KR101205868B1 - 미네랄 수용액 제조방법 및 토양개량제 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흑운모와 질석을 분쇄하는 단계, 물을 첨가하고 교반하는 단계, 황산을 첨가하고 교반하는 단계 및 여과 단계를 포함하는 미네랄 수용액 제조방법과 이 방법에 따라 미네랄 수용액을 제조할 때 발생하는 슬러지를 고형화하는 토양개량제 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 미네랄 함유량이 높은 미네랄 수용액을 제조할 수 있고, 제조과정에서 발생하는 슬러지를 활용하여 우수한 토양개량제를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 미네랄 수용액의 제조에 따른 기존의 환경오염 문제 또한 해결할 수 있다.

Description

미네랄 수용액 제조방법 및 토양개량제 제조방법{Manufacturing methods of mineral solution and soil conditioner}

본 발명은 미네랄 수용액 제조방법 및 토양개량제 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 흑운모와 질석을 분쇄하는 단계, 물을 첨가하고 교반하는 단계, 황산을 첨가하고 교반하는 단계 및 여과 단계를 포함하는 미네랄 수용액 제조방법과 이 방법에 따라 미네랄 수용액을 제조할 때 발생하는 슬러지를 희석하고 고형화하는 토양개량제 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 식물은 리비히의 최소량의 법칙에 의해 자신이 흡수할 수 있는 모든 원소 중에서 가장 소량의 원소를 기준으로 하여 여러 가지 원소들을 흡수하는 방식을 택하고 있다.

따라서 미량 요소인 미네랄 성분이 모자라게 되면, 질소(N), 인(P), 칼리(K) 등을 포함하는 유기질 비료를 아무리 많이 준다 하여도, 토양의 산성화만 촉진시킬 뿐, 성장에 필수적인 각종 성분들의 효율적인 흡수가 일어날 수 없으므로, 식물 성장을 위해서는 유기 성분 외에 미네랄 성분의 지속적인 주입이 반드시 필요하게 된다.

그러나 일반적인 알칼리성 농약은 토양에 작용하여 이들 비료의 흡수를 더욱 방해만 하게 되며, 직접적으로 영양분의 흡수를 촉진시켜 식물 성장을 도모하고, 작물의 결실을 향상시키는 역할은 하지 못하고 있다.

현재 농업 및 원예 분야에서는 이러한 미네랄 성분을 효과적으로 제공할 수 있는 비료에 대한 연구가 집중적으로 이루어지고 있는 상황이다.

그중, 미네랄 수용액을 제공하기 위한 종래의 방법으로, 원료로서 견운모를 시용하여 분쇄한 후, 여기에 25%의 황산수용액을 첨가하고, 100℃의 온도에서 5 내지 20시간 동안 교반하거나, 교반 후 게르마늄(Ge)이 포함된 수용액을 1:5의 비율로 혼합한 다음, 48시간 이상 방치하여 침전물 제거 후 미네랄 수용액을 수득하는 방법이 있다.

그러나 견운모로부터 미네랄을 추출하는 상기한 종래 기술은 견운모를 원료로 하므로, 제조 원가면에서 그다지 유리하지 않고, 원료 혼합 후 고온 가열 및 장시간 교반 그리고 방치 공정을 거치게 되므로, 전체 제조 공정이 번거롭고 복잡하며, 지나치게 장시간이 소요되고 미네랄 추출 수율도 낮다는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제 특2002-0045134호에는 질석과 비석을 혼합하여 5 내지 15% 농도의 황산으로 용해시켜 여기서 추출된 수용액을 수득하는 방법이 개시되어 있는데, 비석은 일반 암석과 비교하여 미네랄 함유량이 적어 미네랄 추출 수율이 높지 않다는 문제점이 있고, 수득한 미네랄 수용액만을 사용하고 미네랄을 추출한 후 남은 슬러지는 버려지게 되므로, 이들 슬러지에 잔존하는 황산 성분으로 인해 후처리를 완벽하게 하지 않으면 환경오염의 원인이 되는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 흑운모와 질석의 혼합물을 미네랄 추출 대상으로 사용하여, 흑운모 5 내지 25중량%, 질석 5 내지 25중량%, 황산 2 내지 10중량% 및 물 40 내지 80중량%를 교반하여 미네랄 수용액을 제조할 경우, 미네랄 함유량이 높은 미네랄 수용액을 제조할 수 있고, 제조과정에서 발생하는 슬러지를 희석수로 교반하여 건조하면 미네랄 성분이 풍부하고 토양의 통기성을 향상시킬 수 있는 토양개량제를 제조할 수 있어, 버려지는 슬러지를 활용할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 주된 목적은 기존의 미네랄 수용액에 비해 미네랄 함유량이 높은 식물 성장 촉진용 미네랄 수용액 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 미네랄 수용액 제조과정에서 발생되는 슬러지를 활용하고, 이에 따라 환경오염 문제를 해결할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 5 내지 25중량부의 흑운모와 5 내지 25중량부의 질석을 분쇄하고 불순물을 제거하여 미네랄 추출용 재료를 준비하는 단계; 상기 미네랄 추출용 재료에 40 내지 80중량부의 물을 첨가하여 교반하면서, 2 내지 10중량부의 황산을 첨가하여 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계; 상기 미네랄 추출 혼합물을 10 내지 50℃로 냉각시키고 교반하여 슬러리 형태의 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계; 상기 슬러리 형태의 미네랄 추출 혼합물을 여과하여 미네랄 수용액을 수득하는 단계를 포함하는 미네랄 수용액 제조방법과, 상기 미네랄 수용액을 수득하는 단계에서 발생하는 슬러지를 희석하고 고형화하는 단계를 포함하는 토양개량제 제조방법을 제공한다.

본 발명은 흑운모 및 질석으로부터 황산과 물을 이용하여 미네랄 성분을 추출하고, 추출 과정에서 발생하는 슬러지를 희석하고 고형화하여 토양개량제를 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 흑운모(biotite)는 단사정계에 속하는 광물로 화학성분은 K(Mg,Fe)₃AlSi₃O₁₀(OH)₂이며, 흑색, 갈흑색, 녹흑색을 띤다. 판상 또는 인상을 이루며 흔히 육각형 또는 능면체를 나타내고, 주로 화성암 및 변성암에서 산출된다.

질석(vermiculite)은 규산판과 알루미나판이 2:1로 결합된 팽창격자형 점토중의 일종으로, 구조상 결정격자 사이로 수분이나 양이온이 침투할 수 있으며, 열을 가하면 반응에 의해 부풀어 오르는 팽창형 광물이어서, 표면적과 응집성 그리고 양이온 치환 능력이 크다는 특징을 가지고 있다. 이는 알루미늄과 철을 포함하여 각종 미네랄 성분들을 특히 많이 포함하고 있어서, 내화재 등의 건축 재료 외에도 유기 용제에 용해시켜 이온 반응에 의한 석출 응집제를 제조하여 폐수 처리 분야와 성장 촉진용으로 농축산 및 원예 분야 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있는 광물이다.

본 발명에서 흑운모와 질석을 함께 사용하는 이유는 두 종류의 암석이 서로 다른 종류의 미네랄을 함유하고 있기 때문에 이들을 이용하여 다양한 종류의 미네랄을 얻기 위한 것이다.

본 발명에서 흑운모와 질석은 입자의 크기(직경)가 3 ~ 5㎜ 정도가 되도록 분쇄하여 사용하는 것이 바람직한데, 입자의 크기가 보다 크거나 작을 경우, 반응 시간이 길어지거나 추출효과가 상대적으로 낮아지기 때문이며, 일반적으로 광산에서 크래커 등의 장치를 이용하여 분쇄한 후 납품하기 때문에 이를 직접 미네랄 추출용 재료로 사용할 수 있다.

본 발명의 미네랄 수용액 제조방법 및 토양개량제 제조방법에서는 우선 미네랄 수용액의 품질, 즉 수용액에 함유된 미네랄의 농도 및 미네랄의 종류 등을 개선하는 것이 바람직하므로, 흑운모 및 질석으로부터 효율적으로 미네랄을 추출할 수 있어야 한다. 상기와 같은 흑운모, 질석, 황산 및 물의 사용량 범위는 이러한 취지를 반영한 것으로, 황산과 물을 사용하여 흑운모 및 질석으로부터 미네랄을 효율적으로 추출하기 위한 사용량의 범위라고 할 수 있다. 각 사용량 범위는 흑운모와 질석의 미네랄 함유 정도, 미네랄 추출 대상에 대한 적절한 황산의 농도에 따라 결정되는 것으로, 반드시 상기 범위에 따르지 않더라도 미네랄 수용액을 제조할 수 있지만, 상기 범위에 따르는 것이, 보다 효율적으로 높은 품질의 미네랄 수용액을 제조하기 위해 필요하다.

특히, 황산과 물의 첨가량 비율은 반응속도 및 안정성을 고려한 것으로, 본 발명에서 한정한 비율에 비해 황산의 비율이 낮거나 물의 비율이 높을 경우, 미네랄의 용해량이 적어지고, 반대로 황산의 비율이 높거나 물의 비율이 낮을 경우, 발열반응으로 인해 용해로가 폭발할 수 있기 때문에 상기 비율에 따르는 것이 바람직하다.

이에 따라, 바람직하게는 흑운모, 질석, 황산 및 물의 사용량을 흑운모 5 내지 25중량부, 질석 5 내지 25중량부, 황산 2 내지 10중량부 및 물 40 내지 80중량부로 하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 흑운모 10 내지 20중량부, 질석 10 내지 20중량부, 황산 4 내지 8중량부 및 물 50 내지 70중량부로 하는 것이 좋고, 가장 바람직하게는 흑운모, 질석, 황산 및 물의 비율을 1 : 1 : 0.4 : 4 중량비로 하는 것이 좋다.

상기 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계에서의 교반은 400 내지 600rpm으로 1 내지 3시간 이루어지는 것이 바람직하며, 교반이 실시되는 동안 황산을 서서히 첨가하는 것이 좋다. 또한, 상기 슬러리 형태의 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계에서의 교반은 200 내지 400rpm으로 1 내지 3시간 이루어지는 것이 바람직하다.

황산을 너무 갑작스럽게 첨가하게 되면 순간적인 반응에 의해 발열되기 때문에 위험할 수 있다. 그리고 교반 시 rpm을 낮게 하면 물과 혼합된 흑운모와 질석이 가라앉기 때문에 반응이 원활하게 이루어지기 힘들며, 높게 하더라도 효율의 변화가 미미하기 때문에 상기 rpm의 범위에 따르는 것이 바람직하다. 또한, 교반 시간을 너무 짧게 하면 기대하는 정도의 농도로 미네랄을 추출하기 힘들고, 3시간을 초과하더라도 미네랄 추출량의 변화가 거의 없기 때문에, 상기 범위에 따르는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 미네랄 수용액을 제조할 때, 가장 효율적인 방법은 필터프레스를 이용한 추출방법인데, 필터프레스의 여과판은 제질 상 투입되는 원료의 온도가 높으면 여과판이 변형되기 때문에, 미네랄 추출 혼합물을 50℃ 이하로 냉각시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라, 미네랄 수용액을 추출하고 남은 슬러지는 걸쭉한 호박죽과 같은 형태를 나타낸다. 여기에 희석수를 투입하고 여과하여 황산성분을 제거한 다음 건조시켜 습기를 제거하여 가루의 형태로 만들면, 추출되지 않고 남아 있는 미네랄 성분이 다량 함유되어 있어 토량개량을 위해 효과적으로 사용할 수 있게 된다. 건조 시에는 열풍기 등을 사용하는 것이 바람직하고, 건조 후 생성된 가루의 형태는 바람에 쉽게 날리는 특성이 있기 때문에, 엄지손가락 한마디 정도의 크기로 압착하여 고형물의 형태로 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 황산은 농도 95 내지 98% 및 비중 1.82의 고농도 제품을 사용하는 것이 바람직하고, 흑운모와 질석 및 물의 혼합물에 서서히 조심스럽게 첨가하는 것이 좋다. 이렇게 상기 혼합물에 황산을 첨가하게 되면, 황산이 흑운모, 질석 및 물과 반응하게 되면서, 미네랄 성분들이 황산 수용액내로 용해되면서 추출되게 된다.

이러한 미네랄 추출 혼합물은 슬러리 형태로 되어 있으므로, 원심분리기나 필터 프레스와 같은 별도의 탈수 및 여과 장치를 사용하여 수용액과 찌꺼기를 분리시키고, 이중 수용액만을 수득하여 본 발명의 미네랄 수용액을 제조할 수 있다. 분리된 찌꺼기 즉, 슬러지는 이후 토양개량제의 제조를 위해 사용된다.

본 발명은 미네랄 추출을 위해 강산성의 고농도 황산을 사용하므로, 전체 공정을 수행함에 있어, 교반기 또는 파이프 라인, 탈수 장치 등 모든 반응 용기나 장치의 소재로서 스테인레스 스틸, PVC, FRP 등의 내화학성이 약한 재질로 된 것은 사용하지 않도록 특별히 주의하여야 한다. 이들 소재로 된 것을 사용하여 공정을 수행하는 경우에는 황산에 의해 납, 크롬 등 제거가 거의 불가능한 각종 유해 성분들이 녹아 나오게 되므로, 이를 사전에 방지하기 위해서는 모든 공정에 유리 코팅이나 테프론 코팅이 된 용기나 장치를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 미네랄 수용액은 다양한 미네랄 성분을 함유하고 있으므로, 이들을 가축 사료용으로 사용하게 되면, 동물 체내로 상기 미네랄 성분들이 흡수됨으로써, 동물의 기초 신진 대사를 촉진시켜 성장을 촉진시키고, 육질을 향상시키며, 질병에 대한 면역성을 증대시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 미네랄 수용액은 미네랄 성분이 상호 작용하여 수중의 콜로이드상 현탁 물질을 비분산성의 응집물로 전환시킴과 동시에, 수중에 용해된 유기물을 석출(불용화)시켜 응집물과 함께 응집시키는 작용을 하므로, 폐수 처리제로서도 사용할 수 있다. 따라서 이러한 용도로 본 발명의 미네랄 수용액을 사용하게 되면, 수중의 콜로이드상 현탁 물질은 여러 종류의 폐수 처리용 응집제들을 사용하여 응집 제거하고, 수중에 용해된 유기물질은 활성오니법과 같은 별도의 유기물 처리 공정을 통해 폐수 정화 처리하여야 했던 종래 기술에 비해, 현탁 물질과 수용성 유기물을 동시에 간단하게 제거할 수 있는 잇점이 있다.

또한, 적조 발생 지역에 본 발명의 미네랄 수용액을 투입하는 경우, 소량으로도 적조 생물을 95%까지 사멸시킬 수 있어, 적조 방제용으로 황토를 사용하는 종래의 방법에 비하여, 단시간에 뛰어난 적조 제거 효과를 발휘하고, 황토 침전으로 인해 야기되는 생태계 파괴 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 해양 생물의 사료 첨가제로서도 우수한 작용을 나타낸다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 미네랄 함유량이 높은 미네랄 수용액을 제조할 수 있고, 제조과정에서 발생하는 슬러지를 활용하여 우수한 토양개량제를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 미네랄 수용액 제조에 따른 기존의 환경오염 문제 또한 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 미네랄 수용액 제조방법에 따른 일실시예를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 미네랄 수용액 제조방법 및 토양개량제 제조방법에 따른 일실시예를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 미네랄 수용액 제조방법 및 토양개량제 제조방법에 따른 일실시예를 나타낸 블록도이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.

실시예 1.

흑운모와 질석을 1:1의 비율로 분쇄하고 혼합한 다음 불순물을 제거하였다.

흑운모와 질석 분쇄물의 2배 중량에 해당하는 물을 첨가하고, 400 ~ 600rpm으로 2시간 교반하면서 흑운모와 질석 분쇄물의 20 내지 40중량%에 달하는 황산을 서서히 투입하여 반응시켰다.

혼합물의 온도를 50℃ 이하로 냉각시키고 2시간 교반하면서 숙성시켰다.

반응에 따라 생성된 슬러리 형태의 혼합물을 여과하여 미네랄 수용액을 수득하였고, 여과 후 남은 슬러지를 희석수로 희석하고 여과한 다음, 열풍기로 건조시키고 압착기를 이용하여 엄지손가락 한마디 정도의 크기로 압착하여 고형물 형태의 토양개량제를 제조하였다.

이때 교반기는 내부가 유리로 코팅된 글라스라이닝 교반기 또는 테프론으로 코팅된 교반기를 이용하였다.

Claims (9)

1. 5 내지 25중량부의 흑운모와 5 내지 25중량부의 질석을 분쇄하고 불순물을 제거하여 미네랄 추출용 재료를 준비하는 단계;
   상기 미네랄 추출용 재료에 상기 흑운모를 기준으로 40 내지 80중량부의 물을 첨가하여 교반하면서, 2 내지 10중량부의 황산을 첨가하여 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 미네랄 추출 혼합물을 10 내지 50℃로 냉각시키고 교반하여 슬러리 형태의 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 슬러리 형태의 미네랄 추출 혼합물을 여과하여 미네랄 수용액을 수득하는 단계를 포함하는 미네랄 수용액 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계에서 교반은 400 내지 600rpm으로 1 내지 3시간 실시되며, 교반이 실시되는 동안 황산을 서서히 첨가하는 것을 특징으로 하는 미네랄 수용액 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 슬러리 형태의 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계에서 교반은 200 내지 400rpm으로 1 내지 3시간 실시되는 것을 특징으로 하는 미네랄 수용액 제조방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 미네랄 수용액.
5. 5 내지 25중량부의 흑운모와 5 내지 25중량부의 질석을 분쇄하고 불순물을 제거하여 미네랄 추출용 재료를 준비하는 단계;
   상기 미네랄 추출용 재료에 상기 흑운모를 기준으로 40 내지 80중량부의 물을 첨가하여 교반하면서, 2 내지 10중량부의 황산을 첨가하여 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 미네랄 추출 혼합물을 10 내지 50℃로 냉각시키고 교반하여 슬러리 형태의 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 슬러리 형태의 미네랄 추출 혼합물을 여과하여 슬러지를 수득하는 단계; 및
   상기 슬러지를 희석하고 고형화하는 단계를 포함하는 토양개량제 제조방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계에서 교반은 400 내지 600rpm으로 1 내지 3시간 실시되며, 교반이 실시되는 동안 황산을 서서히 첨가하는 것을 특징으로 하는 토양개량제 제조방법.
7. 제 5항에 있어서, 상기 슬러리 형태의 미네랄 추출 혼합물을 제조하는 단계에서 교반은 200 내지 400rpm으로 1 내지 3시간 실시되는 것을 특징으로 하는 토양개량제 제조방법.
8. 제 5항에 있어서, 상기 슬러지를 희석하고 고형화하는 단계는 슬러지를 물로 희석 및 여과하여 황산성분을 제거하고, 건조시키는 것을 특징으로 하는 토양개량제 제조방법.
9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 토양개량제.

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