KR102625565B1 - 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법 - Google Patents
복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 나트륨, 칼륨, 규소 양이온 베이스의 미네랄용액에 미량요소 미네랄이 합성된 복합이온미네랄을 제조한 후 작물 종류별로 특화된 미량요소 비료화합물을 혼합한 액상비료를 제조하는 방법에 관한 것이며, 본 발명은 제1광물을 소성 처리하여 고속 교반한 나트륨, 칼륨, 규소 양이온 베이스로 1차 이온화된 미네랄용액을 제조한 후, 식물 생장에 필요한 미량요소가 함유된 제2광물을 소성 가공하여 분쇄한 분말을 혼합하고, 이후 3차에 걸친 가열 고속교반 이온화 공정을 거쳐 안정된 상태의 복합이온미네랄을 제조하며, 이후 경작하려는 작물별로 특화된 미량요소 비료 화합물과 함께 혼합하여 액상비료를 제조하는 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 나트륨, 칼륨, 규소 양이온 베이스의 미네랄용액에 미량요소 미네랄이 합성된 복합이온미네랄을 제조한 후 작물 종류별로 특화된 미량요소 비료화합물을 혼합한 액상비료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
인구 증가와 함께 식량을 공급하기 위한 작물의 재배량도 크게 증가하고 있으며, 작물 재배량의 증가는 토양에 함유되어 있던 미네랄의 고갈을 불러오고 있다. 토양의 미네랄 고갈은 작물 내 미네랄 결핍으로 이어지며, 작물 내 미네랄 결핍은 그 작물을 섭취하는 동물 및 인간의 미네랄 결핍을 초래하게 된다.
미네랄은 신체의 신진대사를 촉진 또는 억제하는 물질로 인체의 골격을 형성하고 혈액과 각종 체액생산에 관여하며, 혈압을 조절하고, 신경계 조화를 담당하는 등 인체의 생명유지에 필수적인 물질이다. 이러한 미네랄의 결핍은 면역체계를 약화시켜 각종 질병을 유발하는 원인이 된다.
인체와 마찬가지로 식물에게 있어서도 미네랄 결핍은 식물의 성장과 건강을 저해하는 주요원인이 된다. 인간이 건강을 유지하기 위해 과거보다 훨씬 다양한 종류의 약을 섭취하고 있듯, 식물도 다양한 종류의 영양공급(비료)과 병충해 방지(농약)가 반드시 필요해진 것이다.
이러한 비료와 농약의 공급은 미네랄이 결핍되어가는 토양의 상황을 감안할 때 매우 필요한 방법이긴 하나, 늘어난 인구수를 감당하기 위해 수확량과 열매의 시장성(높은 당도를 추구하거나, 열매의 크기가 커지도록 하는 등)을 추종한 결과 질소,인산,칼륨 등의 대량요소 비료와 열매의 경작에 영향을 미치는 칼슘, 마그네슘, 황 등의 주요 성분들에 치중한 나머지 건강한 식물성장에 필수적인 미량원소(미량요소) 미네랄의 공급이 부족하여 기후변화 및 병충해 요인 등에 취약한 상황이 도래하였고, 작물 및 열매의 성분속에서도 미량요소 미네랄이 부족하여, 이를 섭취하는 인체 역시 미량요소 미네랄이 부족하여 면역력이 저하되거나 질병발병에 취약한 상황에 노출되고 있다. 또한 수확량 및 열매의 품질개선을 위해 과도하게 살포되는 다양한 화학비료는 토양의 산성화 및 미네랄 손실을 가속화 하고 있는 실정이기도 하다.
그러나, 비료를 사용하지 않고서는 경작이 불가능한 현재의 상황을 감안할 때 토양의 질을 회복하는 노력과 함께 효과적인 비료의 사용방법과 건강한 식물을 재배하는 방법, 그리고 식물내 풍부한 미네랄을 함유할 수 있도록 하는 방법들에 대한 연구가 필요하며, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 단서를 제공하고자 한다.
식물에게 필요한 미네랄은 식물성장에 주요한 영향을 끼치는 질소/인산/칼륨/칼슘/마그네슘/황의 다량원소(다량요소)와 극히 미량이지만 식물의 정상적인 발육을 위해 필요한 붕소/구리/철/아연/망간/몰리브덴/염소 등의 미량원소로 구분되고 있다. 식물에 필요한 미량원소는 식물체내에서 주로 효소반응이나 대사에 관계하는 것이 많은데, 아직 그 생리작용이 밝혀지지 않은 것도 많다.
다량원소는 식물의 성장에 큰 영향을 끼치기 때문에 상대적으로 많은 양이 필요한 원소이며, 대부분 비료의 원료물질로 사용되어 대부분의 경작지에 충분히 공급되고 있다.
그러나 미량원소(미량요소)는 그 생리작용이 완벽히 밝혀지지 않았기도 하고, 식물에게 극히 미량 필요한 경우가 대부분이며 일부분은 흙이나 먼지, 대기로부터도 얻을 수 있는 성분이 있어 비료 시비시 소외되어 왔기도 하고, 농약의 사용으로 질병을 관리하게 됨으로써 그 중요성이 간과되어 왔던 것이 현실이다.
식물에게 미량원소 결핍이 발생하면 병에 대한 저항성이 떨어지고, 농작물 수확량에 영향을 줄 뿐만 아니라 품질도 저하시킨다.
예를 들어, 철이나 망간의 부족으로 발생하는 황백화 현상이나, 붕소의 결핍으로 과육의 갈변 현상이 나타나거나, 아연의 결핍으로 단백질 합성이 억제되는 현상 등을 목격할 수 있다.
리비히의 최소량의 법칙에 따르면, 작물의 생장과 수확량은 최소한의 원소에 의하여 지배되며 식물의 성장은 필수원소 중 가장 부족한 것에 따라 결정된다고 한다.
질소, 인산 등의 다량원소가 아무리 풍부해도 그 식물에 꼭 필요한 미량원소 중의 하나가 결핍되면 그 식물은 그 미량원소가 있는 만큼만 성장할 수 있다는 것이다.
예를 들어, 어떤 식물이 정상적인 성장을 위해 아연이 5g이 꼭 필요하다고 가정할 때, 그 식물에게 아연이 1g만 공급되면 그 식물은 다른 영양소가 아무리 풍부해도 아연 1g이 허락한 그 수준까지만 성장하고 더 이상 성장하지 못한다.
따라서, 작물의 효과적인 경작을 위해서는 미량원소의 결핍이 없도록 조치해주는 것이 필요하며, 현재까지 밝혀진 식물에 필요한 필수미네랄 성분은 이론마다 차이가 있지만 20개 안팎으로 추정되고 있고, 그 중 다량원소를 제외한 미량원소는 붕소, 철, 망간, 아연, 구리, 니켈, 몰리브덴, 염소 등이고 나트륨, 규소, 셀레늄, 코발트 등도 필수원소는 아니지만 식물성장에 유익하다고 검증된 원소이다. 그 밖에도 게르마늄, 크롬, 바나듐 등의 미량원소들도 식물성장에 도움이 되는 것으로 알려져 있다.
한편, 비료란 토지의 생산력을 높여서 식물이 잘 자라나도록 뿌려주는 영양물질을 가리키며 성분에 따라 화학비료(무기질비료)와 유기질비료로 나뉜다.
화학비료의 주성분은 화학 공정을 통해 추출하는 질소, 인산, 칼륨 등을 중심으로 하는 무기질 물질이며, 유기질비료는 동식물로부터 추출하는 유기화합물이다.
이러한 비료는 속효성과 지효성으로 나뉘기도 하는데, 속효성 비료는 흡수가 빠르고 지효성비료는 흡수가 늦다. 상대적인 개념이지만 일반적으로 화학비료는 속효성, 유기질비료는 지효성으로 분류되기도 한다.
여기서, 속효성 비료이든 지효성 비료이든 비료가 식물에 흡수되기 위해서는 반드시 이온화되어야 한다.
즉, 비료의 흡수율은 비료에 포함되어 있는 원소들의 이온화되는 시간에 달린 것이지 화합물의 구조나 제형에 의존하지 않는다.
따라서, 현재의 속효성 비료조차도 이온화되지 않는다면 식물은 즉각적으로 비료에 포함된 미네랄을 흡수하지 못하며, 땅속에서 또는 잎위에서 이온화되었을 때에만 흡수가 가능하다.
그리고, 고분자 물질보다 저분자 물질의 흡수율이 훨씬 우수한데, 이는 비료의 분해도가 흡수율과 깊은 관계가 있기 때문이다.
어떤 비료이든 물, 미생물, 일광, 효소, 또는 다른 화학적 성분들에 의해 빨리 분해될수록 흡수율이 높아짐을 의미하고, 특히 단일물질로 이온화되었을 경우 가장 흡수가 빠르다.
또한, 물에 녹았다고 해서 식물 뿌리나 엽면에 바로 흡수되는 것은 아니며, 수용액 상태의 액상비료가 고체비료보다 흡수율이 높을 것이라고 생각하여 엽면시비를 많이 수행하는데, 물에 녹아 있는 물질 역시 이온화된 상태가 아니라면 식물에 흡수되지 못하고 그냥 흘러내리며, 결국 땅속에서 또는 식물표면에서 이온화되어야만 식물에게 흡수된다.
따라서 엽면시비 등 액상비료를 시비할 경우에 가장 흡수율이 높은 것은 이온화된 상태의 비료를 시비하는 것이다.
물론 비료의 지속성도 매우 중요하기 때문에 모든 비료가 이온화된 상태로 공급될 필요는 없는 것이다.
또한, 식물의 생장에 있어 가장 중요한 시기가 발아 후 뿌리다지기 기간이며 그에 못지 않게 중요한 것이 열매를 맺기 시작하는 비대기라는 것인데, 발아 후 뿌리다지기 기간에는 뿌리가 자신이 뿌리내리고 있는 토양 및 물(수경재배시)에 대해 강력한 지배력(흡수능력)을 확보하지 못하면 그 식물은 상당부분의 성장잠재력을 잃게 된다는 점에 유의해야 한다. 발아 후 뿌리다지기 기간에 가장 중요한 것은 뿌리의 삼투능력이 빠른 시간에 강화되는 것이며, 뿌리의 삼투능력은 뿌리와 뿌리를 둘러싸고 있는 토양 및 물 대비 높은 농도를 확보하는 것에 좌우된다.
다시 말해, 식물성장초기 뿌리와 식물내부에 충분한 미네랄 양이온들이 즉시적으로 공급되어 뿌리내부의 농도가 토양대비 높아지게 되면, 외부토양과 물에 대해 삼투능력이 한층 강화되고, 이렇게 강화된 삼투능력은 뿌리 외부에서 물과 영양물질을 더욱 강력하게 흡수할 수 있기 때문에 성장이 빠르고 건강하며, 결과적으로 수확물의 품질도 개선되고, 수확 후에도 선도가 잘 유지되는 특성이 있다. 따라서, 이시기에 이온화된 복합미네랄을 시비한다면 뿌리의 성장력이 눈에 띄게 개선될 수 있고 안정적인 뿌리다지기가 끝나면 토양 속의 영양분을 강력하게 흡수하여 식물의 성장력이 강화되고, 건강한 상태로 자랄 수 있게 되는 것이다.
또한, 비대기의 경우에는 우수한 열매를 맺기 위해 식물이 자신의 모든 에너지를 집중하는 시기인데, 이시기에도 이온화된 미네랄과 열매를 맺는데 필요한 성분들이 흡수율이 높은 상태로 공급되면 작물의 에너지가 한층 강화되어 우수한 품질의 열매를 맺을 수 있는 동력을 제공한다.
또한, 식물 세포에도 이온채널이 존재하며 이온화된 미네랄 및 각종 영양소 및 물은 삼투, 확산, 능동수송의 원리에 따라 식물세포내로 전달된다.
활성화된 미네랄 이온은 식물에게 있어 영양소가 되기도 하지만, 나트륨, 칼륨, 규소 이온 및 몇몇의 미량원소 미네랄 이온은 식물에게 영양물질을 전송하는 전송체 역할을 한다. 특히 나트륨 칼륨 채널에서 이온의 농도차에 따른 능동수송과 확산 및 뿌리의 삼투압은 식물 생장에 매우 중요한 요인이 된다.
한편, 규소는 이온화되면 다른 원소들과의 활발한 반응이 발생하며, 식물의 생장을 촉진하며, 병충해에 대한 저항성 및 광합성을 촉진시키는 긍정적인 영향을 미치고, 토양에 대해서도 비옥도를 증진시키며, 토양의 물리적 성질을 개선하는데 효과가 있다고 알려져 있다.
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 토양의 미네랄 결핍으로 촉발된 식물성장요건의 개선을 위해 필수 미네랄을 공급해주는 것이 중요하고, 다량원소의 공급은 이미 각종 화학비료 및 유기질 비료 등을 사용함으로 충분하지만, 미량원소의 부족이 문제가 되며, 이러한 미량원소의 공급은 흡수가 잘되는 이온화된 물질로 공급하는 것이 가장 효과적이고, 좀 더 세부적으로는 식물 성장초기 및 비대기에 식물의 뿌리가 충분한 삼투능력을 확보할 수 있도록 공급해주는 것이 가장 좋고, 나트륨, 칼륨 이온 채널의 이용과 식물 생장에 큰 도움을 주는 규소 이온을 충분히 공급하기 위해 나트륨, 칼륨, 규소 이온 베이스에 미량원소 미네랄을 이온화시켜 이온화된 복합미네랄을 제조한 후, 각 식물에 필요한 목적성 비료화합물과 혼합하여 액상형태로 공급하는 것이 가장 효과적임을 주장하고자 한다. 물론 이러한 시비방법은 토양이 이미 충분한 영양물질이 포함되어 있다는 것을 가정하기 때문에, 본 발명과 더불어 충분하고도 균형잡힌 화학비료 및 유기질 비료의 시비 역시 매우 중요한 요인이 됨은 당연하다.
이를 위한 본 발명은 제1광물을 소성 처리하여 고속 교반한 나트륨, 칼륨, 규소 양이온 베이스로 1차 이온화된 미네랄용액을 제조한 후, 식물 생장에 필요한 미량요소가 함유된 제2광물을 소성 가공하여 분쇄한 분말을 혼합하고, 이후 3차에 걸친 가열 고속교반 이온화 공정을 거쳐 안정된 상태의 복합이온미네랄을 제조하며, 이후 경작하려는 작물별로 특화된 미량요소 비료 화합물과 함께 혼합하여 액상비료를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법은, 다량미네랄이 함유된 복수의 제1광물을 전처리하여 복수의 다량미네랄 물질을 제조하는 다량미네랄 물질 제조단계; 복수의 다량미네랄 물질에 제1정제수를 혼합하여 액상의 베이스이온미네랄을 제조하는 베이스이온미네랄 제조단계; 및 제조된 베이스이온미네랄에 하나 이상의 미량미네랄 물질을 혼합하여 액상의 복합이온미네랄을 제조하는 복합이온미네랄 제조단계;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 다량 미네랄 물질 제조단계에서, 상기 다량미네랄 물질은 나트륨, 칼륨 및 규소를 포함할 수 있고, 상기 나트륨, 상기 칼륨 및 상기 규소는 40 : 40 : 20 중량%를 가질 수 있다.
또한, 상기 다량미네랄 물질 제조단계는, 상기 제1광물을 5mm 이하로 분쇄하는 분쇄단계; 분쇄된 상기 제1광물을 1200 내지 1500 온도 범위에서 2시간 이상 가열하는 가열단계; 및 가열된 상기 제1광물을 상온에서 4시간 이상 자연냉각하는 냉각단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스이온미네랄 제조단계에서, 상기 제1정제수 및 상기 다량미네랄 물질은 5 : 1 중량부를 가질 수 있다.
또한, 상기 베이스이온미네랄 제조단계는, 상기 제1정제수 및 상기 다량미네랄 물질을 믹서에 투입하여 10000rpm 이상의 회전속도로 10분 이상 교반할 수 있다.
또한, 상기 복합이온미네랄 제조단계 이전에 수행될 수 있으며,
또한, 상기 복합이온미네랄 제조단계 이전에 수행될 수 있으며,
미량미네랄이 함유된 복수의 제2광물을 분쇄하고, 이후 소성로 투입하여 1200 내지 1500 온도 범위에서 2시간 이상 가열하고, 이후 4시간 이상의 자연 냉각하여서, 미량미네랄 물질을 제조하는 미량미네랄 물질 제조단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2광물은 일라이트, 견운모, 토르말린, 제올라이트,사장석, 벤토나이트, 맥반석, 애타플자이트, 세피오라이트, 모테나이트, 귀양석, 게르마늄, 뮤스코바이트, 클로라이트, 버미큘라이트 및 할로이사이트, 규회석, 능아연광, 고령토, 점토 들 중, 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복합이온미네랄 제조단계에서, 상기 미량미네랄 물질 및 상기 베이스이온미네랄은 1 : 5 중량부를 가질 수 있다.
또한, 상기 복합이온미네랄 제조단계는, 상기 베이스이온미네랄 및 상기 미량미네랄 물질에 제2정제수를 추가 혼합한 제1복합미네랄용액을 가열, 교반 및 냉각하는 제1복합이온미네랄 제조단계; 및 제1복합미네랄용액에 제3정제수를 추가 혼합한 제2복합미네랄용액을 가열, 교반 및 냉각하는 제2복합이온미네랄 제조단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복합이온미네랄 제조단계는, 제2복합미네랄용액에 제4정제수를 추가 혼합한 제3복합미네랄용액을 가열, 교반 및 냉각하는 제3복합이온미네랄 제조단계;를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1복합이온미네랄 제조단계, 상기 제2복합이온미네랄 제조단계 및 상기 제3복합이온미네랄 제조단계로 가면서, 가열온도, 교반속도 및 냉각시간은 점차적으로 작게 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1복합이온미네랄 제조단계에서, 상기 제1복합미네랄용액 및 상기 제2정제수는 1 : 1 중량부를 가질 수 있다.
또한, 상기 복합이온미네랄 제조단계 이후에 수행될 수 있으며, 2000~3000 메쉬의 필터를 이용하여 상기 액상의 복합이온미네랄을 필터링하는 제1필터링단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1필터링단계 이후에 수행될 수 있으며, 상기 액상의 복합이온미네랄에 비료화합물 수용액을 혼합하는 비료화합물 혼합단계;를 더 포함할 수 있고, 이때, 상기 비료화합물 수용액은 1 중량% 미만일 수 있다.
또한, 상기 비료화합물은 붕소, 구리, 철, 아연, 망간, 몰리브덴, 염소 들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 비료화합물 혼합단계는, 상기 액상의 복합이온미네랄 및 비료화합물 수용액을 믹서에 투입하여 300rpm 미만의 회전속도로 30분 이상 교반할 수 있다.
또한, 상기 비료화합물 혼합단계 이후에 수행될 수 있으며, 200 내지 300 메쉬의 필터를 이용하여 상기 액상의 복합이온미네랄을 필터링하는 제2필터링단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1광물을 소성 처리하여 고속 교반한 나트륨, 칼륨, 규소 양이온 베이스로 1차 이온화된 미네랄용액을 제조한 후, 식물 생장에 필요한 미량요소가 함유된 제2광물을 소성 가공하여 분쇄한 분말을 혼합하고, 이후 3차에 걸친 가열 고속교반 이온화 공정을 거쳐 안정된 상태의 복합이온미네랄을 제조하며, 이후 경작하려는 작물별로 특화된 미량요소 비료 화합물과 함께 혼합하여 액상비료를 제조하는 방법으로써, 종래의 방법과 달리, 무기질 미네랄의 이온화 공정에 화학적 용매 또는 전기분해 방법을 전혀 사용하지 않으며, 오직 물리적인 열과 운동에너지만으로 안정화된 복합이온미네랄을 얻을 수 있으며, 이로부터 제조되는 액상비료는 시비과정에서 약해가 전혀없다는 특성이 있고, 발아후 뿌리다지기 시기에 작물 뿌리의 삼투압을 강화시켜 강력한 토양지배력을 확보할 수 있도록 하여, 작물이 빠르고 강하게 성장할 수 있으며 병충해에 강해지고, 열매의 품질 개선 및 수량증대가 가능해지며, 수확한 작물 및 열매의 선도가 매우 우수해질 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법을 나타낸 블록 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법의 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법의 공정 흐름도이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법을 나타낸 블록 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법의 공정 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법은 다량미네랄 물질 제조단계(S10), 베이스이온미네랄 제조단계(S20) 및 복합이온미네랄 제조단계(40)를 포함할 수 있다.
다량미네랄 물질 제조단계(S10)는 다량미네랄이 함유된 복수의 제1광물을 전처리하여 복수의 다량미네랄 물질을 제조하는 단계일 수 있다.
제1광물은 나트륨, 칼륨 및 규소를 함유한 복수의 광물일 수 있다.
예컨대, 나트륨을 함유한 광물로는 심해 퇴적암염 계열이 사용될 수 있고, 칼륨을 함유한 광물로는 포타슘암염 계열이 사용될 수 있으며, 규소를 함유한 광물로는 규석 또는 규산염광물 계열이 사용될 수 있으며, 제1광물의 대표적인 광물로는 규석을 사용한다.
실시예에 따른 다량미네랄 물질 제조단계(S10)는 분쇄단계, 가열단계 및 냉각단계를 포함할 수 있다.
분쇄단계는 다량미네랄이 함유된 복수의 제1광물을 분쇄하는 단계이며, 예컨대, 제1광물은 5mm 이하로 분쇄될 수 있다.
가열단계는 분쇄된 제1광물을 설정된 온도 및 시간으로 가열하는 단계이며, 예컨대, 5mm 이하로 분쇄된 제1광물은 소성로에 투입되어 1200 내지 1500 온도 범위에서 2시간 이상 가열될 수 있다.
냉각단계는 가열된 제1광물을 냉각하는 단계이며, 예컨대, 가열된 제1광물은 상온에서 4시간 이상 자연 냉각될 수 있다.
이와 같이, 제1광물은 분쇄, 가열 및 냉각 과정을 거친 후, 불순물이 제거되면서 식물 성정에 필수적으로 요구되는 다량미네랄 물질이 획득될 수 있다.
이렇게 획득된 다량미네랄 물질은 나트륨, 칼륨 및 규소를 포함할 수 있으며, 이때, 나트륨, 칼륨 및 규소는 40 : 40 : 20 중량%를 가질 수 있다.
베이스이온미네랄 제조단계(S20)는 복수의 다량미네랄 물질에 제1정제수를 혼합하여 액상의 베이스이온미네랄을 제조하는 단계일 수 있다.
베이스이온미네랄 제조단계(S20)에서 제1정제수 및 다량미네랄 물질은 5 : 1 중량부를 가질 수 있다.
실시예에 따른 베이스이온미네랄 제조단계(S20)는 제1정제수 및 다량미네랄 물질을 믹서에 투입한 상태에서 10000rpm 이상의 회전속도로 10분 이상 교반할 수 있다. 또한, 10000rpm 이상의 회전속도로 10분 이상 교반하는 횟수를 1세트로 하여 다수번의 세트를 수행할 수 있으며, 총 3세트가 수행될 수 있다. 이때 사용되는 믹서로는 호모믹서(Homo mixer)가 사용될 수 있다.
이처럼 베이스이온미네랄 제조단계(S20)에서 교반속도, 교반시간 및 반복횟수는 다량미네랄 물질의 총량에 따라 적절히 설정될 수 있으며, 일반적으로 다량미네랄 물질의 총량이 1kg 미만일 경우에는 10000rpm 이상의 회전속도로 10분을 1세트로 하여 총 3세트가 반복 수행될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법은 미량미네랄 물질 제조단계(S30)를 더 포함할 수 있다.
미량미네랄 물질 제조단계(S30)는 복합이온미네랄 제조단계(40) 이전에 수행될 수 있으며, 미량미네랄이 함유된 복수의 제2광물을 분쇄하고, 이후 소성로 투입하여 1200 내지 1500 온도 범위에서 2시간 이상 가열하고, 이후 4시간 이상의 자연 냉각하여서, 미량미네랄 물질을 제조하는 미량미네랄 물질 제조단계일 수 있다.
제2광물은 일라이트, 견운모, 토르말린, 제올라이트,사장석, 벤토나이트, 맥반석, 애타플자이트, 세피오라이트, 모테나이트, 귀양석, 게르마늄, 뮤스코바이트, 클로라이트, 버미큘라이트 및 할로이사이트, 규회석, 능아연광, 고령토, 점토 들 중, 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이러한 제2광물은 사용되는 액상비료의 목적 및 성분비에 따라 상기 열거된 제2광물들에서 적절히 선택될 수 있다.
미량미네랄 물질 제조단계(S30)는 전술한 다량미네랄 물질 제조단계(S10)와 동일한 방식으로 진행될 수 있다. 즉, 미량미네랄이 함유된 복수의 제2광물을 분쇄하고, 이후 소성로 투입하여 1200 내지 1500 온도 범위에서 2시간 이상 가열하고, 이후 4시간 이상의 자연 냉각하여서, 미량미네랄 물질을 획득할 수 있다.
이렇게 획득된 미량미네랄 물질은 베이스이온미네랄이 5 중량부일 경우 1 중량부를 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 사용되는 액상비료의 목적에 따라 미량미네랄 물질의 함량은 증가될 수 있는데, 미량미네랄 물질은 베이스이온미네랑의 중량 대비 50% 미만에서 설정됨이 더욱 바람직하다. 만일 미량미네랄 물질의 함량이 베이스이온미네랑의 중량 대비 50%를 초과하여 설정되면 베이스이온미네랑의 물성이 변화될 수 있다.
복합이온미네랄 제조단계(40)는 제조된 베이스이온미네랄에 하나 이상의 미량미네랄 물질을 혼합하여 액상의 복합이온미네랄을 제조하는 단계일 수 있다.
복합이온미네랄 제조단계(40)는 제1복합이온미네랄 제조단계(41) 및 제2복합이온미네랄 제조단계(42)를 포함할 수 있다.
제1복합이온미네랄 제조단계(41)는 베이스이온미네랄 및 미량미네랄 물질에 제2정제수를 추가 혼합한 제1복합미네랄용액을 가열, 교반 및 냉각하는 단계일 수 있다.
제1복합이온미네랄 제조단계(41)에서 제1복합미네랄용액 및 제2정제수는 1 : 1 중량부를 가질 수 있다.
정제수를 추가 혼합하는 이유는 복합미네랄용액의 농도를 낮추어 이온화가 더욱 활발하게 이뤄질 수 있도록 하기 위함이다.
제2복합이온미네랄 제조단계(42)는 제1복합미네랄용액에 제3정제수를 추가 혼합한 제2복합미네랄용액을 가열, 교반 및 냉각하는 단계일 수 있다.
제2복합이온미네랄 제조단계(42)에서 제2복합미네랄용액 및 제3정제수는 1 : 1 중량부를 가질 수 있다.
한편, 복합이온미네랄 제조단계(40)는 제3복합이온미네랄 제조단계(43)를 더 포함할 수 있다. 제3복합이온미네랄 제조단계(43)는 제2복합이온미네랄 제조단계(42) 이후에 수행될 수 있으며, 제2복합미네랄용액에 제4정제수를 추가 혼합한 제3복합미네랄용액을 가열, 교반 및 냉각하는 단계일 수 있다.
이때, 제1복합이온미네랄 제조단계(41), 제2복합이온미네랄 제조단계(42) 및 제3복합이온미네랄 제조단계(43)로 가면서, 가열온도, 교반속도, 교반시간 및 냉각시간은 점차 작게 설정될 수 있다.
제1복합이온미네랄 제조단계(41), 제2복합이온미네랄 제조단계(42) 및 제3복합이온미네랄 제조단계(43)로 가면서 열에너지 및 운동에너지 즉, 가열온도 및 교반속도를 작게 설정하는 이유는 이온화된 복합이온미네랄의 상태 안정화를 오랫동안 유지하기 위함이다.
실시예에 따르면, 제1복합이온미네랄 제조단계(41)는 1차 이온화 과정을 위하여, 1 : 1 중량부를 가지는 제1복합미네랄용액 및 제2정제수를 믹서에 투입하고, 500 내지 600 온도 범위에서 8000 내지 10000rpm의 회전속도로 10분 이상을 1세트로 하여 3세트에 걸쳐 상대적으로 고속 교반을 수행할 수 있다. 3세트의 고속 교반이 완료되면 36 내지 48 시간의 자연 냉각 과정을 거치면서 안정화시킬 수 있다.
이러한 과정을 거치면서 단일원소 주변의 화합물들이 분리되어 이온화 수준이 높아지게 된다. 이처럼 제1복합이온미네랄 제조단계(41)를 통하여 1차 이온화된 제2복합이온미네랄용액을 획득할 수 있다.
이어서, 제2복합이온미네랄 제조단계(42)는 2차 이온화 과정을 위하여, 1 : 1 중량부를 가지는 제2복합미네랄용액 및 제2정제수를 믹서에 투입하고, 150 내지 300 온도 범위에서 4000 내지 5000rpm의 회전속도로 10분 이상을 1세트로 하여 3세트에 걸쳐 상대적으로 중속 교반을 수행할 수 있다.
3세트의 중속 교반이 완료되면 24 내지 36 시간의 자연 냉각 과정을 거치면서 안정화시킬 수 있다. 이처럼 제2복합이온미네랄 제조단계(42)를 통하여 2차 이온화된 제3복합이온미네랄용액을 획득할 수 있다.
마지막으로, 제3복합이온미네랄 제조단계(43)는 3차 이온화 과정을 위하여, 1 : 1 중량부를 가지는 제3복합미네랄용액 및 제3정제수를 믹서에 투입하고, 35 내지 45 온도 범위에서 600 내지 1000rpm의 회전속도로 10분 이상을 1세트로 하여 5세트에 걸쳐 상대적으로 저속 교반을 수행할 수 있다. 5세트의 저속 교반이 완료되면 12 내지 24 시간의 자연 냉각 과정을 거치면서 안정화시킬 수 있다.
이처럼 제3복합이온미네랄 제조단계(43)를 통하여 3차 이온화된 제3복합이온미네랄용액을 획득할 수 있다.
다만, 제3복합이온미네랄 제조단계(43)에서는 가열온도가 45 온도를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 만일 45 온도를 초과하여 가열하게 되면 이후 상온에서 자연 냉각 과정에서 침전물이 발생될 수 있다.
따라서, 최종 제3복합이온미네랄 제조단계(43)에서는 가열온도가 45 온도를 초과하지 않도록 함으로써 복합이온미네랄용액에 침전물의 생성을 억제할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법은 제1필터링단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
제1필터링단계(S50)는 복합이온미네랄 제조단계(40) 이후에 수행될 수 있으며, 필터를 이용하여 액상의 복합이온미네랄용액을 필터링할 수 있다. 이에 따라, 청정한 상태의 이온화된 복합이온미네랄용액을 획득할 수 있다.
실시예에 따른 제1필터링단계(S50)는 2000~3000 메쉬의 상대적으로 조밀한 필터를 이용하여 제3복합이온미네랄용액을 3회 이상에 걸쳐 필터링할 수 있다.
이러한 필터링 과정을 거친 후, 액상의 복합이온미네랄용액 내 복합이온미네랄은 불필요한 입자들이 제거되어 거의 단일원소 수준으로 존재될 수 있고, 이온입자의 직경이 평균 1nm 이하의 수준으로 획득될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법은 비료화합물 혼합단계(S60)를 더 포함할 수 있다.
비료화합물 혼합단계(S60)는 제1필터링단계(S50) 이후에 수행될 수 있으며, 액상의 복합이온미네랄용액에 비료화합물 수용액을 혼합하는 단계일 수 있다.
비료화합물 수용액은 붕소, 구리, 철, 아연, 망간, 몰리브덴, 염소 중, 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.
이러한 비료화합물 수용액은 액상비료가 사용되는 작물의 종류에 따라 적절히 설정될 수 있다.
또한, 비료화합물 수용액은 1 중량% 미만일 수 있으며, 이러한 비료화합물 수용액의 혼합 비율은 액상비료가 사용되는 작물의 종류 및 허가기준에 따라 적절히 설정될 수 있다.
실시예에 따른 비료화합물 혼합단계(S60)는 액상의 복합이온미네랄 및 비료화합물 수용액을 믹서에 투입한 상태에서 300rpm 미만의 회전속도로 30분 이상 교반할 수 있다.
이렇게 교반 작업이 완료된 이후에는 상온에서 2시간 정도의 자연 냉각 과정을 거치면서 안정화시킬 수 있다. 이때 사용되는 믹서로는 아지믹서(Agitator)가 사용될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법은 제2필터링단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
제2필터링단계(S70)는 비료화합물 혼합단계(S60) 이후에 수행될 수 있으며, 필터를 이용하여 액상의 복합이온미네랄용액을 재차 필터링하는 단계일 수 있다.
이에 따라, 보다 청정한 상태의 이온화된 복합이온미네랄용액을 획득할 수 있다.
실시예에 따른 제2필터링단계(S70)는 200 내지 300 메쉬 이상의 필터를 이용하여 제3복합이온미네랄용액을 3회 이상에 걸쳐 필터링할 수 있다.
이러한 필터링 과정을 거친 후, 액상의 복합이온미네랄용액 내 복합이온미네랄은 불필요한 입자들이 제거되어 나트륨, 칼륨, 규소 양이온 베이스의 복합이온미네랄 및 비료화합물이 혼합된 액상비료를 획득할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 제1광물을 소성 처리하여 고속 교반한 나트륨(Na+), 칼륨(K+), 규소(Si+) 양이온 베이스로 1차 이온화된 미네랄용액을 제조한 후, 식물 생장에 필요한 미량요소가 함유된 제2광물을 소성 가공하여 분쇄한 분말을 혼합하고, 이후 3차에 걸친 가열 고속교반 이온화 공정을 거쳐 안정된 상태의 복합이온미네랄을 제조하며, 이후 경작하려는 작물별로 특화된 미량요소 비료 화합물과 함께 혼합하여 액상비료를 제조하는 방법으로써, 종래의 방법과 달리, 무기질 미네랄의 이온화 공정에 화학적 용매 또는 전기분해 방법을 전혀 사용하지 않으며, 오직 물리적인 열과 운동에너지만으로 안정화된 복합이온미네랄을 얻을 수 있으며, 이로부터 제조되는 액상비료는 시비과정에서 약해가 전혀 없다는 특성이 있고, 발아 후 뿌리다지기 시기에 작물 뿌리의 삼투압을 강화시켜 강력한 토양지배력을 확보할 수 있도록 하여, 작물이 빠르고 강하게 성장할 수 있으며 병충해에 강해지고, 열매의 품질 개선 및 수량증대가 가능해지며, 수확한 작물 및 열매의 선도가 매우 우수할 수 있다.
본 발명에 따른 미량원소 미네랄 이온들은 나트륨 및 칼륨 이온 채널 및 기타 다양한 이온 채널을 통해 식물세포 내외부를 이동할 수 있고, 이 과정에서 식물 생장에 필요한 다양한 영양원소들을 수송하는 수송체 기능을 수행할 수 있기 때문에, 이온화된 복합미네랄이 균형있고 빠르게 식물 세포에 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
S10: 다량미네랄 물질 제조단계
S20: 베이스이온미네랄 제조단계
S40: 복합이온미네랄 제조단계
S20: 베이스이온미네랄 제조단계
S40: 복합이온미네랄 제조단계
Claims (7)
- 규석을 사용하는 제1광물을 5mm 이하로 분쇄하고, 분쇄된 상기 제1광물을 1200 내지 1500 온도 범위에서 2시간 이상 가열하고, 가열된 상기 제1광물을 상온에서 4시간 이상 자연냉각하여,
나트륨, 칼륨 및 규소를 획득하고, 상기 나트륨, 상기 칼륨 및 상기 규소는 40 : 40 : 20 중량%를 가지는 다량미네랄 물질을 제조하는 다량미네랄 물질 제조단계;
복수의 상기 다량미네랄 물질에 제1정제수를 혼합하되 상기 제1정제수 및 상기 다량미네랄 물질을 5 : 1 중량부로 혼합하여 액상의 베이스이온미네랄을 제조하는 베이스이온미네랄 제조단계;
견운모, 토르말린, 제올라이트, 사장석, 벤토나이트, 맥반석, 애타플자이트, 세피오라이트, 모테나이트, 귀양석, 게르마늄, 뮤스코바이트, 클로라이트, 버미큘라이트 및 할로이사이트, 규회석, 능아연광, 고령토, 점토 중 하나를 포함하는 제2광물을 분쇄하고,
이후 소성로 투입하여 1200 내지 1500 온도 범위에서 2시간 이상 가열하고, 이후 4시간 이상 자연 냉각하여 미량미네랄 물질을 제조하는 미량미네랄 물질 제조단계; 및
제조된 상기 베이스이온미네랄에 하나 이상의 상기 미량미네랄 물질을 혼합하여 액상의 복합이온미네랄을 제조하는 복합이온미네랄 제조단계;를 포함하되,
상기 복합이온미네랄 제조단계는,
상기 베이스이온미네랄 및 상기 미량미네랄 물질에 제2정제수를 추가 혼합한 제1복합미네랄용액을 가열, 교반 및 냉각하는 제1복합이온미네랄 제조단계; 및
제1복합미네랄용액에 제3정제수를 추가 혼합한 제2복합미네랄용액을 가열, 교반 및 냉각하는 제2복합이온미네랄 제조단계; 및
제2복합미네랄용액에 제4정제수를 추가 혼합한 제3복합미네랄용액을 가열, 교반 및 냉각하는 제3복합이온미네랄 제조단계;를 포함하고,
상기 복합이온미네랄 제조단계 이후에 수행되며,
상기 액상의 복합이온미네랄을 필터링하는 제1필터링단계;
상기 제1필터링단계 이후에 수행되며,
상기 액상의 복합이온미네랄에 비료화합물 수용액을 혼합하는 비료화합물 혼합단계;를 포함하고,
상기 비료화합물 혼합단계 이후에 수행되며, 상기 액상의 복합이온미네랄을 필터링하는 제2필터링단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 복합이온미네랄을 함유한 액상비료 제조방법.
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