KR102032977B1 - 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조방법 및 이를 포함하는 제조장치 - Google Patents

Abstract

폐기물로 배출되는 굴껍질과 아미노산 액비 등을 이용하여 로터리식 방법으로 칼슘, 인, 질소, 유기탄소화합물을 동시에 함유하는 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조방법 및 이를 포함하는 제조 장치를 제공할 수 있다.

Description

로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조방법 및 이를 포함하는 제조장치 {MANUFACTURING METHOD FOR THE PRODUCTION OF GRANULA CALCIUM FERTILIZER WITH ROTARY TYPE USING OYSTER SHELL AND APPARATUS THEREOF}

본 발명은 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조방법 및 이를 포함하는 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기물로 배출되는 굴껍질과 아미노산 액비 등을 이용하여 로터리식 방법으로 칼슘, 인, 질소, 유기탄소화합물을 동시에 함유하는 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조방법 및 이를 포함하는 제조 장치에 관한 것이다.

최근 산업화 및 생활과정에서 발생되는 각종 폐기물의 종류는 매우 다양하며 다양한 폐기물로 인한 대기, 수질 및 토양의 환경오염은 날이 갈수록 심각해지고, 그 피해가 현실화되면서 그에 대응하기 위한 다양한 폐기물 처리기술(재활용) 및 오염방지 기술과 정책뿐만 아니라 오염된 대기, 수질 및 토양의 정화에 대한 해결 방안이 제시되고 있다.

대표적인 예로서 남해안에서 대량으로 양식되는 굴을 가공하는 과정에서 발생하는 굴껍질을 일부 패화석 비료로 재활용되고 있으나 나머지 대부분은 매립 또는 방치하는 방법으로 처리되고 있는 실정이고 매립의 경우, 매립장 부지의 확보 내지는 침출수에 의한 수질과 토지 및 해양 오염으로 이어지는 2차 환경오염 등으로 인하여 굴껍질의 처리 문제는 매우 심각한 실정에 있다.

현재 굴 껍질의 재활용에 대해서는 많은 연구자들이 연구를 광범위하게 하고 있으며 여러 가지 기술들이 특허 등록된 바가 있으나, 굴 껍질의 재활용하는 방법으로 대부분 토양을 알카리화하는 토양 개량제 목적으로 재활용되는 기술들이다. 그러나 굴 껍질을 비료로 재활용하는 경우는 굴 껍질에 잔존하는 염분은 토양에 영향을 줄 뿐만 아니라 비료의 형태가 분말이기 때문에 비료의 시비 방법이 문제가 되고 있는 실정이다.

또한 설탕 등을 생산하는 공장에서 배출되는 부산물로 인하여 이를 처리하는데 문제가 있으며, 이를 제거하더라도 별도의 공정으로 인하여 비용이 낭비되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하도록 해양 오염의 원인이 되는 굴 껍질과 같은 패각류를 재활용하여 환경 오염을 방지하면서 이를 이용한 다양한 유기질 복합비료의 제조 등에 대한 기술적 개선이 요구되는 실정이다.

등록특허공보 10-0430815 호 (2004.04.28) 특허공개공보 10-0784495 호 (2007.12.04)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 해양에서 대량으로 양식되는 굴을 가공하는 과정에서 발생하는 굴 껍질과 같은 패각류와 설탕 등의 제조과정에서 배출되는 부산물인 아미노산 액비 등을 이용하여 기존의 분말형태의 패화석 비료를 대체할 수 있는 칼슘, 인, 질소, 유기탄소화합물을 동시에 함유하는 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조방법 및 이를 포함하는 제조장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조방법은,

(a) 굴패각 표면에 포함된 불순물을 제거하는 선별 분리 단계;

(b) 선별 분리된 상기 굴패각을 건조시키고 파쇄하는 단계;

(c) 파쇄된 상기 굴패각을 분말화하는 단계;

(d) 분말화된 상기 굴패각 분말을 저장하는 단계;

(e) 아미노산 액비를 저장하고 이송하는 단계;

(f) 저장된 상기 굴패각 분말을 상기 아미노산 액비와 혼합하여 입자상의 과립 형태로 성형하는 단계; 및

(g) 과립 형태로 성형된 혼합체를 건조시키고 냉각시키는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 단계(b)에서, 상기 굴패각의 건조는 500℃ 내지 1100℃의 온도에서 수행될 수 있다.

본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 단계(b)에서, 상기 건조 과정은 건조기에 젯트버어너로 열에너지를 공급하여 수행될 수 있다.

본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 단계(c)는, 상기 굴패각을 50 내지 200 메쉬 크기의 입자로 분말화될 수 있다.

본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 단계(e)는, 상기 아미노산 액비와 물을 40:60 내지 60:30 중량비로 혼합될 수 있다.

여기서, 본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 아미노산 액비와 물의 혼합물을 상기 굴껍질 분말과 10:90 내지 30:70 중량비로 혼합할 수 있다.

본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 아미노산 액비에는 질소, 인 및 칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 유기탄소화합물을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 단계(f)에서, 상기 성형 과정은 로터리 방식으로 수행될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 굴패각을 이용한 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조장치를 제공한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조장치는, 굴패각 표면에 포함된 불순물을 제거하는 선별 분리하고 건조하는 건조기;

상기 건조기에 열에너지를 전달하는 화염가공기;

상기 건조기로부터 배출된 상기 굴패각을 50 내지 200 메쉬 입자로 분쇄하는 분쇄기;

상기 분쇄기로부터 분쇄된 굴껍질 분말을 50 내지 200 메쉬 이상의 입자로 선별하고 분리하는 선별기;

분쇄된 상기 굴껍질 분말과 아미노산 액비의 혼합용액을 저장하는 저장용기;

상기 혼합용액을 혼합하면서 상기 굴껍질 분말을 과립형 입상칼슘으로 제조하는 로터리식 혼합성형기;

건조된 상기 과립형 입상칼슘을 냉각하는 냉각기;를 포함할 수 있다.

본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 건조기는 전기를 에너지원으로 하는 세라믹으로 된 킬른식 건조기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 화염 가공기는 젯트버어너일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 하나의 바람직한 예에서, 상기 굴패각 분말은 50 내지 200 메쉬의 크기를 갖을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 로터리식 패화석 입상 칼슘 비료의 제조방법은, 해양에서 대량으로 양식되는 굴을 가공하는 과정에서 발생하는 굴 껍질과 같은 패각류와 설탕 등을 제조하는 공정에서 배출되는 부산물인 아미노산 액비 등을 재활용하여 입자상의 유기질 복합 칼슘 비료인 로터리식 패화석 입상 칼슘 비료를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 로터리식 패화석 입상 칼슘 비료의 제조방법은, 굴 껍질을 칼슘 영양제의 비료 첨가물로 사용함으로써, 굴 껍질에 포함된 염분에 대한 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 로터리식 패화석 입상 칼슘 비료의 제조방법은, 현재 각종 배합비료에 칼슘 영양제로 사용되고 있는 광물성 석회의 석면과 방사능 물질인 라돈 등의 문제를 해결하고 설탕 등의 제조 과정에서 배출되는 부산물에 의한 수질오염 문제를 해결하면서 입상의 칼슘 비료에 의하여 기존의 분말 형태의 비료의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로터리식 패화석 입상칼슘 비료를 제조하는 제조 공정도를 나타낸 것이다;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조 장치를 나타낸 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 다만, 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

실시 예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시 예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시 예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시 예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시 예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

상술한 바와 같이, 종래의 굴껍질 등의 패각류 대부분이 매립 또는 방치되는 방법으로 처리되어 있는 실정이어서 수질과 토지 및 해양 오염으로 이어지고, 설탕 등을 생산하는 공저에서 부산물로 배출되는 아미노산 액비는 수질 악화를 일으키는 문제점이 있었다.

이에 본 발명에서는 굴패각 표면에 포함된 불순물을 제거하는 선별 분리 단계, 선별 분리된 상기 굴패각을 건조시키고 파쇄하는 단계, 파쇄된 상기 굴패각을 분말화하는 단계, 분말화된 상기 굴패각을 저장하는 단계, 아미노산 액비를 저장하고 이송하는 단계, 저장된 상기 굴패각 분말을 상기 아미노산 액비와 혼합하여 입자상의 과립 형태로 성형하는 단계 및 과립 형태로 성형된 혼합체를 건조시키고 냉각시키는 단계를 포함하는 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조방법을 전술한 해양 오염의 원인이 되는 패각류를 가공하는 한편 아미노산 액비와 함께 과립 형태의 비료로 재생하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다.

구체적으로, 이하에서는 본 발명에 따른 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조방법을 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 로터리식 패화석 입상칼슘 비료를 제조하는 제조 공정도가 모식적으로 도시되어 있다.

먼저, 굴패각 표면에 포함된 불순물을 제거하는 선별 분리 단계(S10)는 굴껍질에 포함된 일부의 불순물인 로-프 등을 수작업으로 선별과 분리하는 과정으로, 이 과정으로 굴껍질의 이물질이 완전히 제거된다.

이렇게 불순물이 제거된 상기 굴껍질은 분쇄를 위하여 건조 과정이 진행된다(S20). 그 후, 건조가 완료된 상기 굴껍질은 소정 크기의 입자 분말로 분쇄되는 분말화 단계가 수행되고 분말 상태로 저장된다(S30). 여기서, 상기 굴껍질 분말은 열공급 단계(S20-1)을 통하여 대략 800℃ 이상의 온도에서 킬른식 건조기(도 2: 100)를 통해 건조된 후에 50 내지 200 메쉬 입자 크기를 갖는 분말로 분쇄 된다.

따라서, 상기 건조 과정을 통해서, 굴껍질에 함유된 염분이 모두 제거되며 불순물이 제거될 수 있다. 또한 굴껍질의 주성분인 탄산칼슘이 부분적으로 산화칼슘으로 변하기 때문에 용해력이 증가하고, 굴껍질을 높은 온도에서 소성하면 다공질의 탄산칼슘이 되기 때문에 비중이 작아지며 흡착 능력이 뛰어나 토양 비료로 사용하였을 때, 수분 등을 흡착하여 토양에 칼슘을 공급하기에 용이하다.

한편, 각종 설탕 등의 당류를 제조하는 공정에서 배출되는 부산물인 아미노산 액비를 물과 대략 50:50의 중량비로 혼합한 후에 저장하고 혼합기(도 2: 800)로 이송시키는 단계(S40)가 수행된다.

그 다음으로, 전술한 분말화 공정을 통해 분쇄된 상기 굴껍질 분말과 상기 아미노산 액비 혼합물을 대략 90:10의 중량비로 혼합하는 과정 및 상기 혼합물을 성형 압출기(도 2: 800)를 통하여 로터리식 성형 방식으로 과립(입상) 형태의 비료를 제조하는 혼합성형 단계(S50)가 수행된다.

마지막으로, 혼합성형이 완료된 최종 입상칼슘 비료를 건조하고 냉각하는 단계(S60) 및 저장 단계(S70)를 거쳐서 최종 로터리식 유기질의 과립형 복합칼슘 비료의 제조가 종료된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 상기 패화석을 이용한 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조장치에 대해 설명한다.

도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조장치를 나타낸 구성도가 모식적으로 도시되어 있다.

본 발명에 따른 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조장치(10)는, 굴패각 표면에 포함된 불순물을 제거 된 후에 건조하는 킬른식 건조기(100), 건조기(100)로부터 배출된 상기 굴패각을 파쇄하는 분쇄기(200), 건조기(100)에 열에너지를 전달하는 화염가공기(600), 일정 크기 이상의 입자로 선별/분리가 이루어지는 흔들식 선별기(300), 선별/분리된 상기 굴껍질 분말을 저장하는 분말 저장용기(700), 아미노산 액비를 물과 대략 50:50의 중량비로 섞은 후 용액을 저장하는 액비 저장용기(500), 상기 저장된 아미노산 액비 용액을 이송시키는 이송펌프(400), 상기의 분쇄된 굴껍질 분말과 이송된 상기 아미노산 액비 용액을 대략 90:10 중량비로 혼합하면서 굴껍질 분말을 과립(입상) 형태로 만드는 로터리식 혼합/성형 압출기(800), 건조된 입자상의 유기질 복합칼슘비료를 냉각하는 킬른식의 냉각기(900), 냉각된 상기 입자상의 유기질 복합칼슘비료를 저장하는 제품 저장용기(1000) 및 상기 입자상의 유기질 복합칼슘비료를 포장하는 포장기(1100)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 본 발명에 따르면, 상기 분말의 입자 크기는 50 내지 200 메쉬 입자 크기를 포함하며, 화염가공기(110)는 젯트버어너고, 건조기(100)는 전기를 에너지원으로 하는 세라믹으로 된 킬른식 건조기로 구성될 수 있다.

이때 상기 소성은 반드시 전기를 에너지원으로 사용하는 것이 좋으며, 이는 소성로에 원료를 투입한 후 정체된 상태에서 3시간 이상 대략 800℃ 의 열로서 반응을 시켜야 하기 때문에 만약 전기 외의 다른 연료를 사용한다면 연료의 연소가스에 의한 내부 압력 때문에 연소가스를 외부로 회출시켜야 하고 회출하는 과정에서 소성되는 동안 미세입자의 굴껍질이 외부로 소실되어 효율이 떨어질 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

100: 킬른식 건조기 200: 분쇄기
300: 흔들식 선별기 400: 이송펌프
500: 액비 저장용기 600: 화염가공기
700: 분말 저장용기 800: 혼합/압출 성형기
900: 냉각기 1000: 제품 저장용기
1100: 포장기

Claims (12)

1. (a) 굴패각 표면에 포함된 불순물을 제거하는 선별 분리 단계;
   (b) 선별 분리된 상기 굴패각을 건조시키고 파쇄하는 단계;
   (c) 파쇄된 상기 굴패각을 분말화하는 단계;
   (d) 분말화된 상기 굴패각을 저장하는 단계;
   (e) 아미노산 액비를 저장하고 이송하는 단계;
   (f) 저장된 상기 굴패각 분말을 상기 아미노산 액비와 혼합하여 입자상의 과립 형태로 성형하는 단계; 및
   (g) 과립 형태로 성형된 혼합체를 건조시키고 냉각시키는 단계;를 포함하고,
   상기 단계(b)에서 상기 건조는 전기를 에너지원으로 하는 세라믹으로 된 킬른식 건조기에 젯트버어너로 열에너지를 공급하여 수행되고,
   상기 단계(b)에서, 상기 굴패각의 건조는 800℃의 온도에서 수행되고,
   상기 단계(c)에서 상기 굴패각을 50 내지 200 메쉬 크기의 입자로 분말화하고,
   상기 단계(e)에서 상기 아미노산 액비는 당류를 제조하는 공정에서 배출되는 부산물이고, 상기 아미노산 액비와 물을 50:50의 중량비로 혼합하고,
   상기 단계(f)에서 상기 아미노산 액비와 물의 혼합물을 상기 굴패각 분말과 10:90 중량비로 혼합하는 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조방법.
   
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9. 청구항 1항에 따른 제조방법을 사용하는 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조장치에 있어서,
   굴패각 표면에 포함된 불순물을 제거하는 선별 분리하고 건조하는 건조기;
   상기 건조기에 열에너지를 전달하는 화염가공기;
   상기 건조기로부터 배출된 상기 굴패각을 50 내지 200 메쉬 입자 크기로 분쇄하는 분쇄기;
   상기 분쇄기로부터 분쇄된 굴패각 분말을 50 내지 200 메쉬 이상의 입자로 선별하고 분리하는 흔들식 선별기;
   분쇄된 상기 굴패각 분말과 아미노산 액비의 혼합용액을 저장하는 저장용기;
   상기 혼합용액을 혼합하면서 상기 굴패각 분말을 과립형 입상칼슘으로 제조하는 로터리식 혼합성형기; 및
   건조된 상기 과립형 입상칼슘을 냉각하는 냉각기;를 포함하고,
   상기 굴패각을 투입한 후 3시간 동안 800℃의 열로 반응시키고,
   상기 건조기는 전기를 에너지원으로 하는 세라믹으로 된 킬른식 건조기이고,
   상기 화염가공기는 젯트버어너이고,
   상기 저장용기는 아미노산 액비를 물과 50:50의 중량비로 섞은 후 용액을 저장하고,
   상기 로터리식 혼합성형기는 상기 분쇄된 굴패각 분말과 상기 아미노산 액비를 90:10 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 로터리식 패화석 입상칼슘 비료의 제조장치.
   
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