KR101560370B1 - 수용성 규산염 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경제적, 친환경적으로 수용성 규산염을 제조하는 방법을 위하여, 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계, 혼합된 물질을 1650℃이상 1700℃이하의 온도까지 올라가는 소성로를 이용하여 가열하는 단계, 가열한 혼합물을 1650℃이상 1700℃이하에서 일정한 시간 동안 유지하는 단계 및 가열한 혼합물을 상온에서 냉각시키는 단계를 포함하는 수용성 규산염의 제조방법을 제공한다.

Description

수용성 규산염 및 그 제조방법 {Soluble silicate and method for manufacturing the same}

본 발명은 수용성 규산염 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 경제적, 친환경적으로 수용성 규산염을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 규석에는 미네랄로 철, 요오드, 아연, 구리, 셀레늄, 망간, 몰리브덴, 불소 등의 미량의 원소를 함유하고 있고 규산염은 수질의 유기성 물질을 분해하는 자정능력이 있는 청정제로 널리 알려져 사용량이 늘고 있는데, 그 중 수용성 규산염은 수질의 유기성 물질을 분해하는 자정능력과 농약성분 및 오염물질을 흡수해 제거하는 능력이 있어 일상생활 용품에서부터 친환경농업용 자재, 수처리제, 자동차, 의료, 화장품 및 바이오산업 등 최첨단 산업에 이르기까지 다방면에 다양한 능력을 지닌 물질로 각광받고 있다.

그러나 이러한 종래의 수용성 규산염 및 그 제조방법에는 순도가 높은 규석을 사용하고, 인 화합물을 추가하여 수용성 규산염을 제조해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 경제적, 친환경적으로 수용성 규산염을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계, 혼합된 물질을 1650℃이상 1700℃이하의 온도까지 올라가는 소성로를 이용하여 가열하는 단계, 가열한 혼합물을 1650℃이상 1700℃이하에서 일정한 시간 동안 유지하는 단계 및 가열한 혼합물을 상온에서 냉각시키는 단계를 포함하는, 수용성 규산염의 제조방법이 제공된다.

상기 저품위 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계는 저품위 규석 94중량% 탄산수소나트륨 6중량%일 수 있다.

규석은 순도가 91%이하일 수 있다.

소성로를 이용하여 가열하는 단계는 승온곡선에 맞게 가열하는 단계일 수 있다.

본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 본 발명의 일 관점에 따른 제조방법에 의해 제조된 수용성 규산염이 제공된다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 경제적, 친환경적으로 수용성 규산염을 제조하는 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 수용성 규산염의 제조방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 수용성 규산염의 제조방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 규산염의 제조방법은 먼저 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계(S10)를 거칠 수 있다.

규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계에서 사용되는 규석은 저품위 규석을 사용할 수 있다. 규석은 일반적으로 순도에 따라서 사용처가 다른데, 99%이상은 메탈/폴리실리콘 제조용, 93%이상은 유리제조용, 91%이상은 시멘트용으로 사용된다. 이 경우 91%이하의 저품위 규석은 상품가치성을 잃게 되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 규산염의 제조방법은 이러한 저품위 규석을 이용해서 제조할 수 있다. 저품위 규석은 가격이 저렴하고, 쉽게 구할 수 있는 장점이 있어 경제적으로 수용성 규산염을 제조할 수 있다.

주 원료로 사용되는 규석은 석영으로 이루어진 광물과 암석을 총칭하는데 구성 성분은 이산화규소(SiO₂)로 단순하지만 반투명성, 내화성, 고경도, 반도성, 산화제, 합금용이성 등 다양하고 유용한 특성을 갖는다. 규석은 본래 물에 불용성이나 용제인 탄산수소나트륨에 의하여 고온 용융상태에서 규산 알카리성분이 되어 물에 녹는다.

한편, 수용성 규산염의 제조방법에서는 탄산수소나트륨이 이용될 수 있다. 베이킹파우더는 탄산수소나트륨과 산성염과 전분의 혼합물로, 산성염 중 인산염이 들어갈 수 있기 때문에 순수한 탄산수소나트륨을 사용한다. 본 발명의 일 실시예에서는 식용으로 사용되고 있는 탄산수소나트륨을 이용하여 친환경적 제조 공정을 수립, 저렴하게 제조할 수 있는 기술을 이용한다.

탄산수소나트륨은 규산염을 물에 용해시킬 수 있는 금속표면의 산화질 등을 환원시키고 녹여서 빨간녹을 서서히 마스킹(masking)시키는 역할을 한다. 또 규산염과 탄산수소나트륨과의 복합적인 화학적 기능에 의하여 규산염 중의 Si 이온은 수중의 유기질물질의 음이온과 결합하여 금속표면에 부착하는 것을 방지하고 탄산수소나트륨의 나트륨 양이온(Na+)은 수중의 대전금속이온과 금속표면과의 전기적 부식작용을 억제시키는 역할을 하는 등 청정작용을 한다.

상술한 바와 같이 저품위 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계를 거칠 수 있는데 이때 저품위 규석과 탄산수소나트륨은 저품위 규석 94중량% 탄산수소나트륨 6중량% 의 비율로 혼합할 수 있다.

그 후 혼합된 물질을 1650℃이상 1700℃이하의 온도까지 올라가는 소성로를 이용하여 가열하는 단계(S20)를 거칠 수 있다. 상기 소성로를 이용하여 가열하는 단계는 승온곡선에 맞게 가열하는 단계일 수 있다.

혼합된 물질을 1650℃이상 1700℃이하의 온도까지 가열하는 이유는 저품위 규소(SiO₂)와 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이 녹아서 재결정을 이루기 위해서는 녹는점 이상의 온도가 필요하기 때문이다. 소성로의 온도가 1650℃이하의 경우 저품위 규소(SiO₂)와 탄산수소나트륨(NaHCO₃)의 혼합물이 제대로 녹지 않아 재결정이 이루어지는 것이 용이하지 않고, 소성로의 온도가 1700℃이상의 경우 저품위 규소(SiO₂)와 탄산수소나트륨(NaHCO₃)의 혼합물이 기화될 수 있기 때문이다.

승온곡선은 100℃ 까지는 승온속도 1℃/min 이며, 이후 1600℃ 까지는 승온속도 4℃/min으로 승온될 수 있다. 이때 100℃까지 승온속도를 1℃/min로 하는 이유는 장비의 워밍업시간을 고려한 것일 수 있다. 승온시간을 길게 할 경우 제품 생간에 오랜 시간과 많은 비용을 투여해야 하므로 되도록 짧게 하는 것이 좋다. 하지만 너무 짧을 경우 기계에 무리를 줄 수 있어 상기와 같이 적당한 시간을 주는 것이 좋다. 다만 이는 장비에 따라 변동될 수 있으며 따라서 승온속도는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

그 후 가열한 혼합물을 1650℃이상 1700℃이하에서 일정한 시간 동안 유지하는 단계(S30)를 거칠 수 있다. 가열한 혼합물을 1650℃이상 1700℃이하에서 약 8시간 동안 유지하는 것이 바람직하다.

상기의 온도에서 약 8시간 정도 유지해야 하는 이유는 저품위 규소(SiO₂)와 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이 녹아서 분자 내부에 존재하는 가스나 이물질 등이 상기의 온도에서 약 8시간 정도 유지되는 동안 제거되어 원하는 결정을 이루게 되기 때문이다. 반면 유지시간을 짧게 할 경우 저품위 규소(SiO₂)와 탄산수소나트륨(NaHCO₃) 내부의 가스나 이물질 등이 제거되지 않는 단점이 있을 뿐만 아니라 제품 자체 결정의 문제도 발생하게 되어 원하는 결정을 얻을 수 없게 된다. 이와 마찬가지로 유지시간을 길게 할 경우 구경꾼 물질도 상기 반응에 참가하게 되어 결정의 함량이 허용범위보다 증감하여 원하는 제품이 만들어 지지 않기 때문이다.

다만, 저품위 규소(SiO₂)와 탄산수소나트륨(NaHCO₃) 내부의 가스나 이물질 등이 제거되어 원하는 결정을 이루게 된다면 반드시 상기 시간에 한정되는 것은 아니다.

그 후 가열한 혼합물을 상온에서 냉각시키는 단계(S40)를 거칠 수 있다. 바람직하게는 약 8시간 내지 9시간을 냉각 시킬 수 있다. 왜냐면 냉각시에도 제품 내부의 결정을 유지할 충분한 시간을 주어야 하고, 추가적으로 기계장치를 급격한 온도변화에 따른 열충격에서 보호할 필요가 있기 때문이다. 이때 급속냉각을 할 경우 제품 내부에 결정이 변화되므로 제품으로서의 가치가 없을 수 있다.

한편, 수용성 규산염 분말의 입도가 작으면 작을수록 반응성이 좋은 것은 사실이지만, 작게 부술수록 분진으로 소모되는 양이 많아질 뿐만 아니라, 지나치게 입도가 작은 분말은 폭발적인 반응이 일어날 수 있어 사용하기에 용이하지 않을 수 있다. 따라서 적당한 입도 유지를 해서 제조한다.

지금까지는 수용성 규산염의 제조방법에 대해서만 주로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 이러한 제조방법을 이용한 수용성 규산염 역시 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

지금까지 전술한 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 수용성 규산염은 다방면에 활용될 수 있다. 특히 전술한 바와 같이 농업생산력 강화를 위한 비료로 이용될 수 있다. 현재 농약과 화학비료를 사용해 병충해를 예방하고 농업생산력을 키워온 지 수십 년이 지난 지금, 토양은 오염되고 산성화되었다. 또한 연작 피해도 갈수록 심해지고 있다. 따라서 친환경을 소재로 한 비료를 적극 권장하는 등 땅과 농업을 되살리기 위해 국가에서 요즘 관심을 갖고 있는 것이 친환경 농업이다. 이 친환경 농업에서도 수용성 규산염이 각광을 받고 있다. 우리나라 토양 중 논은 규산의 함량이 적정수준에 미치지 못하여 1997년부터 규산질 비료를 전액 무상으로 공급하고 있었지만, 이는 대부분 불용성 규산질 비료였기 때문에 작물이 흡수를 하지 못하였다. 그러므로 규산이 100% 토양에 흡수되어야 하고, 토질을 개선하며, 작물이 잘 흡수할 수 있도록 하기 위해서는 수용성 규산염 비료가 필요하다.

이러한 제조방법을 통해 제조된 수용성 규산염은 순도가 낮고 불순물이 상당량 섞여 그 자체로는 상품성 떨어지는 저품위 규석을 이용하여 제조함으로써 제조단가를 낮추고, 식용으로 이용하는 탄산수소나트륨을 이용해 친환경적으로 수용성 규산염을 제조하여 비료로 사용하였을 시 토양의 오염 등을 미연에 방지할 수 있다.

또한 저품위 규석의 여러 불순물 중 인(P)도 함유되어 있기 때문에 일반적인 제조방법과는 달리 따로 인(P)을 첨가하지 않고도 수용성 규산염을 제조할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

S10: 제1단계
S20: 제2단계
S30: 제3단계
S40: 제4단계

Claims (5)

1. 불순물을 포함하는 저품위 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계;
   혼합된 물질을 1650℃이상 1700℃이하의 온도까지 올라가는 소성로를 이용하여 가열하는 단계;
   가열한 혼합물을 1650℃이상 1700℃이하의 온도에서 일정한 시간 동안 유지하는 단계; 및
   가열한 혼합물을 상온에서 냉각시키는 단계;
   를 포함하는, 수용성 규산염의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   저품위 규석은 순도가 91%이하인, 수용성 규산염의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   저품위 규석에 포함된 불순물은 인을 포함하는, 수용성 규산염의 제조방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 저품위 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계는 저품위 규석 94중량% 탄산수소나트륨 6중량% 인, 수용성 규산염의 제조방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 소성로를 이용하여 가열하는 단계는 승온곡선에 맞게 가열하는 단계인, 수용성 규산염의 제조방법.
   
   

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