KR101453978B1 - 수분 흡수 매개체를 이용한 굴껍질의 건조방법 - Google Patents

수분 흡수 매개체를 이용한 굴껍질의 건조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굴껍질의 건조 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 (1) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 혼합하는 단계; (2) 상기 혼합하는 단계에서 얻어진 혼합물을 교반하는 단계; (3) 상기 교반 단계 후 정치하는 단계; 및 (4) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 분리하는 단계를 포함하는 굴껍질의 건조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 건조 방식을 이용할 경우, 굴껍질을 단시간에 저비용으로 건조시켜 분말비료 용도로 활용가능하게 할 수 있으며, 굴껍질을 처리 횟수에 따라 20~10%, 10% 이하 등의 함수율 범위로 단계적으로 처리하여 건조할 수 있다.

Description

수분 흡수 매개체를 이용한 굴껍질의 건조방법{Method for drying oyster shell by using water absorbing mediator}
본 발명은 굴껍질의 건조 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는
(1) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 혼합하는 단계;
(2) 상기 혼합하는 단계에서 얻어진 혼합물을 교반하는 단계;
(3) 상기 교반 단계 후 정치하는 단계; 및
(4) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 분리하는 단계;
를 포함하는 굴껍질의 건조 방법에 관한 것이다.
굴은 우리나라의 남해안 등지에서 많이 생산되며, 폐기되는 막대한 량의 굴껍질은 일부 극소량만 재활용되고 나머지 대부분은 해양에 투기하거나 육지에 매립을 하고 있는 상황으로, 침출수가 주위를 오염시켜 환경공해 등의 문제점을 발생시키고 있다.
우리나라의 굴껍질 발생량은 연간 32만톤 정도이며, 이중 10% 정도만이 비료, 종패부착용으로 재활용되고 있는 실정이다. 굴껍질을 비료로 재활용하는 방법으로는 야적장에서 자연건조 또는 숙성을 시켜 연질화 한후 가열로에서 가열하여 0.56㎜ ~ 1.25㎜ 크기의 분말을 만들어 식물 성장제인 비료로 사용하고 있다.
그러나, 비료를 제조 과정에서 필수적으로 행해져야 하는 것이 굴껍질의 건조공정인데, 굴껍질 성분의 약 95%가 CaCO3이며 다겹형태로 되어 있고, 폐기시점에서 약 30% 정도의 수분을 함유하고 있다. 상기 수분을 제거하지 않고는 분말형태의 비료 제조가 곤란하기 때문에, 300~500℃도 정도의 열풍건조를 통해 10% 정도의 수분을 함유하도록 건조시켜 분쇄한후 분말비료를 제조하고 있다. 일부 경우는 건조비용의 절감을 위해, 노천건조(몇 일간) 시킨후 건조기에서 수십분 재건조후 분쇄를 실시하기도 한다.
이러한 종래 건조방법의 문제점은, 건조기와 분쇄기로 유입되기 전, 함수율 30% 수준에서 10% 수준으로 건조하는 기간이 길어, 생산속도가 너무 느릴 뿐 아니라, 건조기로 건조하는 경우 역시 굴껍질의 구조상 건조에 장시간이 걸리기 때문에 연료비용이 과다하게 소요된다는 점 등이 있다.
이에, 본 발명자들은 굴껍질을 비료로 재활용하는 과정에서 굴껍질을 보다 효율적으로 건조하는 방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 굴껍질과 수분 흡수 매개체를 혼합 교반하여 굴껍질의 함수율을 낮춘 후, 상기 수분 흡수 매개체를 굴껍질로부터 분리하는 경우, 단시간에 온도의 가열 없이도 단 한번의 처리 만으로도 굴껍질의 함수율을 15% 이하까지 낮출 수 있으며, 반복적인 처리를 통해 9%이하의 함수율을 가지도록 할 수 있다는 점을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 가열없이 단시간에 굴껍질의 함수율을 낮출 수 있는 새로운 건조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
(1) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 혼합하는 단계;
(2) 상기 혼합하는 단계에서 얻어진 혼합물을 교반하는 단계;
(3) 상기 교반 단계 후 정치하는 단계; 및
(4) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 분리하는 단계;
를 포함하는 굴껍질의 건조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 건조 방법을 이용할 경우, 굴껍질을 단시간에 저비용으로 건조시켜 분말비료 용도로 활용가능하게 할 수 있으며, 굴껍질을 처리 횟수에 따라 20~10%, 10% 이하 등의 함수율 범위로 단계적으로 처리하여 건조할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 건조방법을 예시한 공정 흐름도.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명은
(1) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 혼합하는 단계;
(2) 상기 혼합하는 단계에서 얻어진 혼합물을 교반하는 단계;
(3) 상기 교반 단계 후 정치하는 단계; 및
(4) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 분리하는 단계;
를 포함하는 굴껍질의 건조 방법에 관한 것이다 (도 1 참조).
본 발명에 있어서, 상기 교반 단계 후 상온 송풍 단계를 더 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 굴껍질을 평균 직경 1 내지 7 cm, 바람직하게는 2 내지 5 cm 크기로 파쇄하는 공정을 상기 (1) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 혼합하는 단계 이전에 수행하거나, (1) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 혼합하는 단계에서 동시에 수행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수분 흡수 매개체는 고화제일 수 있으며, 상기 고화제는 CaO, Ca(OH)2, CaCO3, CaCl2, Mg(OH)2, 및 SiO2에서 선택되는 하나 이상의 물질을 함유할 수 있고, 특히, CaO, Ca(OH)2, CaCO3, CaCl2, Mg(OH)2, 및 SiO2에서 선택된 하나 이상의 물질들의 총 함량이 20 내지 50 (w/w)%인 제지 슬러지 소각재, 고칼슘 슬래그 분진, 고칼슘 플라이애쉬, 생석회, 백운석 등이 사용될 수 있다.
산화칼슘(CaO)은 상기 생석회와 경소백운석 등에도 함유되어 있지만, 산화칼슘 함유량이 20%이상인 소각잔재를 활용하는 것이 원가절감과 환경적 측면에서도 바람직하다.
본 발명에서 사용된 용어 "굴껍질" 은 원형 그대로의 굴껍질과 운송 및 보관 편의를 위하여 평균 1 내지 7 cm, 바람직하게는 2 내지 5 cm의 크기로 파쇄된 굴껍질을 모두 포함한다.
본 발명의 건조방법의 일 양태로는 30% 정도의 함수율을 가지는 굴껍질과 0.5~10% 함수율을 가지는 수분 흡수 매개체(일반적으로 고화제로 사용하는 CaO, Ca(OH)2등이 주재료인 분말)를 혼합하여, 굴껍질내의 수분을 분체로 이동시킨 후, 굴껍질와 분체를 분리(체거름 등의 방법)하면, 굴껍질의 함수율은 20~10%이 되고, 수분 흡수 매개체는 20~10% 정도의 함수율을 가지게 된다. 본 발명에서 함수율은 굴껍질 등의 무게당 포함된 물의 중량비를 백분율로 나타낸 것이다.
종래에 사용되던 열을 이용한 건조방식은 굴껍질에 노천에서 장시간 건조 한 후, 단시간 열풍건조하거나, 노천 건조 없이 장시간 열풍건조하여 대기중으로 수분을 증발시키는 방식이다.
이에 반해, 본 발명의 건조방식은 수분을 대기중으로 증발시키지 않고, 수분 흡수 매개체를 혼합 및 교반하고, 굴껍질의 수분이 매개체로 전달되도록 정치하는 방식으로, 전체(굴껍질+수분 흡수 매개체)의 함수율을 감소시킨 후, 체거름 등으로 굴껍질과 수분 흡수 매개체를 분리하고, 함수율이 감소된 굴껍질을 분쇄하여 비료 등으로 사용하는 방법이다.
특히, 상기 분리된 수분 흡수 매개체는 그대로 다른 용도로 활용이 가능할 뿐 아니라, 약간의 건조만으로도 본 발명에 따른 굴껍질의 건조에 재사용되어 본 발명에 따른 건조방법의 경제성 및 효율성을 보다 제고할 수 있다 (표 1 참조).
본 발명에 따르면, 굴껍질을 단시간에 저비용으로 감량화(건조)시킬 수 있으며, 굴껍질을 수분 흡수 매개체의 처리 횟수에 따라 20~10%, 10% 이하 등의 함수율 범위로 단계적으로 처리함으로써 분말 비료 등으로 이용가능하다.
종래 건조방법과 본 발명에 따른 건조 방법의 차이
구분 (1)노천건조/
열풍건조		 (2) 열풍건조 본원발명 비고
온도 상온/500℃ 300~500℃ 상온 또는 50~60℃
건조시간 3~5일/10~20분 3~5 40분~2시간
건조비용
(원/톤)		 15,000~25,000 30,000~40,000 ~ (1) 대비 30~40% 절감
(2) 대비 60~70% 절감
본 발명에서 건조 처리 전의 굴껍질의 수분 함량, 즉 함수율은 20% 이상 40% 이하인 것이 바람직하고, 굴껍질과 혼합 전 수분 흡수 매개체의 수분 함량은 0.4 내지 10% 인 것이 바람직하며, 수분 흡수 매개체와의 혼합 이후 분리된 굴껍질의 함수율은 단계별 처리횟수와 용도에 따라 5~15%인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 수분 흡수 매개체는 굴껍질 100 중량부에 대하여, 40~300 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 50~200 중량부로 첨가될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 70~100 중량부로 첨가될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 굴껍질와 수분 흡수 매개체의 분리는 굴껍질과 수분 흡수 매개체의 크기 차이를 이용하여 수행될 수 있으며, 상기 굴껍질과 수분 흡수 매개체의 크기 차이를 이용한 분리는 체거름 방식임을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에서 굴껍질에서 수분 흡수 매개체로 수분이 이동하는 단계, 즉 상기 (1) 단계의 혼합 및/또는 (2) 단계의 교반은 가열 또는 비가열 상태에서 수행될 수 있으며, 가열은 50~60 ℃ 이하로의 가열이 바람직하며, 가열할 경우에는 동일 수분량 증발 기준으로 건조시간이 1/2 정도로 단축되는 효과가 있으나, 가열하지 않는 경우도 1회의 처리만으로 20분 이내에서 15% 이하 함수율에 도달하므로, 본 발명의 건조방법에서는 가열과정이 필수적인 것은 아니다.
본 발명에서는 굴껍질과 수분 흡수 매개체의 혼합시에 수분흡수매개체는 수분이 이동한 후 경화되기 때문에 쉽게 체거름 등으로 분리가능한 원리를 이용하여 건조 후 굴껍질과 수분 흡수 매개체를 분리함으로서 효율적으로 굴껍질을 건조할 수 있다.
본 발명에서 건조 과정을 통하여 분리된 수분 흡수 매개체는 재순환(recycle)시켜 다른 굴껍질의 건조에 이용될 수 있으며, 분리된 굴껍질은 평균 직경 0.05 내지 3 cm, 바람직하게는 0.1 내지 내지 2 cm 크기로 분쇄하여 석회질 비료 등으로 이용될 수 있다.
본 발명의 수분 흡수 매개체는 굴껍질과 분리된 후, 분리된 굴껍질 보다 2배 이상의 빠른 속도로 건조되므로, 건조된 수분 흡수 매개체를 재사용하는 것이 용이하다. 또한, 수분 흡수 매개체와 분리된 굴껍질은 함수율을 더욱 낮추기 위하여, 추가적으로 수분 흡수 매개체와 다시 혼합한 후 분리하는 공정을 수행할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 굴껍질의 건조방법
굴껍질(함수율 30.23%)와 수분 흡수 매개체로 CaO 함량이 50 (w/w)% 이하인 제지 슬러지 소각재(함수율 0.5%)를 1:1의 중량비로 혼합하고, 50 rpm으로 간헐적으로 교반/상온 송풍한 이후, 20분간 정치하였다.
이후, 710μm 체를 이용하여 굴껍질과 제지슬러지 소각재를 분리한 후, 굴껍질에 CaO 함량이 50 (w/w)% 이하인 제지 슬러지를 다시 추가하는 방식으로 2회 까지 상기 혼합 및 교반/상온 송풍, 그리고 정치 단계를 반복하여, 2회 반복처리한 후, 각 단계별 굴껍질의 함수율과 수분 흡수 매개체(촉진제, 제지 슬러지 소각재)의 함수율 변화를 측정하였다.
그 결과, 표 2에 나타난 바와 같이 초기 30.23%의 함수율을 가지던 굴껍질이 단 한번의 처리만으로도 14.98%의 함수율로 건조가 이루어짐을 확인하였으며, 2회 처리를 통해 14.98%에서 9.15%의 함수율로 건조가 이루어졌음을 확인하였다.
처리 횟수에 따른 굴껍질과 수분 흡수 매개체의 함수율
처리횟수 (회) 굴껍질 함수율 (%) 수분 흡수 매개체 함수율 (%)
0 30.23% 0.5%
1(20분경과) 14.98% 13.92%
2(40분경과) 9.15% 8.43%
수분 흡수 매개체는 초기 함수율이 0.5%에서, 첫 번째 처리에서는 높은 함수율을 가지는 굴껍질을 처리함에 따라, 굴껍질로부터 많은 수분을 흡수하여 13.92%의 함수율을 가지는 것으로 나타났지만, 이후 처리할 굴껍질의 함수율이 낮아짐에 따라 수분 흡수 촉진제로의 수분 이동량과 속도가 낮아져 처리 후의 함수율도 낮은 것으로 나타났다.
이상으로 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 다음 단계를 포함하는 굴껍질의 건조방법:
    (1) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 혼합하는 단계;
    (2) 상기 혼합하는 단계에서 얻어진 혼합물을 교반하는 단계;
    (3) 상기 교반 단계 후 정치하는 단계; 및
    (4) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 분리하는 단계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 교반 단계 후 상온 송풍 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 굴껍질의 건조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수분 흡수 매개체는 고화제인 것을 특징으로 하는 굴껍질의 건조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고화제는 CaO, Ca(OH)2, CaCO3, CaCl2, Mg(OH)2 및 SiO2으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 굴껍질의 건조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 고화제는 CaO, Ca(OH)2, CaCO3, CaCl2, Mg(OH)2 및 SiO2으로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 물질들의 총 함량이 20 내지 50 (w/w)%인 제지 슬러지 소각재, 고칼슘 슬래그 분진, 고칼슘 플라이애쉬, 생석회, 백운석으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 굴껍질의 건조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    추가적으로 굴껍질을 평균 직경 1 내지 7 cm 크기로 파쇄하는 공정을 상기 (1) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 혼합하는 단계 이전에 수행하거나, (1) 수분 흡수 매개체와 굴껍질을 혼합하는 단계에서 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 굴껍질의 건조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    굴껍질과 혼합 전 수분 흡수 매개체의 수분 함량은 0.4 내지 10 (w/w)% 임을 특징으로 하는 굴껍질의 건조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 굴껍질과 수분 흡수 매개체의 분리는 굴껍질과 수분 흡수 매개체의 크기 차이를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 굴껍질의 건조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 굴껍질과 수분 흡수 매개체의 크기 차이를 이용한 분리는 체거름 방식임을 특징으로 하는 굴껍질의 건조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    분리된 수분 흡수 매개체는 건조 후 재순환(recycle)시켜 다른 굴껍질의 건조에 재이용하고, 분리된 굴껍질은 분쇄하여 분말비료로 이용하는 것을 특징으로 하는 굴껍질의 건조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 수분 흡수 매개체는 굴껍질 100 중량부에 대하여, 40~300 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 굴껍질의 건조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 혼합 또는 교반하는 단계는 가열 또는 비가열 상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 굴껍질의 건조 방법.
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