KR100750351B1 - 황토를 이용한 게르마늄 함유수의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연계 지표면에 분포하는 황토 및 복용간으로부터 게르마늄 함유수를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 황토나 복용간을 뭉쳐 경단을 만드는 단계; 상기 경단을 실온에서 24시간 이상 자연 건조하거나 열을 가하여 건조하는 단계; 상기 경단을 750-930℃로 30-60분 동안 가열하여 적열화하는 단계; 적열 상태인 상기 경단을 침수시켜 산화게르마늄을 추출 유기하는 단계; 및 상기 추출된 게르마늄 함유수를 여과하는 단계로 구성된다.

수용성 게르마늄. 적열. 면역체계. 복용간. 황토. 경단.

Description

황토를 이용한 게르마늄 함유수의 제조방법{Method of manufacturing germanium-containing water from yellow soil}

본 발명은 자연계 지표면에 분포하는 황토로부터 게르마늄 함유수를 제조하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 복용간을 포함하는 황토를 경단 형태로 적열시켜 물에 침수시킴으로써 산화된 유기 게르마늄 함유수를 고효율로 제조하고, 인체에 유익한 작용을 하는 게르마늄을 환경친화적이고 경제적으로 이용할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.
게르마늄은 주기율표 제4B족에 속하는 탄소족 원소로서 원소 기호 Ge, 원자번호 32, 녹는점(융점) 958.5℃, 끓는점(비점) 2700℃의 아금속 원소이며, 지각속 자연계에 넓고 얇게 분포되어 있고 특정 식물에도 함유되어 있는 것으로 알려져 있다. 게르마늄은 공기 중에서는 안정하지만 적열, 즉 빨갛게 달구어진 상태 이상으로 가열하면 산화하는 성질을 갖는다.
게르마늄 중 광물성 게르마늄은 인체에 섭취될 수 없어 전자회로 및 공업용 원료로 사용되지만, 유기 게르마늄은 무해 무독하여 인체에 적용할 수 있으며, 최근에는 그것이 인체에 대하여 다양한 작용, 즉 면역력 강화작용, 독성물질 제거작용, 중금속 배출작용, 혈류촉진작용, 산소공급작용 등을 하는 것으로 알려져, 의약 분야는 물론 미용, 건강 식품 관련 분야에서 널리 연구 및 응용되고 있다.
이러한 게르마늄을 추출하기 위한 종래의 방법은, 먼저 황화광물 제련시 부산물로 게르마늄을 얻는 방법이 있다. 즉, 게르마늄 함유석을 태워 산화물을 만들고 석탄과 식염을 가하여 소결하면 게르마늄과 카드뮴이 휘발분으로 나오는데, 이를 황산에 흡수시키고 아연말을 사용하여 카드뮴을 제거하고, 건조 및 배소시킨 다음 염산과 증류하여 염화게르마늄을 석출시켜 얻는 것이다.
또, 석탄 연소시 연탄을 모으는 방법으로 탄산나트륨과 석회를 가하고 산화 구리를 혼합 가열하면 그 광재에 게르마늄이 모이는데, 이 광재를 가루로 만들어 염소를 통과시키면서 염화철의 수용액 속에서 염산과 황산을 가하여 증류하면 염화 게르마늄을 얻을 수 있다.
그러나 이러한 종래의 방법에서 게르마늄은 분말 형태의 염화물로서 얻어지기 때문에, 이를 인체에 적용하거나 그 밖의 용도로 사용하기 위해서는 또 다른 가공 과정을 거쳐야 하므로 경제적이지 못하고 적용 범위가 제한될 수 밖에 없었으며, 염화게르마늄을 얻게 되기까지의 공정도 간단하지 않고, 화학물질을 재료로서 이용하여야 하므로 작업수행시 상당한 주의가 필요하며, 시설투자 비용이 소요된다는 점에서 그 적용에 한계가 있었다.
한편, 2001. 7. 2자 등록된 국내 특허 제302277호(특허출원 제10-1999-31010호)는 천연 게르마늄 광석으로부터 게르마늄 함유수를 제조하는 방법으로, 0.36-1.05 게르마늄이 함유된 천연 광석을 200-250 메쉬로 분쇄하고, 상기 분쇄물을 100-110℃에서 1-2시간 건조시킨 후 공기 중에서 냉각시키고, 이를 1050-1100℃에서 4-5시간 소성 처리하여 소성된 시료를 공기 중에 냉각시킨 후, 상기 시료가 0.5-1kg/L가 되도록 증류수를 가하여 30-40분간 교반하여 이를 여과하는 단계로 구성되는 게르마늄 함유수의 제조방법을 개시하였다.

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그러나 상기 선행 특허 방법의 경우, 천연 게르마늄 광석을 직접 원료로서 사용함으로써 원료수급에 한계가 있을 수 있으며, 게르마늄 원석을 분쇄하고 1000℃가 넘는 고온의 소성 과정을 거침으로써 제조비용이 과다하게 소요되며, 증류수를 이용하여 게르마늄 원석 분쇄물로부터 직접 게르마늄을 추출한 다음 여과하므로 미세분말액의 형태인 생성물을 음용수로서 이용하기에는 부적절하다는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 게르마늄 함유수의 원료로서 천연 게르마늄 광석을 이용하지 않고 자연계의 지표면에서 흔히 이용가능한 황토와 복용간을 이용하여 환경에 영향을 주지 않으면서도 저렴하게 게르마늄 함유수를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 게르마늄 원석을 분쇄하거나 1000℃ 이상의 고온의 소성 온도 조건을 필요로 하지 않고, 750-930℃ 정도의 적당한 온도범위에서 경단 형태로 성형한 황토 및 복용간을 열처리하여 적열 상태에서 최대의 유기 산화 게르마늄이 추출되도록 함으로써, 종래 기술에 비하여 작업 공정 및 비용 면에서 경제성을 도모할 수 있는 게르마늄 함유수의 제조방법을 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 황토를 이용한 게르마늄 함유수의 제조방법은 황토나 복용간을 뭉쳐 경단을 만드는 단계; 상기 경단을 실온에서 24시간 이상 자연 건조하거나 열을 가하여 건조하는 단계; 상기 경단을 750-930℃로 30-60분 동안 가열하여 적열화하는 단계; 적열 상태인 상기 경단을 침수시켜 산화게르마늄을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 게르마늄 함유수를 여과하는 단계로 구성된다.
상기에서 여과에 의해 게르마늄 함유수를 분리하고 나면, 경단 형태의 황토 및 복용간과 미세 분말로 이루어진 황토 침전물이 얻어지는데, 이를 교반하여 미립자 상태로 화장품의 원료물질로 이용하면 피부에 산소공급 작용을 할 수 있으며, 피부 보습제로서도 이용할 수 있고, 기타 식품첨가제 및 건강보조식품의 첨가물과 같이 제조물의 기능성 원료로서도 이용가능하다.
또한, 상기 제조방법에서 침수시키는 적열 상태의 경단의 양을 조절함으로써 분야별 용도에 따라 게르마늄 함유수내의 게르마늄 함유 농도를 조절할 수 있다.
본 발명에서 얻어지는 산화 게르마늄은 20-30시간 내에 소변으로 완전 배출되므로 인체에 부작용을 일으킬 염려가 없다.
본 발명은 게르마늄 함유수의 원료로서 종래 기술과 같이 천연 게르마늄 광석을 이용하지 않고 지표면의 오염되지 않은 황토 및 복용간을 이용함을 특징으로 한다. 복용간은 고열을 가했다가 식히는 과정을 수차례 반복한 황토를 말하며 보통 아궁이 속의 흙에서 채취되는데, 종래 문헌에 의하면 어지러움 증세나 토혈 및 중풍의 치료제로 효험을 갖는 것으로 기재되어 있다.
또한 본 발명은 황토 및 복용간을 닭알 크기의 경단으로 만들어 사용한다. 이는 경단 형태로 뭉쳐서 이용하지 않고 황토를 그대로 이용할 경우 추후 적열화하는 과정에서 열처리를 위해 온도 조절하기가 매우 어렵고, 열처리 후 빨리 식어버려서 게르마늄 추출 효율을 떨어뜨릴 수 있으며, 열처리 후 게르마늄을 추출하여 여과하는 과정을 실시하기도 사실상 매우 곤란해지기 때문이다. 즉, 경단 형태로 황토 및 복용간을 뭉쳐서 이용할 경우 적열화하기가 용이하고 전체 제조공정을 수월하게 진행할 수 있게 되며 게르마늄 추출 효율도 높아질 수 있는 것이다.
본 발명에서 황토 및 복용간을 경단으로 만들 때 특별한 접착물질은 필요하지 않다. 이는 황토 자체의 결찰력에 의해 접착물질 없이도 뭉쳐지기 때문이다.
이렇게 만들어진 경단은 공기가 잘 통하는 실온에서 24시간 이상 자연 건조하거나 열을 가하여 건조하고, 건조된 경단은 로(furnace)에 적당량 투입하여 750-930℃로 30-60분 동안 가열하여 적열 상태(빨갛게 되도록 달군 상태)가 되도록 한다.
적열시 가열 매체는 숯, 석탄, 전기, 가스 등을 이용할 수 있으며, 상기 매체에 따라 숯로(백탄로), 전기로, 가스로 등의 적당한 로를 선택하여 사용한다.
상기에서와 같이 경단의 적열 온도를 750-930℃로 하는 이유는 경단이 적열되는 최저 온도가 750℃부터이며 게르마늄의 산화 온도 시점도 750℃이고, 반대로 958.5℃(융점, 녹는점)가 넘으면 게르마늄이 녹아 잉곳 형태로 변하여 산화할 수 없게 되기 때문이다.
상기 온도범위로 경단을 적열화하면 경단에 분포하고 있던 게르마늄 원소가 산화하려는 불안정 상태에 이르게 된다.

이 때(적열상태) 경단을 물에 완전 침수시키면 물이 끓으면서 경단 내부에 급속히 수분이 침투하고 고열에 의해 적열된 경단내 수분이 팽창 증발하면서 경단 외부로 증기가 유출된다.

이와 동시에 경단 속에 포함된 산화된 불안정한 게르마늄 원소도 팽창된 수분과 함께 경단 외부로 유출되어 물속에 산화된 상태로 다량 분포하여 녹게 된다.

이 때 게르마늄 함유 농도를 높이려면 물에 대한 경단의 양을 가감 조절하면 된다.
이렇게 만들어진 게르마늄 함유수를 여과기를 통하여 여과함으로써 게르마늄 함유수를 얻는다.
여과 후 발생되는 부산물(침전물) 중 미립자 상태의 부산물은 침전 후 교반 과정을 거쳐 달리 제조되는 제조물의 촉진 원료로 재사용이 가능하며, 게르마늄 함유수는 분야별 사용 적합 유무에 따라 기능활성촉진 보조재료 및 음용수로 사용할 수 있다.

본 발명의 제조방법을 실행하는데 필요한 기구 및 재료들은 다음과 같다.

A. 지표면의 오염되지 않은 황토 및 복용간을 닭알(계란) 크기로 만든 경단.

B. 적열을 가할 수 있는 로(전기로, 가스로, 숯(백탄)로)

C. 오염되지 않은 지하수(샘물)

D. "C"를 담을수 있는 용기

E. 여과 장치

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본 발명의 제조방법에 따라 얻어진 게르마늄 함유수의 농도를 알아보기 위하여 아래와 같이 시험하였다. 다음의 분석 결과는 국가분석 공인기관인 인하대학교 초정밀 생물분리 기술연구센터에 의뢰하여 실시한 것이다.

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<실험 1>

게르마늄 함유수 추출 조건

1. 표준 시료 조건

1) 게르마늄 원석 : 1.70kg

2) 황토경단 : 1.60kg

3) 표준수(샘물) : 각각 8리터

4) 적열온도 : 750 - 930 ℃

5) 적열시간 : 30분-60분

위와 같은 조건으로 게르마늄 함유수를 제조하여 표준수(샘물) 2리터, 게르마늄 원석 추출물 2리터, 황토경단 추출물 2리터로 구성된 3가지 시료를 제공하여 다음 실험 2와 같이 분석하였다.

<실험 2>

게르마늄 함량 분석

분석기관 : 인하대학교 (초정밀 생물 분리기술 연구센터)

분석장비 : ICP-M,S

분석일자 : 2004년 8월 12일

표준수(샘물) 및 추출 시료 분석결과

분석대상 게르마늄: 자연계에 분포하고 있는 5종류의 게르마늄, 즉 원자량 70(20.55%), 72(27.37%), 73(7.67%), 74(36.74%), 76(7.67%)) 중 가장 분포량이 많은 원자량 72와 74의 게르마늄만 분석하였다.

종류	Ge 함량분석 (ppb)		Ge 함량 합계 (Ge 72 + Ge 74)
	Ge 72	Ge 74
표준수(샘물)	1.04	0.89	1.93
Ge 원석 추출액	12.36	11.64	24.00
황토경단 추출액	82.82	78.53	161.35

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위와 같이 2종류의 게르마늄(Ge 72, Ge 74) 함량을 분석한 결과 황토경단 추출액의 경우 표준수(샘물)에 비해 160배, 게르마늄 원석 추출액에 비해 7배 정도의 게르마늄이 추출되었음을 알 수 있었다. 따라서 자연계에 존재하는 5가지의 게르마늄이 전부 추출된다고 할 경우, 표준수(샘물)에 비해 황토경단 추출액의 게르마늄 함량 비율은 200배 이상이 될 것으로 추정할 수 있을 것이다.

본 발명에서는 과대한 시설투자와 화학적 재료를 사용치 않으면서 친환경적인 방법으로 양질의 게르마늄 함유수를 제조함으로써, 종래 기술에 비하여 작업 공정 및 비용 면에서 경제성을 도모할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 게르마늄 함유수의 원료로서 천연 게르마늄 광석을 이용하지 않고 자연계의 지표면에서 흔히 이용가능한 황토와 복용간을 이용하여 환경에 영향을 주지 않으면서도 저렴하게 게르마늄 함유수를 제조할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 황토나 복용간을 뭉쳐 경단을 만드는 단계; 상기 경단을 실온에서 24시간 이상 자연 건조하거나 열을 가하여 건조하는 단계; 상기 경단을 750-930℃로 30-60분 동안 가열하여 적열화하는 단계; 적열 상태인 상기 경단을 침수시켜 산화게르마늄을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 게르마늄 함유수를 여과하는 단계로 구성되는 황토를 이용한 게르마늄 함유수의 제조방법.
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