KR101439262B1 - 분해성 과립형 유황 비료 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 유황 88~93 중량%과 벤토나이트 7~12 중량%로 이루어지는 분해성 과립형 유황 비료 및 그 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따른 제조방법은 정확한 혼합효과로 균질성을 이루며 양질의 제품을 생산할 수 있고, 소포제가 불필요하고, 짧은 시간에 연속방식으로 제조하기 때문에 대량생산을 할 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 과립형 유황 비료는 작물의 생육에 적합한 속효성과 완효성의 특징을 가지고 있다.

Description

분해성 과립형 유황 비료 및 그 제조 방법 {Soluble flake typed sulphur fertilizer and preparation method thereof}

본 발명은 분해성 과립형 유황 비료 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유황 88~93 중량%과 벤토나이트 7~12 중량%로 이루어지는 분해성 과립형 유황 비료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

유황 (sulphur)은 주요 필수 식물 영양소 중의 하나로서, 작물의 수확량에 크게 기여하고 있다. 유황은 식물생육에 있어서 3가지 아미노산, 즉 시스틴, 시스테인, 메티오닌의 구성 성분뿐 아니라, 두과 작물의 뿌리혹 형성에 필수적이며, 이 성분이 부족할 경우 식물 생육이 억제되고 농작물의 수량과 품질에도 크게 관여하는 것으로 보고되고 있다. 또한 유황 비료의 가장 큰 장점은 작물생육에 적합하도록 토양의 산도를 조절하여 지력을 높이는 점이다 (등록특허공보 제10-0852767호, 공개특허공보 제10-2007-0019504호).

그런데 유황은 녹는점이 118℃로 상온의 물에 녹지 않아서 농업용으로 사용하는데 불편함이 있었다(등록특허공보 제10-1334157).

이와 같은 유황의 문제점을 개선하고자, 유황에 추가 성분을 혼합하여 과립형의 유황 비료의 제조가 시도되어 왔으나, 종래 혼합은 교반기와 인펠러가 장착된 커다란 피트(Pit)에서 장시간 지속적으로 교반하면서 한 배치(one batch)씩 제조되었다. 그러나 이와 같이 성상이 서로 다른 2가지 물질을 배치방식으로 혼합하는 동안 피트 내부에 침전 현상이 일어났고 또한 많은 시간이 소요되었다. 게다가 장시간의 혼합에도 불구하고 고른 혼합이 이뤄지지 않으며 뭉침 현상으로 다음 공정의 성형에 좋지 못한 영향을 끼쳐왔다.

따라서 성상이 다른 추가 성분의 고른 혼합이 이루어지며 물에 분해성인 유황 비료 및 그 제조방법의 개발이 계속 요구되어 왔다.

이에 본 발명자들은 예의 연구한 결과, 유황과 벤토나이트를 약 9:1의 중량비로 특정 조건 하에 혼합하여 제조된 과립형 유황 비료는 물에 분해성 (속효성과 완효성)이어서 작물의 비료로서 우수한 특성을 가지며 토양개량제로서도 우수하다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 유황 88~93 중량%과 벤토나이트 7~12 중량%로 이루어지는 분해성 과립형 유황 비료를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유황 88~93 중량%과 벤토나이트 7~12 중량%로 이루어지는 분해성 과립형 유황 비료의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

i) 용융 유황을 5~20 메쉬로 필터링한 후 믹서 (Inline mixer)에 중량흐름속도 4,000 ~ 10,000 Kg/hr로 공급하고, 동시에 분말상의 벤토나이트를 300 ~ 1,360 Kg/hr로 공급하는 단계;

ii) 믹서 내에서 용융 유황과 벤토나이트를 3,000~3,600rpm으로 0.6 ~ 6.0초 동안 혼합하는 단계;

iii) 적절한 크기의 과립형태로 성형하는 단계;

iv) 성형된 과립을 1 ~ 35℃로 냉각하는 단계를 포함하는 분해성 과립형 유황 비료의 제조방법을 제공한다.

단계 i) 공급

액상(용융)의 유황을 5~20 메쉬로 필터링한 후 믹서 (Inline mixer)에 중량흐름속도 (Mass flow rate: 유황의 비중 1.8을 감안함) 4,000 ~ 10,000 Kg/hr (흐름속도 약2.2 톤/hr ~ 약5.6 톤/hr)로 공급하고, 동시에 분말상의 벤토나이트를 300 ~ 1,360 Kg/hr 공급속도로 공급한다.

본 발명에서 유황의 성상은 액체 상태이고 벤토나이트의 성상은 고체(분말)이다.

공급 전에, 액상(용융)의 유황은 용융점이 118℃이기 때문에 용융상태를 유지하기 위하여 저장된 피트(Pit)를 계속 보일링한다.

액상(용융)의 유황은 약 5~20 메쉬로 필터링을 하여 불순물을 제거한다.

믹서는, 구체적으로 한정되지는 않지만, 수위 신호표시(LI), 온도 신호표시(TI) 및 유량 신호표시(FI)와, 교반기와 가스 제거관을 구비한 것이 연속공정에 바람직하다.

액상(용융) 유황은 중량흐름속도 (Mass flow rate: 유황의 비중 1.8을 감안함) 4,000 ~ 10,000 Kg/hr (흐름속도 약2.2 톤/hr ~ 약5.6 톤/hr)로 믹서에 공급되는데, 중량흐름속도가 10,000 Kg/hr를 초과하면 많은 량이 공급되어 믹서에서 넘침(Over flow) 현상과 배관의 막힘(Plugging) 현상이 있고 중량흐름속도가 4,000 Kg/hr 미만이면 공급량이 줄어들어 믹서에서 균일한 혼합이 이뤄지지 않는다.

분말상의 벤토나이트는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 톤 백(Ton Bag)의 언로링(Unloading) 시스템에서 계량되어 자동적으로 믹서로 투입되는 것이 연속공정에서 바람직하다.

분말상의 벤토나이트는 300 ~ 1,360 Kg/hr 공급속도로 공급되는데, 공급속도가 1,360 Kg/hr 초과하면 많은 량이 공급되어 제품의 색상이 짙어지고 다음 공정의 성형이 나빠진다. 공급속도가 300 Kg/hr 미만이면 공급량이 줄어들어 제품의 색상이 옅어지고 다음 공정의 성형이 떨어지게 된다.

상기와 같은 액상(용융) 유황의 흐름속도와 분말상의 벤토나이트의 공급속도에 의하여 유황-벤토나이트의 혼합비는 유황 88~93 중량%과 벤토나이트 7~12 중량%가 유지된다.

단계 ii ) 혼합

믹서 내에서 유황과 벤토나이트를 3,000 ~ 3,600rpm으로 0.6 ~ 6.0초 동안 혼합한다.

벤토나이트는 85% 이상이 몬트모릴로나이트 (Montmorillonite: 몬모릴石/점토를 구성하는 광물의 한 무리)로 구성되어 있기 때문에 다른 물질에 비해 점성이 월등히 높은 특성을 지니고 있다. 이러한 특성을 지닌 물질의 혼합은 짧은 시간에 이루어져야 혼합의 효과를 높일 수가 있다. 따라서 본 발명의 믹서에서는 3,000~3,600rpm으로 고속 회전하여 짧은 시간 (0.6 ~ 6.0초 동안)에 액상(용융)의 유황과 고상의 벤토나이트가 균일하게 혼합된다.

단계 iii ) 성형

단계 ii)에서 혼합된 유황-벤토나이트 혼합물을, 통상의 성형기를 사용하여 적절한 크기의 과립형태로 성형한다.

적절한 크기는, 제한되지는 않지만, 바람직하게는 직경 2.5~5mm, 높이 1.2~1.8mm 이며, 과립형태는 쪼개진 콩(pea) 형태일 수 있다.

단계 iv ) 냉각

단계 iii)에서 성형된 과립형태의 유황 비료를 1 ~ 35℃(실온)에서 냉각한다.

이에 제한되지는 않지만 연속공정을 위하여 쿨링 벨트를 통하여 냉각할 수 있다.

냉각 단계 후에, 필요에 따라서, 제조된 과립형태의 유황 비료는 이송되어 계량 및 포장되는 단계를 더 거칠 수 있다.

상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 과립형 유황 비료는 수분을 흡수하면 분해가 진행되며, 시비 후 6개월 이내에 유황의 80%가 작물이 흡수할 수 있는 SO₄ ^-2로 전환된다. 본 발명에 따른 유황 비료 내에 포함되어 있는 벤토나이트가 물을 흡수하여 팽윤하면 황 그래뉼들을 미세하게 20~200㎛ 범위의 황 입자들로 분해하고, 빠르게 산화되어 식물이 이용 가능한 황산염(sulphate)으로 전환된다. 또한 본 발명의 과립형 유황 비료는 분진이 없어, 시비하는데 위생적이고 보건적이다.

본 발명의 다른 일례로, 유황 88~93 중량%과 벤토나이트 7~12 중량%로 이루어지는 분해성 과립형 유황 비료가 제공된다.

벤토나이트는 벌크 황의 저항성을 감소시키고, 벌크 황이 정전하를 유지하는 경향을 감소시켜 화재 가능성도 낮춘다. 본 발명의 유황 비료에서 벤토나이트가 7 중량% 미만이면 수분을 흡수하는 속도가 느려져 유황-벤토나이트의 특성인 속효성이 떨어진다, 12 중량% 초과로 포함되면 상대적으로 유황의 함량이 적기 때문에 식물의 필수 영양소가 줄어들어 작물생육이 늦어지게 된다.

본 발명에 따른 제조방법은 정확한 혼합효과로 균질성을 이루며 양질의 제품을 생산할 수 있고, 소포제가 불필요하고, 짧은 시간에 연속방식이기 때문에 대량생산을 할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 과립형 유황 비료는 작물의 생육에 적합한 속효성과 완효성의 특징을 가지고 있다. 시비 후 6개월 내에 80%가 작물이 흡수할 수 있는 SO₄ ^-2 형태로 전환되며, 사과, 배, 복숭아, 포도, 단감, 밤, 감귤, 자두 등의 당도를 높이고 색깔이 좋아지게 하고, 마늘, 양파, 생강 등 작물에 황 함유 아미노산의 증가로 독특한 향과 건물중, 저장성을 좋게 하며 고품질 농산물 재배를 가능케 한다.

무, 배추 등 엽채류의 당과 비타민C 함량을 높이고 고유의 식미를 향상시키며 수확량을 증대시켜 주며, 감자의 수확량, 전분가, 환원당 함량을 높여주어 고품질의 감자를 생산케 한다. 또한 인, 가리, 칼슘, 붕소, 철, 고토, 아연 등의 작물 흡수율을 높여주며, 유황 함유량 약 90%로 농도가 높아 시비량이 적어 노동력과 비용을 절감할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법의 일례의 제조 공정도이다.
도 2는 제조예 1~4에서 제조된 과립형 유황 비료의 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 제조예 4에서 제조된 과립형 유황 비료와 종래의 일반 유황비료의 물에서의 용해 시험 및 벤토나이트 함량 변화에 따른 물에서의 용해 시험을 나타내는 사진이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 제조예 4에서 제조된 과립형 유황 비료의 시비한 결과를 나타내는 사진이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위하여 예시한 것일 뿐이며, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

제조예 1

130℃의 저장 피트에 저장되어 있는 액상(용융)의 유황을 10 메쉬로 필터링한 후, 믹서 (Inline mixer, 제조사 IKA)에 중량흐름속도 6,300Kg/hr (흐름속도 3.5톤/hr)로 공급하고, 동시에 분말상의 벤토나이트를 548Kg/hr (8.0 중량%에 상당) 공급속도로 믹서에 공급한 후, 믹서 내에서 유황과 벤토나이트를 3,600rpm으로 약 0.6초 동안 혼합하였고, 그리고 나서 직경 약 3mm, 높이 약 1.5mm의 구형 과립형태로 성형한 후, 실온에서 냉각하여 과립형 유황 비료를 제조하였다. 제조된 과립형 유황 비료의 사진을 도 2에 나타내었다.

제조예 2

130℃의 저장 피트에 저장되어 있는 액상(용융)의 유황을 10 메쉬로 필터링한 후, 믹서 (Inline mixer, 제조사 IKA)에 중량흐름속도 6,300Kg/hr (흐름속도 3.5톤/hr)로 공급하고, 동시에 분말상의 벤토나이트를 585Kg/hr (8.5 중량%에 상당) 공급속도로 믹서에 공급한 후, 믹서 내에서 유황과 벤토나이트를 3,600rpm으로 약 3초 동안 혼합하였고, 그리고 나서 직경 약 3mm, 높이 약 1.5mm의 구형 과립형태로 성형한 후, 실온에서 냉각하여 과립형 유황 비료를 제조하였다. 제조된 과립형 유황 비료는 도 2와 같았다.

제조예 3

130℃의 저장 피트에 저장되어 있는 액상(용융)의 유황을 10 메쉬로 필터링한 후, 믹서 (Inline mixer, 제조사 IKA)에 중량흐름속도 6,300Kg/hr (흐름속도 3.5톤/hr)로 공급하고, 동시에 분말상의 벤토나이트를 623Kg/hr (9.0 중량%에 상당) 공급속도로 믹서에 공급한 후, 믹서 내에서 유황과 벤토나이트를 3,600rpm으로 약 4초 동안 혼합하였고, 그리고 나서 직경 약 3mm, 높이 약 1.5mm의 구형 과립형태로 성형한 후, 실온에서 냉각하여 과립형 유황 비료를 제조하였다. 제조된 과립형 유황 비료는 도 2와 같았다.

제조예 4

130℃의 저장 피트에 저장되어 있는 액상(용융)의 유황을 10 메쉬로 필터링한 후, 믹서 (Inline mixer, 제조사 IKA)에 중량흐름속도 6,300Kg/hr (흐름속도 3.5톤/hr)로 공급하고, 동시에 분말상의 벤토나이트를 700Kg/hr (10 중량%에 상당) 공급속도로 믹서에 공급한 후, 믹서 내에서 유황과 벤토나이트를 3,600rpm으로 약 5초 동안 혼합하였고, 그리고 나서 직경 약 3mm, 높이 약 1.5mm의 구형 과립형태로 성형한 후, 실온에서 냉각하여 과립형 유황 비료를 제조하였다. 제조된 과립형 유황 비료는 도 2와 같았다.

제조예 5

130℃의 저장 피트에 저장되어 있는 액상(용융)의 유황을 10 메쉬로 필터링한 후, 믹서 (Inline mixer, 제조사 IKA)에 중량흐름속도 6,300Kg/hr (흐름속도 3.5톤/hr)로 공급하고, 동시에 분말상의 벤토나이트를 810Kg/hr (11.5 중량%에 상당) 공급속도로 믹서에 공급한 후, 믹서 내에서 유황과 벤토나이트를 3,600rpm으로 약 6초 동안 혼합하였고, 그리고 나서 직경 약 3mm, 높이 약 1.5mm의 구형 과립형태로 성형한 후, 실온에서 냉각하여 과립형 유황 비료를 제조하였다. 제조된 과립형 유황 비료는 도 2와 같았다.

시험예 1

제조예 1~3에서 제조된 과립형 유황 비료를 용융법 분석(Soxhlet 추출법) 및 회분법 분석(Furnace)의 2가지 방법으로 함량 분석을 행하였고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

벤토나이트 투입량	용융법 분석 (Soxhlet 추출법)	회분법 분석 (Furnace)
9.0%	89.3%	91.9%
8.0%	90.8%	92.8%
8.5%	91.5%	92.9%

(%는 중량%)

Soxhlet 추출법은 실험기구 Soxhlet 기기를 이용하여 용매 톨루엔을 넣어 톨루엔이 기화될 때까지 가열하여 3시간 동안에 12차례 유황을 용융하여, 벤토나이트와 분리시켜 추출된 유황의 중량을 측정하여 얻는 방법이며 (톨루엔이 유황을 녹여내는데 한계가 있기 때문에 결과값이 실제 투입량보다 낮게 나옴), Furnace 분석법은 600℃의 열을 가해 1시간 동안 유황을 태워버리고 남는 벤토나이트의 함량을 100%에서 차감하여 얻는 방법 (600℃ 고온에서는 유황만이 타는 것이 아니라 벤토나이트 성분도 타서 없어지는 분량이 존재하기 때문에 결과값에 처음 투입된 벤토나이트 함량을 합하면 100%를 초과하게 됨)이다. 이 두 방법에서 어느 한 가지 방법을 선택하고 선택한 시험방법으로 동일하게 5회 시험하여 최대값, 최소값을 버리고 중간값 3개를 취한 후 평균한 값으로 한다.

상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 과립형 유황 비료는 고른 혼합이 이루어져서 유황과 벤토나이트 함량이 과립마다 일정하게 유지된다는 것을 확인할 수 있다.

시험예 2

제조예 4에서 제조된 과립형 유황 비료와 종래의 일반 유황비료 (제품명: S/G, 제조사: 세광화학공업(주)) 5g을 칭량하여 비이커에 넣고 20~25℃의 물 50ml를 가하여 용해 시험을 수행하였고, 2시간 경과 후의 결과를 도 3a에 나타냈다.

본 발명에 따른 과립형 유황 비료는 수분을 흡수하여 2시간이 경과하면서 분해가 진행되었으나, 종래의 일반 유황 비료는 물에 거의 용해되지 않았다.

또한, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 과립형 유황비료 (각각 벤토나이트 6, 7, 8, 8.5, 9 중량%를 함유)를 5g을 칭량하여 페트리디쉬에 넣고 20~25℃ 의 물 50ml를 가하여 용해 시험을 수행하였고, 2시간 경과 후의 결과를 도 3b에 나타냈다. 본 발명의 범위에 속하는 벤토나이트 함량을 포함한 과립형 유황 비료는 수분을 흡수하여 2시간이 경과하면서 분해가 적절히 진행되었으나, 6 중량%를 포함한 경우는 물에 용해가 잘 이루어지지 않았다.

시험예 3

제조예 4에서 제조된 과립형 유황 비료를 김장용 무의 파종시기(8월 하순 경)에 밑거름으로 10Kg/1,000m² 시비하고 흙과 잘 섞이도록 경운 및 로타리 한 후 파종을 하여 11월 중순에 수확한 결과를 도 4a에 나타냈고, 골프장 페어웨이 잔디의 맹아가 발생하는 4월 초순에 웃거름으로 4~5Kg/1,000m² 시비하여 잔디 면의 녹화가 완료되는 시기인 8월 초순에 잔디의 발육상태 결과를 도 4b에 나타냈다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 무처리구 (시비 없이 재배)에 비하여, 본 발명에 따른 과립형 유황 비료를 처리한 처리구에서 고품질의 무 및 잔디가 재배되었음을 확인할 수 있다.

또한, 제조예 4에서 제조된 과립형 유황 비료를 15kg/10a 으로 딸기에 시비한 후 재배한 결과를 도 4c 및 표 2에 나타냈다.

	뿌리길이(cm)		줄기길이(cm)		딸기 중량
	길이(cm)	지수(%)	둘레(cm)	지수(%)	중량(g)	지수(%)
무처리구	3~6	100%	5~10	100%	20	100%
처리구	4~8	130%	7~15	155%	30	150%

도 4c 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 무처리구 (시비 없이 재배)에 비하여, 본 발명에 따른 과립형 유황 비료를 처리한 처리구인 딸기는 딸기 중량이 150% 향상되고, 뿌리 및 줄기 또한 현저히 향상되어서, 고품질의 딸기가 재배되었음을 확인할 수 있다.

Claims (7)

1. 분해성 과립형 유황 비료의 제조방법으로, 상기 방법은
   i) 용융 유황을 5~20 메쉬로 필터링한 후 믹서에 중량흐름속도 4,000 ~ 10,000 Kg/hr로 공급하고, 동시에 분말상의 벤토나이트를 300 ~ 1,360 Kg/hr로 공급하는 단계;
   ii) 믹서 내에서 용융 유황과 벤토나이트를 3,000~3,600rpm으로 0.6 ~ 6.0초 동안 혼합하는 단계;
   iii) 과립형태로 성형하는 단계; 및
   iv) 성형된 과립을 1 ~ 35℃로 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 단계 iv) 후에, 제조된 과립형태의 유황 비료를 이송하여 계량 및 포장하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 과립형 유황 비료는 유황 88~93 중량%과 벤토나이트 7~12 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 과립형 유황 비료는 유황 90 중량%과 벤토나이트 10 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 과립형 유황비료는 직경 2.5~5mm 및 높이 1.2~1.8mm 의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 하나의 방법에 따라서 제조되고, 유황 88~93 중량%과 벤토나이트 7~12 중량%로 이루어지는 분해성 과립형 유황 비료.
7. 제6항에 있어서, 유황 90 중량% 및 벤토나이트 10 중량%로 이루어지는 분해성 과립형 유황 비료.
   

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