위와 같은 물질을 포함하여 토양개량제로 사용되는 자재는 통상 소토사 또는 배토사로 대별되며 현재 모래, 규사, 맥반석, 규조토 조립품, 보라스, 다공성 세라믹 등이 있다. 그러나 이러한 재료들은 각각 장단점을 갖고 있으나, 투수, 보수, 보비력등의 종합적인 기능은 구비하지 못한 문제가 있다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저 규사등의 자재는 모래와 유사한 성질을 가지며 보비력, 보수성이 낮고, 모양이 일정하지 않아 답압에 취약하다. 다음으로 맥반석 등 자재는 골재상이라 하더라도 투수성이 떨어지며 사용시 상토층의 비중을 높이는 단점이 있으며 모래보다 보비력이나 보수성이 약간 높은 정도에 불과하고 모래등과 마찬가지로 모양이 모가 나 있어 답압에 약하다. 한편 규조토 조립품은 규조토를 점토를 바인더로 하여 조립한 제품으로, 보수성이 우수하고 모래 사이즈의 크기에서는 투수성이 모래보다는 약간 우수한데 비해 골재사이즈의 크기에서는 투수성이 매우 높고, 이러한 특성은 2mm 이상의 골재에서는 공히 나타나는 현상이다. 그러나 규조토 조립품은 규조토의 특성상 보비력에 문제가 있다. 다음으로 보라스, 펄라이트 등의 다공성소재는 입자를 열처리로 팽창시켜 만들어지는 개량제로 비중이 가벼우며 보수성이 높고 투수성이 우수한 장점을 갖고 있으나 그린규격에 상응하는 모래사이즈에서는 이러한 물성을 유지하지 못하고 잘 부서지는 단점이 있어 궁극적으로는 답압에 약하다. 또한 세라믹개량제는 황토나 점토질 흙을 이용하여 조립화 된 토양개량제로, 투수성이 우수한 장점이 있으나 비중이 무겁고 보수성이 약한 단점이 있으며 또한 고가이고 보비력이 낮은 단점이 있다. 기타 주물사 및 슬라그등을 폐자원 활용한 조립품이 특허출원 되어 있으나 비중이 무겁거나 보수성 및 투수성에서 단점을 내포하고 있다.

상기에서 살펴 본 바와 같이, 현재 사용 중인 광물질 토양개량제는 어느 한가지만으로는 투수성, 보수성, 보비력면에서 동시에 우수한 특성을 나타내는 재료가 없어 이를 단일 소재로 통합하고, 또한 규조토 조립품이나 기존의 세라믹 토양 개량제는 가격이 높다는 단점이 있으므로 가격 경쟁력을 갖춘 토양개량제의 개발이 시급한 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 보수, 보비력에 비하여 투수성이 떨어지는 제오라이트를 이용하여 이를 과립으로 성형하여 소성함으로써 투수성을 극대화하여 토양개량제에 필요한 모든 특성을 동시에 구비한 제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명 제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법은, 제오라이트 광물을 분쇄하여 35-400# 분말로 만드는 단계, 상기 분말을 과립기에 통과시키면서 바인더를 분무하여 과립성형물로 만드는 단계, 상기 과립성형물을 소성로에 투입하여 800-1100℃로 소성시키는 단계, 상기 소성된 과립성형물을 0.1-3㎜ 입자크기로 선별하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 방법에 있어서, 상기 분말을 만드는 단계는 제오라이트 분말에, 규조토, 황토, 점토, 맥반석, 벤토나이트 중에서 선택된 1종 이상의 보비력 및 보수성 증가를 위한 보조재료 또는 생석회, 소석회, 마그네사이트, 수산화마그네슘, 돌로 마이트, 탄산칼슘 중에서 선택된 1종 이상의 보비력 및 강도 증가를 위한 보조재료를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 방법에 있어서, 상기 보조재료는 제오라이트 분말에 5-30중량%로 혼합되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 주체가 되는 제오라이트(Zeolite)는 장석(feldspar)류 광물의 일종으로 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물(水化物)인 광물을 총칭한다. 제오라이트는 내부에 있는 나노크기의 세공 속에 물분자들을 채울 수 있고 결정 구조적으로는 각 원자의 결합이 느슨하고 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 있기 때문에 다른 미립물질을 흡착할 수 있어, 일정 수준의 보수성과 보비력을 갖추었으며 종래에는 천연 제오라이트 광물을 분쇄하여 분말상태로 토양에 사용되었다. 그러나 제오라이트는 보수성과 보비력에 비하여 투수성이 떨어지는 문제가 있었으며, 본 발명은 제오라이트를 과립으로 성형하여 소성함으로써 이러한 문제를 해소한 것으로, 본 발명에 의한 구체적인 제조과정은 도 1을 참조하여 살펴보도록 한다.

먼저 제1단계(S10)에서는 제오라이트 분말을 만든다. 제오라이트는 신생대 3기층의 화산재가 속성 작용을 받아 생성된 것으로 국내에는 clinoptilolite라 불리는 천연 제오라이트 광물이 다량 매장되어 있으며, 이와 같은 천연 제오라이트로 채굴된 것을 분쇄하여 35-400#의 분말을 준비한다. 여기서 제오라이트의 화학적 성분은 정밀하게 일정한 것은 아니나 대체로 SiO₂(65-75%), Al₂O₃(8-15%)를 주성분으로 하며 치환성 K(0.2%)등을 포함한 기타의 물질로 구성된다.

상기 제오라이트 분말에는 소량의 보조재료가 혼합될 수 있다. 상기 보조재료는 보비력이나 보수성을 증가시킬 수 있는 광물과 보비력이나 강도를 증가시킬 수 있는 화합물이 있으며, 전자에 해당하는 것이 규조토, 황토, 점토, 맥반석, 벤토나이트이고 후자에 해당하는 것이 생석회, 소석회, 마그네사이트, 수산화마그네슘, 돌로마이트, 탄산칼슘과 같은 칼슘 및 마그네슘화 계열의 재료이다. 상기 두 가지 종류의 보조재료는 단독으로 사용되거나 또는 동시에 사용될 수 있고, 제오라이트의 단점을 보완하는 역할로서 족하므로 소량(5중량%)만 사용해도 충분하며 최대로 30중량%을 넘지 않는 범위에서 사용해야 한다.

다음 제2단계(S20)에서는 상기 분말을 과립성형물로 만든다. 이를 위해 제오라이트 또는 여기에 보조재료가 첨가된 분말을 과립성형기에 투입하면서 바인더를 분무하여 적정 크기의 구형으로 입상화시킨다. 상기 바인더로는 통상적으로 바인더 또는 점결제로 사용되고 있는 물 또는 물유리, 규산소다, 액상규산칼슘, 당밀, 전 분등이 공히 사용될 수 있다.

다음 제3단계(S30)에서는 과립성형물을 소성한다. 소성시에는 로타리킬른 등의 소성로에서 약 800-1100℃의 고온으로 10분-1시간 제오라이트 과립성형물을 소성한다. 일반적으로 소성(firing)이란 성형체(成形體)를 로(kiln)안에서 가열처리하여 유리질 또는 결정질의 결합물을 생성시켜서 그 물질이 희망하는 성질을 부여하는 공정을 의미하며, 통상 어떤 형상을 지니고 있는 성형체에, 가소성(可塑性) 상태로부터 돌처럼 단단한 상태로 되게 하거나, 경도·강도·내마모성·내식성(耐蝕性) 등의 성질을 부여하거나, 상(相)의 변화 또는 화학반응을 일으키는 등의 복잡한 변화가 수반된다. 본 발명은 이러한 소성의 특성을 제오라이트에 응용한 것으로, 구형으로 조립되어 큰 표면적을 가지게 된 상태에서 고온으로 가열됨으로써 견고하게 굳어지고 다공성이면서 투수성이 크게 향상되는 것이다.

마지막 단계(S40)에서는 상기 소성된 과립성형물을 필요한 크기로 선별한다. 시중에 주로 사용되는 토양개량제의 크기는 0.1-3㎜ 이므로, 이러한 크기의 소성물을 진동체를 이용하여 선별하게 된다.

위와 같은 공정으로 제조된 토양개량제는, 그대로 토양에 사용될 수 있으며 또는 가격 문제를 고려하여 모래에 약 20% 정도만을 혼합하여 사용해도 충분한 효과를 나타낼 수 있다.

이하 본 발명을 활용한 토지개량제 개발품과 시중에 유통 중인 제품의 성능을 비교한 실험예를 살펴본다.

<실험예 1>

본 실험예 1은, 보조재료를 사용하지 않은 제오라이트 분말만을 단독으로 조립 소성한 것과 제오라이트 분말에 5-30%의 칼슘 화합물을 혼합하여 조립 소성한 것을 기존에 시판중인 일본의 타사제품 등과 비교한 것이다.

도 2는 본 실험예에 의한 입자형상의 비교사진으로 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 개발제품은 입자형상이 일본제품에 비해 구상에 가까움을 알 수 있다. 그런데 각이 지고 끝이 뾰족한 모래(입자)는 토양의 공극량을 감소시키고 토양을 고결화시켜 토양이 과습하게 되어 투수성과 통기성을 감소시키는데 비해, 구상제품은 고결 및 답압에 강하고 탄력성이 있어 부등 침하가 적으면서 토양의 배수성을 개선하여 투수성과 통기성을 향상시킨다.

하기의 표 1a는 본 발명의 제품과 유통 중인 일본 제품의 투수계수를 측정하여 비교한 것이고, 표 1b는 입도에 따른 투수계수를 측정하여 비교한 것이며, 표 1c는 모래와 혼합한 경우 투수계수의 비교표이다.

※ 답압 후 투수계수 : 1Kg의 힘으로 10회 다진 조건

표 1a 및 표 1b에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 개발품은 일본제품에 비해 투수계수가 커서 투수성이 우수하며, 모래에 20% 정도 혼합하여 사용하는 경우에도 모래로 된 토양의 투수성을 개선하는 효과가 크다는 것을 알 수 있다.

<실험예 2>

본 실험예 2는, 상기 실험예 1의 제품에 대한 보수력을 시험한 것이다.

도 3은 본 실험예의 보수력 비교사진으로, 본 발명의 제품과 유통 중인 일본 제품의 보수력을 쉽게 비교하기 위해 스파트필룸을 대상으로 고사시험을 한 결과에 대한 사진이다. 즉, 모래만 사용된 것과 모래와 본 발명의 토양개량제가 8:2의 부피비로 혼합된 것과 모래와 유통 중인 일본제품을 8:2의 부피비로 혼합 한 것을 대상으로 스파트필룸을 물로 포화시켜 준 후, 단수에 들어가기 전에 촬영된 사진과 단수 후 15일째에 촬영된 사진이다. 도 3에서, 본 발명을 사용한 경우에 식물의 생육상태가 가장 좋음을 확인할 수 있으며, 이는 본 발명 제품에 대한 보수력의 우수성을 나타낸다. 일반적으로 모래의 보수력은 1-2정도이며, 본 발명의 제품은 기공율이 60%이상이며 표 2와 같이 보수력이 30%이상인 특성을 가지고 있어 식물의 수분공급을 원활하게 할 수 있다.

이상으로, 본 발명 제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 토양개량제에 대하여 바람직한 실시예에 따라 예시 도면에 의거하여 살펴보았지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명의 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명 제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법에 의해 제조된 토양개량제는 보비력이 크고 다공성인 제오라이트 분말을 활용하여 보조재료를 첨가하고 조립, 소성하는 공정을 거치게 되므로, 큰 표면적을 가지게 되는 동시에 균일 구상의 형상을 하기 때문에 다공성이면서 투수성이 우수한 효과가 있다.

이러한 토양개량제가 적용되는 일례로 골프장이 있으며, 종래 골프장을 조성하거나 보수시 모래이외의 투수성 개선제로 규조토 조립품이 널리 사용되었으나 가격이 비싸고 잘부스러지는 문제가 있었는데, 본 발명은 투수성이 우수하고 잘 부스러지지 않은 특징을 가지므로 골프장을 비롯하여 좋은 배수성이 요구되는 운동장 등에 규조토 조립품을 대체하여 투수성 개선 효과가 높은 토양개량제로 활용될 수 있다.

Claims (4)

1. 제오라이트 광물을 분쇄하여 35-400# 분말로 만드는 단계;

   상기 분말을 과립기에 통과시키면서 바인더를 분무하여 과립성형물로 만드는 단계;

   상기 과립성형물을 소성로에 투입하여 800-1100℃로 소성시키는 단계;

   상기 소성된 과립성형물을 0.1-3㎜ 입자크기로 선별하는 단계를;

   포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분말을 만드는 단계는 제오라이트 분말에;

   규조토, 황토, 점토, 맥반석, 벤토나이트 중에서 선택된 1종 이상의 보비력 및 보수성 증가를 위한 보조재료 또는;

   생석회, 소석회, 마그네사이트, 수산화마그네슘, 돌로마이트, 탄산칼슘 중에서 선택된 1종 이상의 보비력 및 강도 증가를 위한 보조재료를;

   혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 보조재료는 제오라이트 분말에 5-30중량%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 제오라이트를 이용한 토양개량제 제조방법.
4. 삭제

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