KR101709933B1 - 광업 부산물을 이용한 토양개량제 - Google Patents

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Abstract

광업 부산물을 이용한 토양개량제가 개시되어 있다. 본 발명은 생광석, 몰리브덴 광미 및 마사토를 배합하여 구성된 것을 특징으로 하여, 미네랄이 풍부하고 입도가 균질하게 제조될 수 있고, 식물의 식생에 맞추어 최적으로 제조될 수 있으며고, 환경오염의 원인이 되는 폐광물을 재활용할 수 있도록 한 것이다.

Description

광업 부산물을 이용한 토양개량제{SOIL CONDITIONER USING BY-PRODUCT OF MINING INDUSTRY}
본 발명은 광업 부산물을 이용한 토양개량제에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 미네랄이 풍부하고 입도가 균질한 마사토, 몰리브덴 광미 및 생광석을 이용하여 식물의 식생에 맞추어 최적으로 제조될 수 있고, 환경오염의 원인이 되는 폐광물을 재활용할 수 있도록 한 광업 부산물을 이용한 토양개량제에 관한 것이다.
광산폐기물은 광석에서 필요성분을 분리하고 남은 물질을 말하는 것으로 광미라고 하며, 폐광산 주변에 산재해 있는 광미를 처리하기 위하여는 광미를 시멘트로 고형화/안정화 처리 후 차단형 콘크리트 매립시설인 차폐시설에 안전 매립하는 방법이 안정적인 처리방법이다.
광미를 광미댐에 적치할 경우, 장기적으로는 비산먼지, 중금속 용출 등 환경문제를 발생시킬 수 있으나 광업 폐기물을 순환자원으로 재활용할 수만 있다면 환경도 보전하고 광물 자원의 수명도 연장시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.
이와 같은 광산폐기물에 의하여 토양 및 수질 환경의 오염을 방지시켜 환경 파괴를 막는 대안으로 광석 폐기물(광미)의 재활용이 현재 많은 분야에서 연구자들에 의해서 연구가 진행되고 있으나, 응용은 매우 협소한 분야에서만이 시도되고 있는 실정이다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-0767054호(2007.10.17) 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1028143호(2011.04.01)
본 발명의 목적은 미네랄이 풍부하고 입도가 균질한 마사토, 몰리브덴 광미 및 생광석을 이용하여 식물의 식생에 맞추어 최적으로 제조될 수 있도록 한 광업 부산물을 이용한 토양개량제를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 환경오염의 원인이 되는 폐광물을 재활용할 수 있도록 한 광업 부산물을 이용한 토양개량제를 제공하는 데 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광업 부산물을 이용한 토양개량제는, 생광석, 몰리브덴 광미 및 마사토를 배합하여 구성된 것을 특징으로 한다.
통기성을 갖는 토양개량제를 위하여, 마사토 84∼85중량%, 생광석 12∼13중량%, 몰리브덴 광미 2∼3중량%의 비율로 배합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
점토질 성분을 갖는 토양개량제를 위하여, 마사토 70∼71중량%, 생광석 14∼15중량%, 몰리브덴 광미 14∼15중량%의 비율로 배합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 식물의 식생에 맞추어 적절하게 배합하여 사용할 수 있으며 미네랄이 풍부하고 입도가 균질하게 제조될 수 있는 광업 부산물을 이용한 토양개량제를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 폐광물을 재활용함으로써, 토양 및 수질 환경의 오염을 방지할 수 있어 환경 파괴를 막을 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 광업 부산물을 이용한 토양개량제에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 사용되는 마사토는 장석질계 광물로서 일정 규격의 알맹이를 모래형태로 채취하기 위하여 파, 분쇄 및 선별 처리하는 과정을 거치는데 특히 선별시 토분 제거를 위해 습식 체거름을 하여 알맹이를 걸러낸 것이다.
특히, 마사토는 땅속에서 채취되는 붉은 색을 띄는 단립구조의 자연토양으로서, 이물질 및 병균이 없고 배수력이 뛰어나 오염도가 낮으며, 종자 발아시 발아 기반층이 되며, 원지반의 토양과 흡착력을 증대시키는 역할을 한다.
몰리브덴 광석은 휘수연석이 광석광물로 산출되나 그의 품위는 대부분 1%이하이기 때문에 이를 부선하여 정광의 품위를 높이고 실수율을 95%이상 올린다 하더라도 채굴된 광석의 대부분은 광미로 폐기되고 있다. 또한 광석광물과 맥석광물의 단체분리를 위해 분쇄 후, 부유 선별하므로 폐기되는 광미는 대부분 미립상태이다.
또한, 생광석의 물리적 특성은 규산염계(silicate)에 속하는 광물로서 일반적으로 이온치환용량(ion exchange capacity)이 높고, 판상구조를 이루고 있다. 이러한 구조 특성상 입자의 내부에도 H2O가 출입하는 현상이 일어나기 때문에 외부표면과 내부표면을 둘 다 포함하는 단위질량당 표면적이 대단히 커서 1g당 표면적이 500∼1,000에 달한다. 이들의 표면은 (-) 또는 (+)의 전하를 갖고 있고 반대부호의 전하를 가진 이온을 끌어당기는 등 각종 현상을 일으킨다.
그리고, 생광석의 화학적 특성은 화학적 친화성이라고 일컬어지는 이온치환성, 흡착성, 화학약품과의 반응성, 유기무기복합체의 형성능, 촉매능, 팽윤성, 점성, 가소성 등을 갖는가 하면 물에서는 생광석의 미세입자가 분산 현탁하는 콜로이드적 성질을 나타내기도 한다.
이러한 여러 성질 중에서 생광석의 토양개량제로의 응용을 가능케 하는 것은 주로 높은 이온치환능력(ion exchange capacity)에 근거하며 치환 가능한 층간의 양이온이 유기무기물과 반응하기 때문에 토양 개량제 촉매제로 매우 용이하게 활용될 수 있다. 또한 미네랄이 매우 풍부하여 식물성장에 매우 유익하다.
마사토는 <표1>에서 보는 바와 같이 화학성분이 SiO2 61.02중량%, Al2O3 20.32중량%, Fe2O3 4.96중량%, CaO 7.74중량%등으로 구성되며, SiO2 와 Al2O3의 점토질 광물이 풍부하게 함유되어 있으며, 몰리브덴 광미는 화학성분이 SiO2 68.4중량%, Fe2O3 3.55중량%, Al2O3 13.5중량%, CaO 3.17중량%, MgO 3.61중량%, Na2O 3.28중량%, K2O 2.74중량% 등 다량의 장석 광물이 함유되어 있다. 또한, 생광석도 SiO2 71.0중량%, Fe2O3 0.06중량%, Al2O3 16.1중량%, CaO 0.31중량%, MgO 0.17중량%, Na2O 0.16중량%, K2O 4.63중량% 등 다량의 장석 광물이 함유되어 있다.
또한 마사토 부산물은 SiO2 와 Al2O3가 많아 용융유리액상화 할 수 있는 조성비를 지니며 가소성이 있기 때문에 자체만도 성형이 가능하다. 몰리브덴 광미는 CaO, k20, Na2O의 합이 10중량% 이상이 되기 때문에 저온에서 용융유리액상 형성이 유리하며 용융유리액상의 형성은 입자간의 유동성이나 소결을 촉진하게 되어 결과적으로는 마사토 부산물과 몰리브덴 광미에 의한 시편은 가소성으로 인한 성형을 할 수 있으며, 저온에서 소성을 일으켜 소결되어 세라믹 형상으로 만들 수 있다.
Sample SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO K2O Na2O
생광석 71.0 16.1 0.06 0.31 0.17 4.63 0.16
몰리브덴광미 68.4 13.5 3.55 1.75 3.17 3.28 3.61
마사토부산물 61.02 20.32 4.96 2.09 7.74 2.22 0.25
또한, 생광석이 함유하고 있는 무기물들은 철분, 망간, 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 아연, 코발트, 구리 등이 있으며, 특히 셀레늄은 2.65ppm, 게르마늄은 8.96ppm이 함유되어 있다.
일반적으로, 토양개량제의 조성물들의 입도를 분석할 때에, 기준이 되는 사이즈는 점토(clay)일 경우 0.005mm이고, 실트(silt)일 경우 0.005∼0.074mm이며, 모래(sand)일 경우 0.074∼2mm인 것이다.
본 발명에 따른 생광석, 몰리브덴 광미 및 마사토의 기본 입도 분포를 하기 표 2에 나타내고 있다.
시료 점토(%) 실트(%) 모래(%) 전체(%)
생광석 5 75 20 100
몰리브덴 광미 60 40 100
마사토 3 17 80 100
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 생광석은 모래와 점토가 섞여 있는 시료이고, 몰리브덴 광미는 점토에 가까운 점도를 갖는 시료이며, 마사토는 모래에 가까워 통기성을 갖고 있는 시료인 것입니다.
생광석은 미네랄이 풍부하여 비료로 사용가능하고, 일반적으로 크라셔에서 분쇄하면 점토입도 5%, 실트 입도 75%, 모래 입도가 20% 정도가 된다. 또한 몰리브덴 광미는 50mm 이하의 미분 형태로 실트입도 40%, 점토입도 60%의 분포를 갖고 있다. 또한 마사토는 지질 특성상 입도 분포가 많이 다르지만 일반적으로 점토입도 3%, 실트 입도 17%, 모래 입도가 80%로서 2mm이상이 되는 입도는 본 발명에서는 사용하지 않는 것으로 한다.
따라서, 식물의 성장에 따라 적절하게 토양개량제를 배합하여 사용할 수 있다.
예를들면, 땅콩의 재배와 같이 통기성을 갖는 흙이 필요할 경우에는, 점토입도 3%, 실트 입도 17%, 모래 입도가 80%로 분포되어 구성된 토양개량제를 제조하는 것이 바람직하다. 즉, 모래의 구성비율을 높임으로써, 통기성을 충분히 확보할 수 있는 것이다.
이러한 통기성이 필요한 토양개량제를 위해서는, 마사토 84∼85중량%, 생광석 12∼13중량%, 몰리브덴 광미 2∼3중량%의 비율로 배합하여 제조하는 것이 바람직하다.
또한, 마늘과 같이 진흙과 같이 점토질 성분을 갖는 흙이 필요할 경우에는, 점토입도 10%, 실트 입도 30%, 모래 입도가 60%로 분포되어 구성된 토양개량제를 제조하는 것이 바람직하다.
이러한 점토질 성분이 필요한 토양개량제를 위해서는, 마사토 70∼71중량%, 생광석 14∼15중량%, 몰리브덴 광미 14∼15중량%의 비율로 배합하여 제조하는 것이 바람직하다.
이러한 비율들은 마사토, 생광석, 몰리브덴 광미의 생산 입도에 따라 사용에 있어서 다양하게 변화된다.
이와 같이 토양개량제를 제조하여 식물의 식생에 필요한 흙을 광업 부산물을 활용하여 자유롭게 원하는 데로 만들 수 있는 것이다.
특히, 생광석은 항상 10% 이상을 유지함으로써, 미네랄 공급을 충분하게 할 수 있어야 한다.
<실시예1> 통기성을 갖는 토양개량제의 제조
점토입도 3%, 실트 입도 17%, 모래 입도가 80%로 구성된 토양개량제를 제조하기 위해, 생광석 12.15중량%, 몰리브덴 광미 3.00중량% 및 마사토 84.85중량%를 배합하여 토양개량제를 제조한다.
<실시예2> 점토질 성분을 갖는 토양개량제의 제조
점토입도 10%, 실트 입도 30%, 모래 입도가 60%로 구성된 토양개량제를 제조하기 위해, 생광석 14.81중량%, 몰리브덴 광미 14.81중량% 및 마사토 70.37중량%를 배합하여 토양개량제를 제조한다.
<시험예>
실시예 1과 실시예 2를 통해 제조된 토양개량제를 일반 토양에 투입하여 땅콩과 마늘을 재배하였으며, 면적 1㎡당 땅콩과 마늘의 생산량을 비교하였으며, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
땅콩(Kg) 마늘(Kg)
평균 0.213 1.655
실시예1의 토양개량제 0.252 1.47
실시예2의 토양개량제 0.183 1.95
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 사질의 토양에서 잘 자라는 땅콩의 경우에는 실시예 1의 토양개량제를 투입했을 때에 평균 생산량 0.213kg보다 많은 0.252kg을 생산하였으며, 실시예 2의 토양개량제를 투입했을 때에는 평균 생산량보다 적은 0.183kg을 생산하였다.
또한, 점토질의 토양에서 잘 자라는 마늘의 경우에는 실시예 2의 토양개량제를 투입했을 때에 평균생산량 1.655kg보다 많은 1.95kg을 생산하였으며, 실시예 1의 토양개량제를 투입했을 때에는 평균 생산량보다 적은 1.47kg을 생산하였다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 소성을 통해 소결되어 세라믹 형상을 가지며, 통기성을 갖도록 제조되는 토양개량제로서,
    마사토 84∼85중량%, 생광석 12∼13중량%, 몰리브덴 광미 2∼3중량%의 비율로 배합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 광업 부산물을 이용한 토양개량제.
  3. 소성을 통해 소결되어 세라믹 형상을 가지며, 점토질 성분을 갖도록 제조되는 토양개량제로서,
    마사토 70∼71중량%, 생광석 14∼15중량%, 몰리브덴 광미 14∼15중량%의 비율로 배합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 광업 부산물을 이용한 토양개량제.
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