KR101323752B1

KR101323752B1 - 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체 및 폐슬러지를 활용한 고상의 토양개량제

Info

Publication number: KR101323752B1
Application number: KR1020120044145A
Authority: KR
Inventors: 정형진
Original assignee: 정형진
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-11-08
Also published as: KR20120122936A

Abstract

본 발명은 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체 및 폐슬러지를 활용한 고상의 토양개량제에 관한 것으로 보다 상세하게는 5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트를 포함하여 이루어지는 제1혼합물의 분말의 환원소성물과, 질석의 분말의 환원소성물 및 패각분들을 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 중량비로 혼합하여 수득되는 원료혼합물에 1 내지 45% 농도의 유기산을 첨가하고, 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량% 및 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가한 후, 발효는 젖산균의 종균으로 발효시키고, 수득되는 발효산물의 상층액 및 상층액을 분리하고 난 후 잔류하는 슬러지 형태의 고형분을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체 및 폐슬러지를 활용한 고상의 토양개량제를 제공한다.

Description

천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체 및 폐슬러지를 활용한 고상의 토양개량제 {Liquid Organic mineral complex and solid type soil conditioner}

본 발명은 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체와 고상의 토양개량제에 관한 것으로 특히, 수득되는 액상의 미네랄복합체의 사용을 통한 작물재배 및 가축사육에서의 단기효와 고상의 토양개량제의 사용을 통한 토양 자체의 지력 개선이라는 장기효를 동시에 기대할 수 있는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체와 고상의 토양개량제에 관한 것이다.

21세기 농업환경은 세계가 하나의 시장으로 변하여 경쟁이 더욱 치열해가고 있으며 특히 세계적인 통상질서를 구축할 미국과의 자유무역협정(FTA) 협상이 2006.05월 초부터 시작되고 협상 분야도 현재 진행 중인 세계무역기구(WTO), 도하개발어젠다(DDA) 협상보다 범위가 더 넓은 한미 FTA가 우리 농업경제, 농촌산업 삶을 어떻게 바꿀것인지 온 국민의 관심이 집중되고 있으나, 장기적으로 볼 때 경쟁력이 없는 생산품목은 전반적인 수입확대로 그 존립 자체가 위협받을 수밖에 없는 상황에서 미래농업의 대체방안으로 친환경 농업육성정책에 지원방법을 모색하지 않을 수 없는 현실에 처해 있다.

그동안 산업사회의 급속한 발달과 인구증가에 따른 식량증대 및 단위면적당 생산성 향상을 위하여 화학비료 및 화학적 합성 영양제의 사용은 급속히 확대되어 왔으며, 이러한 화학비료와 화학적 합성 영양제에 편중된 편의위주 농-축산업은 지력의 저하와 토양의 산성화 및 가축사육에 있어서 영양제 과다복용을 야기시키고 이에 따라 농-축산환경은 점차 황폐화되어가고 있을 뿐만 아니라 생육도중에 발생되는 병충해를 제거하기 위하여 농약 및 항생제의 과다사용으로 인한 내성의 증가, 미생물의 단순화에 의한 토양병원균과 유해선충의 다발로 이어져 식물에게는 농약을 다량 사용하여야 하고 그만큼 토양은 급속도로 황폐해지고 있으며 동물에게는 영양성분 결핍, 장내 유효세균의 증식을 억제하여 설사 및 소화불량을 일으키고 사육실내 악취가 발생하는 등 악순환이 되풀이되고 있는것이 오늘의 현실이다.

이에 최근에는 이러한 과다한 화학적 비료, 영양제, 항생제 남용으로 오염문제와 환경오염의 문제가 심각하게 대두되면서 화학비료나 화학적 영양제 및 항생제를 사용하기보다는 양질의 유기질비료 또는 양질의 천연 유기영양제 및 천연항생제를 사용하는 유기농법 기술개발의 중요성에 대한 인식이 확산되고 이에 대한 노력의 결과로 축산분뇨나 음식물쓰레기를 처리하여 얻은 유기질비료가 개발되어 사용되고 있으며, 식물추출물에 의한 천연 영양제의 개발노력이 계속되어 왔다.

그러나, 상기와 같은 노력에도 불구하고 농업분야에서는 현재 사용되는 유기질비료 및 발효생성에 의한 퇴비사용은 또 다른 문제점을 야기하고 있는바, 이러한 천연유기질비료는 주로 톱밥, 한약재분, 어분 또는 가축분과 이들을 혼합한 천연유기물을 이용하는 경우가 대부분으로 이러한 천연유기물 비료를 제조하기 위해서는 미생물발효에 의한 장시간의 소요 및 과다한 장치가 필요하여 실지 생산에 사용하기가 곤란한 뿐만 아니라 이러한 비료의 생산에 따른 오,폐수에 의한 수질오염을 야기하게 되는 문제점도 갖게 되며, 이러한 유기물이 과량 함유된 비료를 장시간 사용할 경우 작물의 생장에 피해가 우려될 뿐만 아니라 N, P, K외에 미량요소 미네랄의 심각한 부족현상으로 식물이 성장하는데 필요한 여러 영양요소들을 가추고 있지 않다.

또한, 가축분뇨나 음식물쓰레기를 처리하기 위하여 톱밥이나 왕겨 등과 섞어 발효 퇴비를 만들어 농작물에 사용하고자 하는 경우 톱밥이나 왕겨가 충분히 발효되지 않은 상태에서는 탄닌이나 리그닌 등이 잔류하여 작물에 피해를 줄 수가 있고, 축분이나 음식물쓰레기 등은 부패과정에서 유기산이 생성되어 작물뿌리에 손상을 유발할 수가 있으며 분뇨나 음식물쓰레기 내의 염분, 중금속 등이 토양에 잔류되어 흙을 더욱 오염시키고 토심은 더욱 황폐화 되어가고 있는 실정이다.

또한 상기의 유기농비료나 퇴비 또는 화학비료의 가장 큰 문제점은 식물생육에 필요한 미량원소가 거의 포함되어 있지 않으므로 완벽한 식물성장 보조제로 기능하기에는 근본적인 문제점을 갖는다.

비료는 식물에 영양을 주거나 식물의 재배를 돕기 위하여 흙에서 화학적 변화를 가져오게 하는 물질과 식물에 영향을 주는 물질을 말하는 것이며, 이러한 비료는 시비 상법에 따라, 밑거름, 웃거름, 제법과 성상에 따라 입상비료, 분상비료, 사상비료, 고형비료, 액상의 미네랄복합체, 원료에 따라 유기질비료, 무기질비료, 광물질비료, 주성분에 따라 단비, 복합비료, BB비료, 질소질비료, 인산질비료, 가리질비료, 미량요소비료, 효과에 따라 속효성비료, 완효성 비료, 지효성비료, 용도에 따라 수도용비료, 원예용비료, 과수용비료, 비료 공정 규격에 따라 무기질 질소비료, 무기질 인산비료, 무기질 가리비료, 복합비료, 유기질비료, 석회질비료, 규산질비료, 고토비료, 미량요소비료, 규인비료, 규인가리비료, 부산물에 따라 퇴비, 부숙겨, 재, 분뇨잔사, 부옆토, 아미노산발효 부산비료, 건계분, 건조축산 폐기물, 부숙왕겨 및 톱밥, 토양미생물제제 및 토양활성제 비료로 분류된다.

이중 액체로 이루어지는 액상의 미네랄복합체는, 분말 또는 입자 모양의 비료를 희석하여 된 것으로 액비(液肥, Liquid fertilizer)라고도 하며, 주로 제4종 복합 비료에 속하며 일반적인 농가에서는 깻묵, 어박 등을 부숙시켜 묽게한 액이나 물에 녹기 쉬운 형태의 액상의 미네랄복합체 전용의 화학비료를 사용하고 있다.

일반적으로 액비란, 가축이 배설한 분뇨 그리고 가축을 사육하는 과정에서 자연 발생되는 가축이 먹다 남은 사료나 깔짚 등이 섞여 액상의 상태로 퇴비화한 것으로, 퇴비와 비교하여 화학비료처럼 속효성과 유기질 비료로서의 지속효과가 있는 장점이 있다.

그러나, 이러한 액비는 가축의 분뇨와 사육과정에서 발생되는 유해한 물질을 여과없이 그대로 비료화한 것으로, 이로 인해 식물의 재배를 돕기 위해 시비될 시 유해한 성분이 그대로 식물에 흡수되어 이를 재배 취식할 시 체내로 그대로 흡수되어 각종 질병이 발병될 우려가 있었다.

이러한 가축의 분뇨를 이용하는 방법으로서 기존에는 분뇨를 수거하여 탱크에 저장한 후, 종균제를 첨가하여 활성화시켜 생물학적 방법으로 액비를 생산하는 방법이 이용되었으나, 이러한 기존의 제조방법은 마구잡이식으로 분뇨를 수거하여 분뇨중 중금속, 독성, pH 등의 상태를 고려하지 않은 채 수집된 분뇨를 화학적인 처방 첨가물 및 획일화된 양의 처방 첨가물로 처리함으로써 정형화된 액상의 미네랄복합체를 생산하는 것이 불가능하고, 이에 따라 제조된 화학 비료가 다시 토양으로 돌아가게 되면 토양을 오염시키고, 식물의 성장에 좋지 않은 영향을 끼치는 등 그 사용에 있어서의 한계 및 문제점이 있었다.

특히, 화학적 성분이 비료에 포함될 경우 토질 오염을 악화시키고, 토양에 미네랄 성분이 고갈되는 등 문제점이 발생하여 비료 첨가물은 천연성분이어야 하며, 생물학적 성분의 조성이 필요하며, 악취가 없고 살균 보관되고 사용에 편리할 것이 요구되고 있다.

또한, 축산업분야에서 현재 사용되는 천연영양제로는 식물추출물 특히, 한약재 추출물을 이용하는 경우가 대부분으로 이러한 천연 식물추출물을 제조하기 위해서는 발효 및 추출 농축에 많은 열에너지가 필요하며 생산단가가 매우 비싸 경제적이지 못하고 , 원료의 정제과정이 없어 중금속 및 농약이 그대로 추출되는 단점이 있으며, 이는 가축의 장내 유효세균의 증식을 감소시킬 수 있다.

또한, 현재 사용되는 황토등 세라믹 파우더를 사료와 함께 배합하여 투여하는 것은 가축에게 필요한 미량요소 특히, 미네랄을 공급할 수 있으나 일정량 이상 공급시 설사를 유발할 수 있어 다량을 사용하기 어렵기 때문에 단기적인 효과를 보기 어렵다.

특히, 가축(돼지,소,닭,오리등)은 구리, 아연, 셀레늄, 게르마늄, 마그네슘등의 미량미네랄이 반드시 필요하고 이는 가축의 면역체계 활성화와도 직결되는 문제인데 식물추출물에서 원하는 만큼의 상기 미네랄류를 추출하기 어렵고, 함량을 마추기 위해 농축하기 위해서는 대단위 설비가 필요하다.

따라서, 가축이 기존사료를 잘 소화하기 위해서는 장내 유효세균의 활성화를 촉진할 수 있는 영양성분의 공급이 반드시 필요하며, 소화흡수를 증진하고 면역력을 높이기 위한 미량미네랄의 공급을 원활히 하기 위한 천연적인 미네랄 복합 영양제의 개발이 요구되고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 생물의 성장에 절대 필요한 각종 미량요소와 유기영양분을 공급할 수 있도록 구성되는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체와 고상의 토양개량제를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 가축 등에게 유효세균의 활성화를 촉진할 수 있는 영양성분의 공급하여 소화흡수를 증진하고 면역력을 높이기 위한 미량미네랄의 공급을 원활하게 할 수 있는 미네랄복합체를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트를 포함하여 이루어지는 제1혼합물의 분말의 환원소성물과, 질석의 분말의 환원소성물 및 패각분들을 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 중량비로 혼합하여 수득되는 원료혼합물에 1 내지 45% 농도의 유기산을 첨가하고, 이를 발효시켜서 수득되는 발효산물의 상층액으로 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 발효 전에 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량% 및 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가한 후, 발효는 젖산균의 종균으로 발효시키고, 수득되는 발효산물의 상층액으로 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체를 제공한다.

또한 본 발명의 상기 유기산은 아스코르빈산(비타민 C), 아미노산, 호박산, 사과산, 아스파라긴산, 젖산, 주석산 및 푸마르산으로 이루어진 군에서 어느 하나 또는 2이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 원료혼합물과 상기 유기산의 혼합비가 1 : 3 내지 6중량비임을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체를 제공한다.

또한 본 발명은 5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트를 포함하여 이루어지는 제1혼합물의 분말의 환원소성물과, 질석의 분말의 환원소성물 및 패각분들을 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 중량비로 혼합하여 수득되는 원료혼합물에 1 내지 45%의 농도의 유기산을 첨가하고, 이를 발효시켜서 수득되는 발효산물에서 상층액을 분리하고 난 후 잔류하는 슬러지 형태의 고형분을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제를 제공한다.

또한 본 발명은 발효 전에 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량% 및 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가한 후, 발효는 젖산균의 종균으로 발효시켜고, 수득되는 발효산물에서 상층액을 분리하고 난 후 잔류하는 슬러지 형태의 고형분을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 슬러지 형태의 고형분이 분무건조되며, 상기 분무건조된 고형분이 유기접착제와 혼합한 후 작은 덩어리의 형태로 성형된 소성형물임을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 소성형물이 성형 전에 제올라이트를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제를 제공한다.

본 발명에 따르면, 천연 무기자원들을 활용하여 수득되는 액상의 미네랄복합체의 사용을 통한 작물재배 및 가축사육에서의 단기효를 갖는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면 천연 무기자원들을 활용하여 수득되는 고상의 토양개량제의 사용을 통한 토양 자체의 지력 개선이라는 장기효를 동시에 기대할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명의 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체는, 5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트를 포함하여 이루어지는 제1혼합물의 분말의 환원소성물과, 질석의 분말의 환원소성물 및 패각분들을 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 중량비로 혼합하여 수득되는 원료혼합물에 1 내지 45%의 농도의 유기산을 첨가하고, 의 중량비로 혼합하여 수득되는 원료혼합물에 1 내지 45% 농도의 유기산을 첨가하고, 이를 발효시켜서 수득되는 발효산물의 상층액을 이용하여 액상의 미네랄복합체를 제공한다.

또한, 발효 전에 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량% 및 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가한 후, 발효는 젖산균의 종균으로 발효시키고, 수득되는 발효산물의 상층액으로 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체를 제공한다.

상기 제1혼합물을 구성하는 상기 흑운모는 운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 광물로, 색깔은 흑색, 갈흑색, 녹흑색을 띤다. 화학성분은 K(Mg,Fe)₃AlSi₃O₁₀(OH)₂이다. 판상 또는 인상(鱗狀)을 이루며, 흔히 육각형 또는 능면체를 나타낸다. 밑면에 쪼개짐이 완전하고 박편은 탄성을 가지는데 금운모(金雲母)에 비하여 작다. 굳기 2.5 내지 3.0, 비중 2.7 내지 3.1이다. 페그마타이트에서는 거대한 흑운모 결정을 얻을 수 있다. 흑운모 원석은 열을 가하면 황토와 맥반석 보다 원적외선 방사율이 약 3배 이상 높으며, 게르마늄 함량이 36ppm에 이른다.

상기 제1혼합물을 구성하는 상기 감람석은 사방정계(斜方晶系)에 속하는 주요 조암광물(造岩鑛物)로서, 그 화학성분은 (Mg,Fe)₂SiO₄ 이며, 굳기는 6.5 내지 7이고, 비중은 3.2 내지 3.4이고, 크리솔라이트 또는 올리빈이라고도 한다. 주상결정을 이루지만, 결정이 분명하지 않은 것도 있다. 변질하기 쉬운 광물 중의 하나이며, 흔히 그 둘레나 갈라진 틈을 따라 사문석으로 변한다. 대개 안산암이나 현무암 등 화산암의 반정(斑晶)으로서 산출되는데, 화산암 속에 입상(粒狀)의 집합체로 된 형태로 산출되며, 감람암 등 심성암에 함유되어 있는 경우도 많다. 감람석으로 이루어지는 토양은 배수속도가 뛰어남과 동시에 함수율이 높아 작물의 재배에 큰 도움을 줄 수 있다. 또한 음이온방출량이 높다고 알려져 있기도 하다.

상기 제1혼합물을 구성하는 상기 운기석은 일반적으로 그 조성성분이 SiO₂(78.6%), Fe₂O₃(0.73%), TiO₂(0.03%), Al₂O₃(10.5%), CaO(2.40%), MgO(0.31%), K₂O(2.49%), Na₂O(2.01%), Ge(4.9%) 및 기타(2.5%)로 조성되어 있다(한국건자재시험연구소 발급번호 제917호, 1999년 6월 11일). 또한 상기 운기석의 원적외선 방사율 및 방사 에너지는 각각 0.92㎛, 3.70 x 102(W/㎡㎛, 40℃)이다.(한국건자재시험연구소 발급번호 FIR-520(C778), 1999년 5월 12일).

상기 제1혼합물을 구성하는 상기 귀양석은 약 6,500만년 전의 지각변동에 따른 고온난수 작용에 의해 형성된 광산에 존재하며, 자연계의 에너지를 응축한 신비물질로 알려져 있다. 귀양석은 토르마린의 10배 정도의 다량의 음이온을 발생시키고, 96%의 높은 원적외선 방사율을 나타내고, 높은 계면활성 효과(101% 증가)를 나타내고, 방사능원소를 함유하지 않은 인체에 유익한 천연물질로 알려져 있다. 귀양석에는 적색과 백색의 두 종류가 있으며, 그 조성은 하기 표 1(단위 중량%)과 같다.

	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	TiO₂	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	강열감량
적색	77.20	12.49	0.70	0.03	0.18	0.06	4.65	3.51	0.43
백색	66.09	19.55	0.19	0.03	0.40	0.11	6.48	6.58	0.26

상기 제1혼합물을 구성하는 상기 청옥은 육방정계(六方晶系)의 능면체정족(菱面體晶族)에 속하는 광물이다. 화학성분은 Al₂O₃이며, 굳기 9로서 다이아몬드 다음으로 굳고, 비중은 4.02로서 비금속광물로서는 예외적으로 무겁다. 오늘날에는 인공으로 합성되어, 천연석과 구별할 수 없을 만큼 질이 좋은 것이 나오고 있으며, 대형(大形)으로 색에 얼룩이 없고, 흠이나 포유물(包有物)이 없지만 기포가 든 것은 대부분 합성품이다.

상기 제1혼합물을 구성하는 상기 적황토는 황토의 일종으로서, 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는다.

구성성분	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO
함량(중량%)	30 내지 55	0 내지 35	0 내지 20	0 내지 7	0 내지 40

상기한 표에 나타난 바와 같이 구성성분들의 함량의 편차 및 정확한 백분율로 표시가 되지 않은 것은 황토의 출처 등에 따라 달라지는 것이기는 하나, 대략 하기와 같은 특성을 가지며, 당업자에게는 적황토는 용이하게 상용적으로 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다.

상기 황토는 함수 산화철과 무수 산화철을 함유한 규토와 흙으로 이뤄진 자연 상태의 흙을 총칭하기도 한다. 우리나라 전역에서 쉽게 구할 수 있으며, 특히 전라남도 지방의 황토는 산화철을 많이 함유하고 있어 붉은 기운이 강하고, 경상도 지방의 황토는 누런 기운이 강한 편이다. 황토는 표면이 넓은 벌집구조로 수많은 공간이 복층구조를 이루고 있다. 황토 한스푼에는 약 2억 마리의 미생물이 살고 있어 다양한 효소들이 순환작용을 일으키고 있다. 또한 황토 중에는 디페놀(중금속 분해효소), 옥시티아제(산화물 분해효소), 사카라제(당 분해효소), 프로테아제(단백질 분해효소) 등의 다양한 효소가 들어 있어, 각기 독소 제거, 분해력, 흡착력, 비료 요소, 정화 작용의 역할을 하고 있다. 아울러 황토 속의 미생물을 배양하여 각종 항생제를 만드는 것으로 보아 황토의 강력한 항암, 항균작용을 알 수 있다.

또한 황토는 석영, 장석, 운모, 방해석 등 각종 점토광물로 구성되어 있는데 이들 광물들의 독특한 성질에 의해 황토의 효능이 더욱 배가된다. 점토광물에는 여러 가지 종류가 있어서 그 성질이 다소 다르지만 일반적으로 이온교환 성질이 있다. 어떤 양이온 성분이 녹아 있는 용액에 점토광물, 즉 황토를 넣으면 점토광물의 결정구조 내에 존재하던 양이온과 물에 녹아 있는 양이온간에 치환이 일어난다. 예를 들어 물에 중금속이나 방사성 물질이 녹아 있는 경우에도 스멕타이트나 제올라이트 같은 광물을 물에 넣으면 중금속과 방사성 핵종이 점토광물에 흡착되어 중금속이 없는 물이 된다. 점토광물은 또한 유기물과도 반응하기 때문에 황토를 얼굴에 바르면 점토광물들이 피부에 있는 기름 등 유기물을 빨아들여 점토-유기물 복합체를 만든다.

상기 제1혼합물을 구성하는 상기 모데나이트는 화학식이 (Ca, Na₂, K₂)Al₂Si₁₀O₂₄(칠수화물)이고, 사방정계이며, 2.12 내지 2.15의 밀도, 4 내지 5의 경도를 갖는 광물이다. 모데나이트는 제올라이트(zeolite)의 일종으로 총 19종에 이르는 천연제올라이트들 중 크리놉틸로라이트와 함께 가장 흔하게 산출되는 광물이다.

상기 모데나이트는 화학조성상 Na, K, Ca, Mg, Sr 및 Ba를 양이온으로 소량 함유하는 함수규산염 광물(hydrous aluminosilicate)로 결정구조상으로는 규산염 광물의 기본 단위의 하나인 (Si, Al)O₄ 사면체의 모든 산소들이 또 다른 사면체에 의해서 공유되면서 3차원적으로 연결되는 망상 규산염 광물(Tectosilicate)에 속하나, 같은 망산광물염 광물인 석영과 장석군 광물들은 치밀한 구조를 이루는 데 비해서, 모데나이트는 결정구조상의 공동(2.3 내지 7.5Å)으로 엉성한 구조를 갖는다. 이러한 모데나이트의 구조상 Si⁴ ⁺ 일부가 Al³ ⁺로 치환됨으로써 발생하는 전하결손을 보상하기 위해서 양이온들이 흔히 구조 내에 개입되게 되는데, 장석류와는 달리 모데나이트는 광물내에 구조상의 공동을 형성하고 여기에 양이온들이 존재하는 관계로, 이 양이온들이 주위의 다른 양이온들에 의해서 쉽게 치환될 수 있고 또한 공동 내에서 정전기적으로 강하게 대전되어 존재하는 이 양이온들의 성격에 따라 항상 많은 양의 물분자들이 공동내로 유입됨에 따라서 다량의 음이온을 발생시키는 것이다. 모데나이트로 부터 다량 발생되는 음이온은 혈액의 칼슘과 칼륨을 증가시킴으로써 산성혈액을 알칼리화로 전환시켜 혈액을 정화하고, 세포 내에 영양공급을 원활히 하고 노폐물을 배출시켜 병든 세포를 재생시키며, 또한 각종 질병에 대한 항체의 증가로 바이러스의 감염에 대한 저항력을 증가시킬 뿐만 아니라 자율신경계를 조절하여 혈액, 신경계통 등에 활력을 줌과 동시에, 엔돌핀 및 엔카파린을 발생시켜 피로를 회복시키고 체력을 증강시키며 통증을 완화시키는 등의 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

상기 제1혼합물을 구성하는 각 성분들, 즉 흑운모, 감람석, 운기석, 귀양석, 청옥, 적황토 및 모데나이트들의 혼합비는 어떤 특정의 이론에 기초하여 선정된 것이 아니고, 본 발명자들의 오랫동안의 경험 및 연속근사법(trial and error method ; 시행착오법)에 의하여 최적의 비율로 여겨지는 것으로 결정된 경험적인 근거를 바탕으로 한 혼합비이며, 상기한 범위들, 즉 5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트의 혼합비를 벗어나는 것은 작물의 생육 및 토양의 개량이라는 장단기적인 관점들에 비추어 볼 때 바람직하지 못한 것으로 여겨진다.

상기 제1혼합물의 분말은 환원소성되어 사용되며, 여기에서 환원소성은 무산소 또는 희산소, 즉 산소가 충분히 공급되지 않는 분위기에서 가열되어 소성되는 것을 의미한다. 무산소의 분위기 또는 희산소의 분위기는 예를 들면 소성이 이루어지는 로 내의 공기를 질소로 치환하는 것에 의해 달성될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 기타 공기의 탈기나 산소와 같은 산화성 기체를 비산화성 또는 비반응성의 기체들로 치환하는 것 등에 의하여 달성될 수 있음은 당업자에게는 이해될 수 있는 것이다.

상기 제1혼합물의 환원소성물과, 질석의 분말의 환원소성물 및 패각분들을 중량비로 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 비율로 혼합하여 원료혼합물이 준비된다. 상기 질석 : 패각분 : 제1혼합물의 혼합비 역시 본 발명자들의 오랫동안의 경험 및 연속근사법에 의하여 최적의 비율로 여겨지는 것으로 결정된 경험적인 근거를 바탕으로 한 혼합비이며, 상기한 범위들을 벗어나는 것은 작물의 생육 및 토양의 개량이라는 장단기적인 관점들에 비추어 볼 때 바람직하지 못한 것으로 여겨진다.

상기에서 질석은 운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 광물로 버미큘라이트라고도 한다. 상기 질석은 산에 쉽게 분해되고, 양이온 교환능력이 크며 가열하면 팽창한다. 화학성분은 C, Mg, Fe3+,Al₃(Al,Si)₄O₁₀(OH)₂(사수화물)로, 알루미늄, 마그네슘, 철의 수산화규산염으로 된 점토광물이다. 상기 질석은 다공질(多孔質)이며, 흡수능력이 좋아서 내열재료 및 방음재(防音材)로 이용되기도 한다.

본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체는 상기한 바와 같이 수득되는 원료혼합물에 1 내지 45%의 농도의 유기산을 첨가한다.

유기산을 첨가한 원료혼합물은 이를 발효시켜서 수득되는 발효산물의 상층액을 이용하여 액상의 미네랄복합체를 제조할 수 있다.

또한, 발효전에 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량% 및 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가한 후, 발효는 젖산균의 종균으로 발효시켜 수득되는 발효산물의 상층액을 얻을 수 있다.

여기서 미강이라 함은 현미에서 백미로 정미하는 과정에서 발생하는 쌀겨와 쌀눈으로 이루어진 속껍질 가루를 말한다.

상기 유기산은 아스코르빈산(비타민 C), 아미노산, 호박산, 사과산, 아스파라긴산, 젖산 , 주석산 및 푸마르산 등으로 이루어진 군에서 어느 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어진다. 상기 유기산은 액상의 미네랄복합체의 유기물 함량을 높이고, 젖산발효 시 잡균의 증식을 억제하여 젖산발효를 돕는 기능을 한다. 특히 상기 유기산은 주석산을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 주석산은 화학성분이 C₄H₅O₆로 이루어지며, 천연 주석산 및 합성 주석산이 있으며, 상기 천연 주석산 및 공업용 주석산 모두 비제한적으로 사용될 수 있다.

상기 원료혼합물과 상기 유기산의 혼합비는 1 : 3 내지 6중량비가 될 수 있다. 상기 원료혼합물과 상기 유기산의 혼합비가 상기한 범위를 벗어나는 경우, 상기한 젖산발효를 포함하는 발효가 충분히 이루어지지 못하게 되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 발효는 상기 원료혼합물에 1 내지 45%의 농도의 유기산을 첨가하여 수득되는 혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량% 및 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가한 후에 젖산의 종균을 접종시키고, 통상의 발효조건, 즉 약 37℃의 온도에서 1 내지 2일간 교반시키면서 방치하는 것에 의하여 젖산의 증식에 의하여 발효가 진행될 수 있음은 이해될 수 있는 것이다.

상기한 바와 같은 발효 이후, 수득되는 발효산물로부터 액상부인 상층액만을 여과 등의 방법에 의하여 분리하는 것에 의해 본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체를 수득할 수 있다.

본 발명의 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제는, 5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트를 포함하여 이루어지는 제1혼합물의 분말의 환원소성물과, 질석의 분말의 환원소성물 및 패각분들을 중량비로 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 비율로 혼합하여 수득되는 원료혼합물에 1 내지 45%의 농도의 유기산을 첨가하고, 이를 발효시켜서 수득되는 발효산물에서 상층액을 분리하고 난 후 잔류하는 슬러지 형태의 고형분을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 발효 전에 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량% 및 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가한 후, 발효는 젖산균의 종균으로 발효시켜고, 수득되는 발효산물에서 상층액을 분리하고 난 후 잔류하는 슬러지 형태의 고형분을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제는 상기한 바의 본 발명의 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체와 동일 유사하게 제1혼합물의 준비에서부터 발효산물의 수득까지 동일 유사하게 이루어지며, 따라서 동일 유사한 부분들은 반복되는 설명을 생략하기로 한다.

상기한 바의 본 발명에 따른 고상의 토양개량제는 상기한 바의 본 발명의 액상의 미네랄복합체의 제조 동안에 수득되는 발효산물에서 상층액을 분리하고 난 후 잔류하는 슬러지 형태의 고형분으로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 투입된 원료에서 생산되는 액상 성분과 고상 성분들을 모두 활용하여 액상 성분은 액상의 미네랄복합체로 그리고 고상 성분은 슬러지 형태의 고형분으로서의 토양개질제로 활용할 수 있어 자원의 낭비를 최소화하고, 거기에 더해 작물의 재배 시, 액상의 미네랄복합체에 의한 작물의 속성재배를 통한 단기효 및 토양개량제의 장기적인 토양의 개질이라는 장기효를 모두 기대할 수 있도록 하는 효과를 제공할 수 있다.

상기 슬러지 형태의 고형분은 바람직하게는 분무건조된 것이 될 수 있다. 분무건조는 식품 등 어떤 재료의 액체를 열풍 속에 분무시켜, 미세한 물방울 상태로 기류에 동반시키면서 건조시키는 방법이다. 재료를 미립화한다는 것은 재료 단위당의 표면적을 크게 함으로써 건조에 필요한 증발잠열을 주위의 열풍으로부터 받거나, 재료의 수분을 주위의 기류 속으로 증발시키는 데에 효과적이다. 따라서, 열풍과의 접촉시간이 짧고, 재료온도도 비교적 낮아서, 식품 등 온도의 영향을 받기 쉬운 것의 건조에 알맞다. 재료의 미립화에는 ① 가압식 노즐, ② 기류식 노즐, ③ 회전판(원심력식) 방식이 쓰인다. 또, 기류와의 접촉과 건조제품의 수집을 유효하게 하기 위하여, 사이클론형 형식을 취하는 경우도 많다. 이러한 분무건조는 당업자에게는 용이하게 이를 실시할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다.

상기 슬러지 형태의 고형분은 분무건조에 앞서 슬러지 형태의 광물 폐기물이나 또는 하수슬러지 또는 오니(이하 '하수슬러지'라 한다)와 혼합될 수 있으며, 혼합비는 슬러지 형태의 고형분 : 하수슬러지 = 1 내지 3 : 1의 중량비가 될 수 있으며, 이는 하수슬러지 등의 폐자원의 재활용을 가능하게 하는 효과를 제공할 수 있다.

상기 분무건조된 고형분은 유기접착제와 혼합한 후 작은 덩어리의 형태로 성형된 소성형물이 될 수 있다. 이러한 소성형물로의 성형은 수득되는 본 발명에 따른 토양개량제의 보관, 운송 및 산포 등 취급을 용이하게 하는 효과를 제공한다. 상기 유기접착제는 바람직하게는 카복시메틸셀룰로오스나트륨, 카복시메틸셀룰로오스칼슘, 전분글리콜산나트륨, 메틸셀룰로오스, 전분린산에스텔나트륨 및 폴리아크릴산나트륨 등으로 이루어진 군에서 어느 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 전분글리콜산나트륨이 될 수 있다. 이들 유기접착제들은 입상 또는 분체상의 상기 토양개량제를 결합시켜 소성형물로 성형시키는 데 도움을 주는 기능을 한다.

상기 소성형물은 단면이 원형이나 타원형인 구형, 단면이 사각형인 육면체형 또는 부정형의 형상으로 성형될 수 있으며, 바람직하게는 구형이 될 수 있다. 이러한 소성형물로의 성형은 통상의 세라믹 볼성형기(환제조기)에 의해 제조될 수 있으며, 당업자에게는 국내외 유수의 제조업자들로부터 상용적으로 제공되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다.

상기 소성형물은 성형 전에 제올라이트를 더 포함할 수 있다. 제올라이트는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물인 광물을 총칭하는 말로 색깔은 무색 투명하거나 백색 반투명하다. 주요한 종류로서 방비석, 어안석, 캐버자이트, 소다비석, 휼란다이트, 스틸바이트, 로몬타이트, 이네사이트 등이 있다. 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 있으므로, 다른 미립물질을 흡착할 수가 있다. 이 성질을 이용해서 흡착제로 사용하며, 크기가 다른 미립물질을 분리시키는 분자체(分子篩)로 사용한다. 상기 제올라이트는 바람직하게는 10 이상의 양이온치환능력(CEC ; Cation Exchange Capacity)을 갖는 것이 될 수 있다. 상기 양이온치환능력은 토양의 잠재적 비옥도를 측정할 때 사용되는 개념이다. 토양입자 중 교질입자로 취급할 수 있는 미세 입자를 토양 교질(soil colloid)이라 하는데, 이것은 미세 입자로 표면적이 크고 토양수에서 음전하를 띠어 식물이 쉽게 이용할 수 있는 양이온의 질소와 칼륨, 마그네슘, 칼슘과 인산과 같은 양분을 흡착해 식물이 이용할 수 있게 한다. 이렇게 토양 교질의 작용으로 양이온을 흡착하는 능력을 양이온 치환 용량(catioa exchange capacity:CEC) 혹은 염기 치환 용량이라고 한다. 이것은 일정량의 토양이 보유하고 있는 치환성 이온의 총량을 당량으로 나타낸 것으로 토양 100g 당 수소이온이 양이온으로 치환할 수 있는 자리의 수 즉 음전하의 수와 같으며 ㎎ 당량(mille equivalent)으로 표시한다. 양이온 치환능이 크면 양이온이 많다는 뜻으로 비옥하다고 볼 수 있으나, 치환자리의 대부분을 수소이온이 차지하고 있다면 양이온 치환능이 클지라도 실제로 비옥하지 않기 때문에 잠재적 비옥도를 측정할 때 사용한다. 따라서 본 발명에서는 10 이상의 양이온치환능력을 갖는 제올라이트를 사용함으로써 작물이 양분을 흡수이용할 수 있도록 하는 데 도움을 줄 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체의 제조방법은, (1) 5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트를 혼합하여 제1혼합물을 수득하는 제1혼합단계; (2) 상기 제1혼합물을 900 내지 1100메쉬로 분쇄하여 분말화하는 제1분쇄단계; (3) 상기 제1혼합물의 분말을 무산소 또는 희산소의 분위기 하에서 300 내지 400℃의 온도에서 환원소성하는 제1환원소성단계; (4) 질석을 10 내지 80메쉬로 분쇄한 후, 분쇄된 질석 분말을 무산소 또는 희산소의 분위기 하에서 900 내지 1100℃의 온도에서 환원소성하는 제2환원소성단계; (5) 상기 제1환원소성단계에서 수득되는 제1혼합물 분말과, 상기 제2환원소성단계에서 수득되는 질석 분말 및 조개껍질을 분쇄하여 수득되는 패각분들을 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 중량비로 혼합하여 원료혼합물을 수득하는 제2혼합단계; (6) 상기 원료혼합물에 1 내지 45%의 농도의 유기산 첨가 및 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량%, 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가하여, 젖산균의 종균으로 발효시켜서 발효산물을 수득하는 발효단계; 및 (7) 상기 발효산물로부터 액상의 상층액을 분리하는 상층액 분리단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 (1)의 제1혼합단계는 5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트를 혼합하여 제1혼합물을 수득하는 것으로 이루어진다.

상기 (2)의 분쇄단계는 상기 제1혼합물을 900 내지 1100메쉬로 분쇄하여 분말화하는 것으로 이루어진다.

상기 (3)의 제1환원소성단계는 상기 제1혼합물의 분말을 무산소 또는 희산소의 분위기 하에서 300 내지 400℃의 온도에서 환원소성하는 것으로 이루어진다.

상기 (4)의 제2환원소성단계는 질석을 10 내지 80메쉬로 분쇄한 질석의 분말을 무산소 또는 희산소의 분위기 하에서 900 내지 1100℃의 온도에서 환원소성하는 것으로 이루어진다.

상기 (5)의 제2혼합단계는 상기 제1환원소성단계에서 수득되는 제1혼합물 분말과, 상기 제2환원소성단계에서 수득되는 질석 분말 및 조개껍질을 분쇄하여 수득되는 패각분들을 중량비로 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 비율로 혼합하여 원료혼합물을 수득하는 것으로 이루어진다.

상기 (6)의 발효단계는 상기 원료혼합물에 1 내지 45%의 농도의 유기산 첨가 및 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량%, 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가하여, 젖산균의 종균으로 발효시켜서 발효산물을 수득하는 것으로 이루어진다.

그리고 상기 (7)의 상층액 분리단계는 상기 발효산물로부터 액상의 상층액을 분리하는 것으로 이루어진다.

상기한 바의 본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체의 제조방법에서 상기 본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체에서 개시한 바와 동일 또는 유사한 설명들은 반복을 피하기 위하여 이를 생략한다.

상기 발효단계에서 사용되는 상기 유기산은 아스코르빈산(비타민 C), 아미노산, 호박산, 사과산, 아스파라긴산, 젖산, 주석산 및 푸마르산 등으로 이루어진 군에서 어느 하나 또는 2이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.

상기 발효단계에서 상기 원료혼합물과 상기 유기산의 혼합비는 1 : 3 내지 6중량비가 될 수 있다.

또한, 본 발명의 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제의 제조방법은, (1) 5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트를 혼합하여 제1혼합물을 수득하는 제1혼합단계; (2) 상기 제1혼합물을 900 내지 1100메쉬로 분쇄하여 분말화하는 제1분쇄단계; (3) 상기 제1혼합물의 분말을 무산소 또는 희산소의 분위기 하에서 300 내지 400℃의 온도에서 환원소성하는 제1환원소성단계; (4) 질석을 10 내지 80메쉬로 분쇄한 질석의 분말을 무산소 또는 희산소의 분위기 하에서 900 내지 1100℃의 온도에서 환원소성하는 제2환원소성단계; (5) 상기 제1환원소성단계에서 수득되는 제1혼합물 분말과, 상기 제2환원소성단계에서 수득되는 질석 분말 및 조개껍질을 분쇄하여 수득되는 패각분들을 중량비로 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 비율로 혼합하여 원료혼합물을 수득하는 제2혼합단계; (6) 상기 원료혼합물에 1 내지 45%의 농도의 유기산 첨가 및 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량%, 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가하여, 젖산균의 종균으로 발효시켜서 발효산물을 수득하는 발효단계; 및 (7) 상기 발효산물로부터 슬러지 형태의 고형분을 분리하는 고형분 분리단계;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 (2)의 제1분쇄단계는 상기 제1혼합물을 900 내지 1100메쉬로 분쇄하여 분말화하는 것으로 이루어진다.

상기 (6)의 발효단계는 상기 원료혼합물에 1 내지 45%의 농도의 유기산 첨가 및 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량%, 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가하여 젖산균의 종균으로 발효시켜서 발효산물을 수득하는 것으로 이루어진다.

그리고 상기 (7)의 고형분 분리단계는 상기 발효산물로부터 슬러지 형태의 고형분을 분리하는 것으로 이루어진다.

상기한 바의 본 발명에 따른 토양개질제의 제조방법에서 상기 본 발명에 따른 토양개질제에서 개시한 바와 동일 또는 유사한 설명들은 반복을 피하기 위하여 이를 생략한다.

상기 슬러지 형태의 고형분은 바람직하게는 분무건조될 수 있다.

상기 분무건조된 고형분은 유기접착제와 혼합한 후 작은 덩어리의 형태로 성형된 소성형물이 될 수 있다.

상기 유기접착제는 바람직하게는 카복시메틸셀룰로오스나트륨, 카복시메틸셀룰로오스칼슘, 전분글리콜산나트륨, 메틸셀룰로오스, 전분린산에스텔나트륨, 폴리아크릴산나트륨 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것이 될 수 있다. 상기 유기접착제는 가장 바람직하게는 전분글리콜산나트륨이 될 수 있다.

상기 소성형물은 단면이 원형이나 타원형인 구형, 단면이 사각형인 육면체형 또는 부정형의 형상으로 성형될 수 있다.

상기 소성형물은 성형 전에 제올라이트를 더 포함할 수 있다.

상기 제올라이트는 바람직하게는 10 이상의 양이온치환능력(CEC ; Cation Exchange Capacity)을 갖는 것이 될 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

실시예 1 내지 8

흑운모, 감람석, 운기석, 귀양석, 청옥, 적황토 및 모데나이트를 혼합하되, 하기 표 1과 같이 서로 달리 혼합하여 제1혼합물을 수득하고, 이를 나노분쇄기(볼밀분쇄기)에 의해 평균입경이 약 1000메쉬가 되도록 분쇄한 후, 로 내의 공기를 질소로 치환시킨 희산소 분위기 중에서 약 350℃ 정도로 건조 및 환원소성시켜서 제1혼합물 분말을 수득하고, 별도로 질석을 평균입경이 약 50메쉬가 되도록 분쇄한 후, 역시 희산소 분위기 중에서 약 1000℃ 정도로 건조 및 환원소성시켜서 질석 분말을 수득하고, 상기 제1혼합물 분말과, 상기 질석 분말 및 조개껍질을 분쇄하여 수득되는 패각분들을 중량비로 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 3의 비율로 혼합하고 1시간동안 교반기에서 상온교반시켜 원료혼합물을 수득하였다. 수득된, 원료혼합물에 5%의 농도의 호박산(물 용매에 호박산 분말을 첨가하여 5%의 농도를 제조)을 첨가하였으며, 호박산이 첨가된 원료혼합물 90중량, 미강 10중량%로 미강을 첨가하여, 젖산균의 종균으로 접종시키고, 약 37℃에서 2일간 발효시켰다. 발효 후, 수득되는 발효산물로부터 액상의 상층액을 분리하여 본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체(실시예 1 내지 4)들을 수득하고, 또한 상기 발효산물로부터 상층액을 분리하고 난 후의 슬러지 형태의 고형성분들을 분리하여 고상의 토양개량제(실시예 5 내지 8)들을 수득하였다. 상기에서 실시예 1 내지 4의 액상의 미네랄복합체 및 실시예 5 내지 8의 토양개량제들에서의 각 실시예들은 사용되는 천연원료 및 용출시간 등에서 차이가 있을 수 있으며, 이로 인한 오차를 줄이기 위하여 이하의 실시예들 및 실험들에서는 이들을 혼합하여 사용하였다.

수득된 액상의 미네랄복합체(실시예 1 내지 4)들을 상용화된 유도쌍분광분석기(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy ; ICP-OES)를 사용하여 원소분석을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 3(단위 ppm)에 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
K	57.55	158.30	14.97	11.93
Na	166.10	228.30	142.50	26.20
P	75.38	143.80	38.89	13.30
Ca	1520.00	2719.00	498.20	385.40
Mg	291.20	583.60	239.10	57.71
Fe	357.00	836.80	49.77	160.30
Al	341.80	838.30	33.56	108.10
Mn	5.52	10.14	1264.00	5.83
Si	169.40	291.90	15.41	30.52
Zn	1.50	2.48	1.59	0.51
Cu	1.02	1.65	578.90	0.27
Zr	0.11	0.90	0.27	0.77
Ti	14.18	54.17	2.14	4.12
Ce	1.51	2.71	0.60	0.21
Nd	0.91	2.02	0.35	0.12
V	0.85	3.32	3.11	0.45
Se	0.01	0.06	0.94	불검출
Ge	0.01	0.07	0.54	2090.05
합계	3004.95	5879.44	2965.65	2895.96

실시예 9

품질의 균질화를 위하여 상기 실시예 1 내지 4에서 수득된 본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체를 등량비로 혼합하여 본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체(실시예 9)를 수득하였고, 또한, 본 발명에 따른 상기 실시예 5 내지 8에서 수득된 본 발명에 따른 토양개량제를 등량비로 혼합하여 본 발명에 따른 토양개량제(실시예 10)를 수득하였으며, 이들을 사용하여 후속의 실험을 수행하였다.

실험예 1

작물의 재배대상지에 본 발명에 따른 상기 실시예 10의 토양개량제를 원토 : 토양개량제 = 10 : 1의 혼합비로 혼합하여 재배대상지의 토양을 개량하였으며, 그 후, 작물로서 상추를 선택하여 재배하였다. 상추는 국내 소재의 묘목상으로부터 약 5㎝ 정도 성장한 상추묘목을 구입하여 이를 밭에 모심기한 후 실험하였다. 상추는 모종(묘목을 밭에 심는 것)한 후 15일부터 수확이 가능하기 때문에 모종 후 첫 수확 전 일주일 동안 2회 시비하되, 본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체(실시예 9) 10㎖을 10ℓ의 물에 희석시켜 33㎡에 걸쳐 고르게 엽면시비하는 것에 의하여 재배(실시예 11)하여 파종 후 15일차에서 수확하였으며, 대조군으로서 동종의 상추 종자를 동시에 파종하여 재배하되, 액상의 미네랄복합체의 사용 없이 일반 농업용수로만 급수하여 재배하였으며, 상기 실시예 11과 동일자로 수확하였다. 또한, 비교예들로서 시중 마트에서 판매되는 일반 상추(상품명 양반상추(비교예 1) 및 상품명 예냉적상추(비교예 2))들을 구입하여 대조하였다.

각 상추들로부터 샘플을 채취하여 상용화된 유도쌍분광분석기(ICP-OES)를 사용하여 원소분석을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 4(단위 ppm) 및 표 5(비교예 : 실시예의 백분율)에 나타내었다.

구분	대조군	실시예 11	비교예 1	비교예 2
K	77460.00	73380.00	57552.00	65280.00
Na	7445.16	5477.16	2014.56	2538.96
P	5425.92	5334.12	3058.32	3853.32
Ca	15706.20	16276.20	15676.20	12214.20
Mg	4495.20	4146.60	2938.20	3492.60
Fe	227.52	216.12	120.24	126.48
Al	135.60	159.24	75.30	78.06
Mn	65.76	78.66	20.28	206.40
Si	25.38	15.96	2.58	17.46
Zn	84.36	90.12	31.56	67.86
Cu	1.25	1.95	0.87	1.09
Zr	3.65	2.33	0.89	0.50
Ti	7.96	3.08	0.99	0.88
Ce	0.27	2.09	0.18	0.30
Nd	0.20	2.10	0.17	0.24
La	0.25	1.14	0.12	0.20
Co	1.41	3.73	1.39	1.12
Ge	0.12	0.55	0.01	0.01
합계	111087.24	105193.54	81494.15	87879.82

구분	(실시예11-대조군)/대조군		(실시예11-비교예1)/비교예1		(실시예11-비교예2)/비교예2
구분	%	증감	%	증감	%	증감
K	-5.3	감소	27.5	증가	12.4	증가
Na	-26.4	감소	171.9	증가	115.7	증가
P	-1.7	감소	74.4	증가	38.4	증가
Ca	3.6	증가	3.8	증가	33.3	증가
Mg	-7.8	감소	41.1	증가	18.7	증가
Fe	-5.0	감소	79.7	증가	70.9	증가
Al	17.4	증가	111.5	증가	104.0	증가
Mn	19.6	증가	287.9	증가	-61.9	감소
Si	-37.1	감소	518.6	증가	-8.6	감소
Zn	6.8	증가	185.6	증가	32.8	증가
Cu	55.5	증가	124.1	증가	78.6	증가
Zr	-36.1	감소	162.8	증가	366.5	증가
Ti	-61.3	감소	210.0	증가	249.3	증가
Ce	668.1	증가	1036.9	증가	604.7	증가
Nd	942.7	증가	1106.1	증가	768.2	증가
La	361.1	증가	852.7	증가	484.3	증가
Co	165.0	증가	167.6	증가	234.1	증가
Ge	367.5	증가	6316.0	증가	10479.0	증가
합계	-5.3	감소	29.1	증가	19.7	증가

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체를 사용한 실시예(실시예 11)는 시중 판매되는 제품들에 비해 월등히 높은 미네랄 함량의 증가를 나타내었으며, 본 발명에 따른 토양개량제로 개량된 동일한 토양에서 재배된 무처리된 대조군에 비해서도 조사 대상 총 21개 미네랄성분들 12개 항목들에서 전반적인 함량의 증가를 나타내었으며, 감소의 정도는 높지 않은 것으로 나타남을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 토양개량제로 개량된 동일한 토양에서 재배된 무처리된 대조군(본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체를 시비하지 않은 경우) 역시 시중 판매되는 제품들에 비해 높은 미네랄 함량의 증가를 나타냄을 확인할 수 있었다.

실험예 2

상기 실시예 11과 대조군 간의 생육도의 정도를 비교실험하였다. 생육도의 비교실험은 상기 실시예 11과 대조군에서 각각 10개체씩 총 20개체들을 선정(실험의 공정성을 확보하기 위하여 평균높이가 같도록 선정)하여 파종 후부터 수확시기인 15일차까지 매 3일 간격으로 평균성장길이(수직길이)를 측정하여 비교하는 것으로 하였으며, 그 결과를 하기 표 6(단위 ㎝)에 나타내었다.

구분	실시예 11	대조군	차이
0일차	5.16	5.16	0
3일차	8.43	8.08	0.35
6일차	11.73	11.27	0.46
9일차	14.94	13.98	0.96
12일차	18.66	17.55	1.11
15일차	21.57	20.13	1.44

상기에서 0일차는 상추묘목, 즉 앞서 언급한 바와 같이 국내 묘목상으로부터 약 5㎝ 정도 성장한 상추묘목을 밭이 모심기(모종)한 직후를 의미한다.

상기 표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 11과 대조군의 상추의 15일간의 성장 길이를 평균해 본 결과, 본 발명에 따른 실시예 11이 15일 후에는 대조군에 비해 약 1.44㎝ 더 자란 것으로 측정되었다. 따라서, 대조군의 15일 후 평균성장길이인 20.13㎝ 대비 약 7.40%의 성장 촉진 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

실험예 3

하기의 [표 7]은 본 발명에 따른 액상의 미네랄복합체(실시예 9)를 이용하여 병아리를 사육하는 데 음수로 사용하여 실험하였다. 실시예 9의 액상의 미네랄복합체를 물에 1000배 희석(예를 들면 1ml의 액상 미네랄복합체에 1000ml 물을 혼합)하여 음수(실시예 12)로 제공하였으며, 실시예 9의 액상 미네랄복합체를 물에 500배 희석하여 음수(실시예 13)로 제공하였다. 또한 액상 미네랄복합체 없이 물을 제공(비교예 3)한 것과, 기존 미네랄을 사료에 첨가(비교예 4)하여 제공하였다.

병아리 20마리씩 각각 배치하여 사료 및 음수를 제공하여 한달 동안 사육하고 얻은 20마리 병아리의 평균 무게를 비교하였다.

구 분	실시예 12 (1000배 희석)	실시예 13 (500배 희석)	비교예 3	비교예 4
마리수	20	20	20	20
병아리 무게(g)	821	836	769	791

[표 7]에 나타난 것처럼 액상 미네랄복합체를 이용할 경우 일반사료를 급여할때보다 9%까지 증체량이 개선되었으며 기존 화학적 미네랄을 사료를 급여한 경우보다 음수로 급여하였을 경우 최대 6%까지 증체량이 개선된 것을 확인할 수 있었으며, 사료섭취량과 사료효율 또한 개선하는 것으로 나타났다. 이러한 이유는 무기형태의 화학적 합성 미네랄 보다 체내 이용률이 뛰어나 가축의 생산성 향상에 많은 도움을 준 것으로 사료된다. 또한 약리적 기능을 가진 Cu, Zn, Fe, Mn을 유기체 형태로 급여하여 성장촉진 효과가 나타난 것으로 판단된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims

5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트를 포함하여 이루어지는 제1혼합물의 분말의 환원소성물과, 질석의 분말의 환원소성물 및 패각분들을 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 중량비로 혼합하여 수득되는 원료혼합물에 1 내지 45% 농도의 유기산을 첨가하고,
이를 발효시켜서 수득되는 발효산물의 상층액으로 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체.
제 1 항에 있어서,
발효 전에 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량% 및 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가한 후,
발효는 젖산균의 종균으로 발효시키고, 수득되는 발효산물의 상층액으로 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유기산은 아스코르빈산(비타민 C), 아미노산, 호박산, 사과산, 아스파라긴산, 젖산, 주석산 및 푸마르산으로 이루어진 군에서 어느 하나 또는 2이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체.
제 1 항에 있어서,
상기 원료혼합물과 상기 유기산의 혼합비가 1 : 3 내지 6중량비임을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 액상의 미네랄복합체.
5 내지 15중량%의 흑운모, 1 내지 10중량%의 감람석, 1 내지 10중량%의 운기석, 1 내지 10중량%의 귀양석, 5 내지 15중량%의 청옥, 1 내지 10중량%의 적황토 및 잔량으로서 모데나이트를 포함하여 이루어지는 제1혼합물의 분말의 환원소성물과, 질석의 분말의 환원소성물 및 패각분들을 질석 : 패각분 : 제1혼합물 = 1 : 1 : 2 내지 4의 중량비로 혼합하여 수득되는 원료혼합물에 1 내지 45%의 농도의 유기산을 첨가하고,
이를 발효시켜서 수득되는 발효산물에서 상층액을 분리하고 난 후 잔류하는 슬러지 형태의 고형분을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제.
제 5 항에 있어서,
발효 전에 상기 유기산을 첨가한 원료혼합물에 미강을 첨가하되, 유기산을 첨가한 원료혼합물 85 ~ 99 중량% 및 미강 1 ~ 15 중량%로 첨가한 후,
발효는 젖산균의 종균으로 발효시켜고, 수득되는 발효산물에서 상층액을 분리하고 난 후 잔류하는 슬러지 형태의 고형분을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 슬러지 형태의 고형분이 분무건조되며, 상기 분무건조된 고형분이 유기접착제와 혼합한 후 작은 덩어리의 형태로 성형된 소성형물임을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제.
제 7 항에 있어서,
상기 소성형물이 성형 전에 제올라이트를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 천연 무기자원들로부터 만들어지는 고상의 토양개량제.