KR101122761B1 - 광물을 이용한 친환경 제설제용 첨가물 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광물을 이용한 친환경 제설제용 첨가물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염화물계 제설제인 염화칼슘에 첨가되어 철의 부식, 수질 및 토양 오염 등을 불러일으키는 염화칼슘의 환경적 부작용을 완화시킬 수 있는 친환경 제설제용 첨가물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 염화칼슘을 포함하는 제설제에 1 내지 99중량%가 첨가되며, 견운모, 제올라이트, 규산염 광물을 포함하는 파우더로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 제설 효과가 뛰어난 종래의 염화물계 제설제와 함께 사용되어 염화물계 제설제의 장점은 그대로 살리면서도 철의 부식, 수질 및 토양의 오염을 불러일으키는 염화물계 제설제의 부작용을 완화시킬 수 있다.

Description

광물을 이용한 친환경 제설제용 첨가물 및 이의 제조방법{Eco-friendly additive using mineral for snow-removing agent and manufacturing method thereof}

본 발명은 광물을 이용한 친환경 제설제용 첨가물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염화물계 제설제인 염화칼슘에 첨가되어 철의 부식, 수질 및 토양 오염 등을 불러일으키는 염화칼슘의 환경적 부작용을 완화시킬 수 있는 친환경 제설제용 첨가물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

제설제는 눈의 어는점을 낮추어 내린 눈이 얼지 않고 녹도록 작용한다. 제설제로 주로 염화칼슘이나 염화나트륨 등의 염화물계가 쓰이고 있다.

종래의 제설 작업은 눈이 쌓이면 그 위에 고상 염화칼슘을 살포하고, 살포된 염화칼슘이 눈 속의 습기와 화학반응을 일으켜 반응열을 발생시킴으로써 주위의 눈을 녹이는 방식이었다. 종래의 염화물계 제설제는 제설작업의 효과가 뛰어나나 바닷물이나 석회석에서 추출한 독성이 강한 물질로 토양이나 식물의 염분도를 증가시켜 각종 환경문제를 야기하는 화학물질이다.

따라서 제설작업시 노면이나 교량에 살포되는 염화칼슘이나 염화나트륨은 염소이온이 존재하므로 철(Fe)과 반응하면 급격히 염화철(FeCl₂)를 형성해 자동차, 철근, 철골 구조물을 심각하게 부식시킨다. 염화칼슘은 매우 빠른 속도로 철을 부식시키며 콘크리트, 아스팔트 등도 부식시킴으로써 자동차, 교량은 물론 모든 도로시설물의 수명이 단축된다. 특히 교량 및 고가도로는 철 구조물로서 용접부위가 20~40배 빠른 속도로 부식된다는 연구결과가 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 염화칼슘은 물에 용해되어 하천 및 토양에 유입되면서 수질오염 및 토양의 산성화를 유발한다. 또한 각국 자료에 의하면 염화칼슘은 도로변의 초목, 나무, 채소 등 식물을 고사시키고 동물의 발과 피부에 피부병, 가려움증을 유발하는 등 환경에 피해를 주는 원인으로 알려져 있다.

이러한 염화칼슘의 폐해는 전문가들과 환경단체들에 의해 여러 차례 지적됐고 정부도 제설작업 시 염화칼슘 대신 환경친화 제설제를 사용토록 각 지차체에 권장했다. 이는 겨울철 제설작업 시 염화칼슘 사용으로 발생되는 도로시설물 부식, 인근 농작물 성장저해 및 하천오염 등의 문제점을 해소할 수 있는 환경친화적인 제설제의 사용을 내용으로 있다.

하지만 이에 대해 각 지자체는 친환경 제설제가 비싸기도 하지만 아직 국내에서 효과가 입증된 제품이 없으며 친환경 제설제로 대체 시 제설장비 자체를 교체해야 하는 등 예산 부담이 크다는 이유로 아직 소극적인 입장이다.

염화칼슘은 국산과 중국산, 일본산으로 크게 나뉘며 국내에서는 동양제철화학이 염화칼슘을 소량 생산하고 있지만 값이 비싼데다 전량 한국도로공사에 납품, 가격과 공급량 면에서 지자체가 구입하기 어려운 것으로 파악된다. 국산 염화칼슘은 25kg 한포에 1만원 내외, 중국산은 6천원선이라고 한다. 이에 비해 친환경 제설제가 염화칼슘보다 최고 10배 이상 비싼 것으로 알려져 있다.

소금 또는 염화칼슘을 원료로 하고 부식방지제를 첨가한 저부식성 제설제에 대한 연구가 공지되었다(대한민국 특허등록 제219190호, 1999). 염화칼슘 또는 소금을 사용하는 기존의 제설제에 부식방식제 또는 융빙촉진제 등을 첨가하는 방법이다. 부식방지제는 금속표면에 흡착되어 표면을 보호하여 부식을 억제시키는 역할을 하며, 융빙촉진제는 제설제와 함께 살포하여 용해시에 많은 열을 내는 화합물을 사용하거나 제설재가 융빙시에 계면을 활성시켜 제설속도를 증가시키는 역할을 한다.

그러나, 기존의 저부식성 제설재는 부식을 방지하기 위한 목적으로 첨가제를 과량 혼합하거나 환경유해성 여부를 간과하여 환경유해의 위험이 있으며 미국의 일부 주에서는 사용을 금하는 인산계염이 혼합되기도 한다.

이러한 이유로, 비염화물계 제설제인 유기염에 대한 연구가 최근 진행되고 있다. 대체 제설제로 환경친화적인 ‘알카오’(석회석, 초산, 모래의 화합물인 비염화물계 제설제)가 알려져 있다. 알카오는 주성분이 산성화한 토양을 중화시키는 생석회(산화칼슘)로 제설효과는 염화칼슘과 비슷하며 구조물에 주는 피해는 염화칼슘에 비해 적다. 다만 이 경우도 가격이 염화칼슘보다 3배 정도 비싸다.

이러한 이유로, 비염화물계 제설재인 유기염에 대한 연구가 진행되고 있으나, 현실성이 없는 가격과 초기 융설효과의 결여로 인하여 현실적으로 적용되기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 제설작업의 효과가 뛰어난 기존의 염화물계 제설제에 첨가되어 제설작업시 철의 부식, 수질 및 토양 오염 등을 불러일으키는 염화물에 의한 환경적 부작용을 완화시킬 수 있도록 광물을 구성성분으로 하는 친환경 제설제용 첨가물 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광물을 이용한 친환경 제설제용 첨가물은 염화칼슘을 포함하는 제설제에 1 내지 99중량%가 첨가되며, 견운모, 제올라이트, 규산염 광물을 포함하는 파우더로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 첨가물에는 게르마늄, 맥반석, 장석, 마그네슘, 석회석 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광물을 이용한 친환경 제설제용 첨가물의 제조방법은 견운모, 제올라이트, 규산염 광물의 원광을 준비하는 수급단계와; 상기 원광을 250 내지 350 메쉬 입도 크기로 분쇄하는 분쇄단계와; 상기 견운모 100중량부에 대하여 상기 제올라이트 40 내지 60중량부, 상기 규산염 광물 10 내지 20중량부를 혼합하는 혼합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합단계는 상기 견운모 100중량부에 대하여 게르마늄, 맥반석, 장석, 마그네슘, 석회석 중에서 선택된 하나 이상을 60 내지 100중량부를 더 혼합하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합단계 완료 후 얻어진 혼합물을 내부가 비닐 소재로 형성된 이중 봉투에 담아 포장하는 포장단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 광물을 이용한 친환경 제설제용 첨가물 및 이의 제조방법에 의하면 제설 효과가 뛰어난 종래의 염화물계 제설제와 함께 사용되어 염화물계 제설제의 장점은 그대로 살리면서도 철의 부식, 수질 및 토양의 오염을 불러일으키는 염화물계 제설제의 부작용을 완화시킬 수 있다.

그리고 본 발명의 첨가물은 천연적으로 산출되는 광물 원광을 분쇄하여 이용하므로 환경오염의 문제가 전혀 없는 친환경적인 제설제용 첨가물을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광물을 이용한 친환경 제설제용 첨가물의 제조방법에 대해서 설명한다.

견운모, 제올라이트, 규산염 광물의 원광을 준비하는 수급단계를 수행하여 파우더로 만든다.

견운모(sericite)는 단사정계(單斜晶系)족에 속하는 운모류 광물질의 한 종류로서 백색 또는 회백색의 진주광택이 있다. 원래는 결정편암, 특히 견운모 편암의 주성분 광물을 의미하는 것이나 오늘날 열수작용(熱水作用)으로 생긴 점토모양의 백운모를 가리키기도 한다.

견운모의 화학성분은 칼륨원자(Potassium)를 정점으로 하여 이를 받치는 산소원자(Oxide)와 이를 기저(Sheets)로 한 Al, Si원자 및 여타 금속과 수소(Hydrogen)등의 원자가 결합되어 극히 안정된 백운모(MICA, Muscovite)의 결정구조(Structure)를 이루고, 이 기본 결정구조에서 산소 및 칼륨 원자가 불규칙 치환되어 생긴 불특정 결정체라고 알려져 있다. 견운모는 이러한 결정체의 껍질구조(Structure Shell)이 호층 구조로 질서 있게 배열화 되어있는 천연 무기 고분자재료이며, 경도는 석고 다음으로 연질인 2 ~ 2.5정도의 값을 가지며, 고순도일수록 백색도가 높고, 천연분말 보다는 괴상형이 일반적으로 순도가 높다.

본 발명에서 이용되는 견운모의 주성분은 SiO₂ 54.20중량%, Al₂O₃ 26.70중량%, Fe₂O₃ 1.03중량%, CaO 1.10중량%, MgO 1.66중량%, K₂O 1.57중량%, Na₂O 9.44중량%이다.

이러한 견운모는 계면활성이 가장 높은 광물질로서, 원적외선 및 음이온과 각종 미네랄 성분을 함유하고 있어 고급 세라믹, 화장품 및 친환경 건축의 원료로서 각광을 받고 있는 물질이다. 특히, 견운모는 식중독의 독성을 해독시키는 역할을 하면 농약 성분의 해독과 중금속 배출 및 각종 중화제로 알려져 있고, 일반 독성물질을 중화시키는 제균 제독력이 가장 높은 광물이며 특히 중금속을 배출하는 특성을 가진 광물이다. 최근에 휘발성 유기화합물을 탈취하는 강력한 탈취작용을 하는 데, 필수광물로 친환경 광물이며 베럴리움이라는 원적원선과 음이온을 방출케하는 물질을 함유하고 강력한 항암역할을 하는 셀레륨이라는 항바이러스 물질을 가지고 있는 신비의 광물이다. 견운모는 활성도가 높은 고유의 특성 이외에도 상온에서 5 내지 20 마이크로 파장의 원적외선을 90%이상 방사하는 특징이 있고 강력한 음이온을 발산하여 흡착력이 우수한 광물이다. 또한 인체의 혈액순환을 촉진하고 세포를 활성화하는 원적외선을 방사하는 물질로 각종 유해물질을 흡착 및 분해할 수 있는 기능을 가지고 있다.

본 발명에서 견운모는 입자와 전기적인 중화응집으로 침전을 유발하여 수중 및 토양 오염을 방지하고 각종 오염물을 중화 및 해독시킨다. 또한, 강한 흡착작용으로 염화칼슘의 염소기가 철과 접촉하는 것을 방지한다.

견운모는 원광을 분쇄하여 파우더로 사용한다. 이외에도 단층 전리 현상에 의해 생성된 천연상태의 미립 분말 견운모를 채광하여 수비, 불순물 제거(주로 철분제거), 입도 분리 등의 단순 공정을 거친 다음 파우더로 이용할 수 있다.

제올라이트(Zeolite)는 이온교환반응을 일으키는 무기물을 말하며, 천연적으로 현저한 이온교환능이 있는 광물로 광물학상 비석(沸石)족에 속하다. 제올라이트는 원적외선 방사와 함께 탈취력과 항균력이 우수하여 실내의 각종 나쁜 냄새를 제거하며 실내 공기를 정화시킨다. 이러한 제올라이트는 천연에서 산출되는 원석을 이용할 수 있지만, 인공적으로 합성된 제올라이트를 이용할 수 있다.

본 발명에서 이용되는 제올라이트의 주성분은 SiO₂ 67.61중량%, Al₂O₃ 16.62중량%, Fe₂O₃ 7.10중량%, CaO 1.81중량%, MgO 1.43중량%, K₂O 2.43중량%, Na₂O 0.18중량%, MnO 0.07중량%, TiO₂ 0.69중량%, P₂ O₅ 0.11중량%이다.

제올라이트는 3기층의 화산재가 속성작용을 받아서 형성된 미세한 다공질로 흡착력과 화학적 양이온 치환작용이 뛰어난 광물로서, 자동차 유해가스 성분 제거 및 정화, 각종 중금속 유해 제거제, 가스 흡착 탈취제, 경수 연화제와 농업용토지 개량제로 환경 정화용 촉매제로 활용되고 있는 광물질이다.

이러한 제올라이트는 토양과 물속에 침투되어 경우 각종 오염물질을 흡착하여 정화시키게 된다. 특히, 제올라이트는 구조물의 표면에 결합된 경우 부식성을 가지는 염화칼슘의 염소기를 흡착하여 철의 부식을 방지할 수 있다.

규산염(silicate)은 수질의 유기성 물질을 분해하는 자정능력을 가지고 있는 청정제로 널리 알려져 있다. 현재, 규산염은 반도체 및 바이오 산업 등의 첨단산업에서부터 식품용기의 방식제에 이르기까지 널리 이용되고 있다. 특히, 독일, 미국, 일본 등에서는 방청제로 개발하여 음용수 배관에 사용되고 있으며, 미국 F.D.A에서 이를 식품첨가제로 승인하여 그 무해성을 인정하고 있다. 또한, 규산염은 원적외선을 방사하며 탈취, 항균 등의 효과가 있고, 물에 용해시키면 수질을 알칼리수로 전환시키는 효과가 있어서 다양한 탈취제나 근육통이나 타박상 등을 완화하기 위한 접착 시트의 첨가제로도 사용되고 있다. 원적외선의 효과는 세포조직을 활성화시켜 신진대사를 촉진시키고 통증완화, 탈취 및 방균 등으로 이미 알려져 있어 건축마감재, 의료기 또는 침구 등에 이르기까지 널리 응용되고 있다.

본 발명에서 이용되는 규산염 광물로 감람석, 석류석, 홍주석, 황장석, 녹주석, 전기석, 휘석, 각섬석 등이 적용될 수 있다. 일 예로 규산염 광물의 성분은 SiO₂ 63.6중량%, Al₂O₃ 0.9중량%, Fe₂O₃ 0.07중량%, CaO 0.09중량%, MgO 0.02중량%, K₂O 0.04중량%, Na₂O 31.6중량%, MnO 0.001중량%, TiO₂ 0.06중량%, BaO 0.001중량%, CuO 0.001중량%, MnO 0.001중량%, ZrO 0.01중량%이다.

이러한 규산염 광물은 토양에 침투되어 토양을 약 알칼리성으로 변화시켜 염화칼슘으로 인한 토양의 산성화를 방지하고, 수중에 혼합되어 수질오염을 방지하게 된다.

상기 수급단계에서 견운모, 제올라이트, 규산염 광물 원광이 준비가 되면 각 원광을 분쇄하는 분쇄단계를 수행한다. 광물의 입도는 작을수록 비표면적이 커져 흡착효과가 좋으므로 250 내지 350 메쉬 입도 크기의 파우더를 사용하는 것이 바람직하다. 원광을 미세 분말화시키기 위해 통상적인 건식 스톤 볼 (STONE BALL)을 이용하거나 습식 볼을 이용하여 분쇄한다.

분쇄단계에서 미분화된 각 원광의 파우더들은 일정 비율로 혼합한다. 일 예로, 견운모 100중량부에 대하여 제올라이트 40 내지 60중량부, 규산염 광물 10 내지 20중량부를 혼합한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 광물을 이용한 친환경 제설제용 첨가물은 상기 견운모, 제올라이트, 규산염 광물 외에도 게르마늄, 맥반석, 장석, 마그네슘, 석회석을 더 포함할 수 있다. 이 경우 게르마늄, 맥반석, 장석, 마그네슘, 석회석을 250 내지 350 메쉬 입도 크기의 파우더로 분쇄시킨 후 단독 또는 2 이상을 혼합하여 이용할 수 있다. 가령, 견운모 100중량부에 대하여 게르마늄, 맥반석, 장석, 마그네슘, 석회석 중에서 선택된 하나 이상을 60 내지 100중량부를 혼합한다.

혼합단계에서 얻어진 혼합물, 즉 첨가물은 이중 봉투에 담아 포장하는 포장단계를 더 수행할 수 있다. 이중봉투는 내부용기 및 외부 용기로 이루어지는 데, 외부용기는 종이 등의 다양한 소재로 형성될 수 있으나 내부 용기만은 수분유입을 차단하기 위해 비닐 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 첨가물은 염화물계 제설제에 1 내지 99중량%가 첨가되어 제설작업시 제설제와 함께 살포된다. 염화물계 제절제로서 통상적인 염화칼슘이나 염화나트륨 등을 들 수 있다. 이외에도 제설제에는 모래가 더 포함될 수 있다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명에 대해 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시 예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 하기의 실시 예로 한정하는 것은 아니다.

(실시예)

준비된 견운모, 제올라이트, 규산염 광물 원광을 롤 분쇄기에서 1차로 거칠게 분쇄한 후 볼밀에서 300메쉬크기로 2차로 분쇄하여 미분화시킨 후 상기 견운모 100중량부에 대하여 제올라이트 50중량부, 규산염 광물 15중량부를 혼합하는 혼합하여 파우더 제형을 가지는 제설제용 첨가물을 제조하였다.

상기 제설제용 첨가물이 40중량% 첨가된 염화칼슘 제설제를 시험시료로 이용하였고, 상기 제설제용 첨가물이 전혀 첨가되지 않은 염화칼슘 제설제를 대조시료를 이용하였다.

상기 시험시료 및 대조시료 100g을 물 5kg에 녹여 각각 준비한 2개의 비이커에 철근을 담가 부식 진행 여부를 확인하였다.

그 결과 5일 후 대조시료가 녹은 비이커 내의 철근은 표면 전체에 걸쳐 붉은 녹이 슬었으며, 부분적으로 부식이 진행되어 있었다. 이에 반해 시험시료가 녹은 비이커 내의 철근은 표면 일부에서만 붉은 녹이 관찰되었고, 부식 현상은 관찰되지 않았다. 따라서 본 발명의 제설제용 첨가물은 철의 부식을 방지 또는 감소시킬 수 있음을 확인하였다.

이상에서 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 염화칼슘을 포함하는 제설제에 1 내지 99중량%가 첨가되며,
   견운모, 제올라이트, 규산염 광물을 포함하는 파우더로 형성된 것을 특징으로 하는 제설제용 첨가물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 첨가물에는 게르마늄, 맥반석, 장석, 마그네슘, 석회석 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제설제용 첨가물.
3. 견운모, 제올라이트, 규산염 광물의 원광을 준비하는 수급단계와;
   상기 원광을 250 내지 350 메쉬 입도 크기로 분쇄하는 분쇄단계와;
   상기 견운모 100중량부에 대하여 상기 제올라이트 40 내지 60중량부, 상기 규산염 광물 10 내지 20중량부를 혼합하는 혼합단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설제용 첨가물의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 혼합단계는 상기 견운모 100중량부에 대하여 게르마늄, 맥반석, 장석, 마그네슘, 석회석 중에서 선택된 하나 이상을 60 내지 100중량부를 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 제설제용 첨가물의 제조방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기 혼합단계 완료 후 얻어진 혼합물을 내부가 비닐 소재로 형성된 이중 봉투에 담아 포장하는 포장단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제설제용 첨가물의 제조방법.