KR20000055831A

KR20000055831A - 석탄재를 이용한 비료의 제조방법

Info

Publication number: KR20000055831A
Application number: KR1019990004671A
Authority: KR
Inventors: 김완기; 박희섭
Original assignee: 김완기; 박희섭
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-09-15
Also published as: KR100306976B1

Abstract

본 발명은 석탄재를 이용한 비료의 제조방법에 관한 것으로, 석탄재와 아미노산 폐액을 혼합교반하여 입상으로 제조하는 방법에 있어서, 석탄재 60∼70중량%, 아미노산 폐액 30∼40중량%를 혼합하고, 이 혼합물을 내부에 적재날(Bucket blade)이 형성된 내부온도 100∼200℃인 회전 원통형 건조기를 통과시키는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하여 간단한 공정으로 산업폐기물인 석탄재와 아미노산 폐액을 비료로 재활용할 수 있으며, 얻어진 제품은 비료효과와 토양개량효과가 우수하며, 또한 수분흡수율도 우수하여 톱밥 대용으로 사용가능하다.

Description

석탄재를 이용한 비료의 제조방법 {The Maunfacturing Method of Fertilizer Utilizing Coal Ashes}

본 발명은 비료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게로는 석탄재를 이용한 비료의 제조방법에 관한 것이다. 석탄재는 화력발전소에서 석탄을 연소시킨 후 집진기에 포집되는 폐기물로서. 매년 방대한 양이 발생되고 있다.

이러한 석탄재는 Ca, Mg, K, Fe 등과 같은 식물의 성장에 필요한 미량원소를 많이 함유하고 있기 때문에 그 자체가 토양개량제 또는 비료로 사용될 수 있다.

그러나 석탄재는 그 입자가 미세하여 비산되기 쉽기 때문에 그대로 농토에 시비하는 것은 불가능하다. 이러한 이유로 석탄재는 그 동안 비료로 본격적으로 활용되지는 못하였다.

석탄재가 비산하는 것을 방지하기 위하여는 석탄재를 응고시켜야 하는 데, 석탄재를 응고시키는 종래의 기술로는 한국특허 제 156474호(발명의 명칭 : 토양개량용 골재 및 그 제조방법)을 들 수 있다. 이 기술은 석탄재에 규산소다, 붕산 등을 첨가하여 700∼1000℃의 온도로 소성함으로써 석탄재를 경화시키는 기술이다. 얻어진 제품은 토양개량제로 사용된다.

그러나 이 기술은 석탄재를 경화시킴으로써 비산을 방지하는 효과는 충분하겠으나, 사용되는 첨가제가 비교적 고가이고, 소성온도가 비교적 높아서 연료비가 과다하게 소요되는 문제점이 있다.

생산원가가 비교적 저렴한 석탄재 재활용 기술로는 한국 공개특허 제 98-63521호(발명의 명칭 : 고로광재, 재(Fly ash)와 아미노산 폐액을 이용한 입상 복합토양)를 들 수 있다. 아미노산 폐액이라 함은 조미료(MSG, IMP, GMP) 생산공정에서 발생하는 부산물로서 아미노산 원액의 제조공정 중 글루타믹산을 정석하고 난 후의 모액(Mother liquor), 핵산조미료의 제조공정 중 핵산을 정석하고 난 후의 폐액을 포함한다.

이 기술은 석탄재와 고로광재 분말 50∼60 중량%와, 아미노산 폐액 40∼50 중량%를 혼합교반한 다음, 이를 압출기(토련기)로 밀어 내거나 입상제조기로 찍어(Briquetting)낸 후, 200∼400℃ 온도의 건조로를 통과시키는 것으로 구성된다.

이 기술은 석탄재를 경화시키기 위한 바인다로 조미료 공장에서 발생되는 또 다른 산업폐기물인 아미노산 폐액을 사용하고 건조온도가 200∼400℃로 비교적 낮아서 생산원가가 저렴할 뿐만 아니라, 얻어진 제품의 토양개량효과 및 비료효과가 우수한 장점이 있다.

그러나 이 기술은 토련기로 혼합된 재료를 가압하여 밀어내거나 로울러형의 입상제조기(Briquet)로 가압하여 찍어내는 방법에 의하여 얻어진 성형체는 성형할 때 받은 높은 압력에 의하여 매우 압착된 상태이며 이로 인하여 건조시 성형체 내부의 수분이 제대로 제거되지 아니하여 건조시간 및 건조비용이 과다하게 소요되며, 건조시간을 단축하기 위하여 건조온도를 높힐 경우에는 아미노산 폐액이 타게되어 작업환경이 오염될 뿐만 아니라 얻어진 제품의 비료효과가 저하되는 문제점이 있다.

또한 이에 의하여 제조된 제품을 축산농가에서 발생하는 축분을 발효시켜 퇴비화 하는 데 사용되는 수분조절제로 사용할 경우 지나치게 압착되어 수분흡수효과가 부족한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 생산원가가 저렴한 석탄재의 경화방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 또 다른 산업폐기물인 아미노산 폐액을 효과적으로 활용하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 작업성이 향상된 석탄재-아미노산 폐액 혼합비료의 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 축분의 퇴비화에 효과적으로 사용될 수 있는 수분조절제를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제조방법에 사용되는 회전원통형 건조기의 사시도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 적재날 2 : 회전원통형 건조기

본 발명은 석탄재-아미노산 폐액을 혼합교반하여 입상으로 제조하는 방법에 있어서, 석탄재 60∼70 중량%, 아미노산 폐액 30∼40 중량%를 혼합하고, 이 혼합물을 내부에 적재날(Bucket blade)이 형성된 내부온도 100∼200℃인 회전원통형 건조기를 통과시켜 건조시키는 것으로 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

석탄재는 아래의 표 1과 같이 Fe, Mg, Ca, K 등 식물의 성장에 필요한 미량원소를 많이 함유하고 있을 뿐만 아니라, 특히 벼의 성장에 필수적인 Si 성분을 다량 함유하고 있다. 이와 같은 석탄재가 식물의 성장을 촉진하고 토양개량효과가 좋다는 사실은 이미 잘 알려져 있다.

구 분	국내탄(무연탄%)	외국탄(유연탄%)	영월화력(%)	보령화력(%)	한솔제지(%)
SiO₂	50.0∼56.5(52.5)	46.7∼69.3(59.9)	54.26	57.78	52.42
AlO₂	30.7∼34.8(33.4)	16.7∼24.8(23.3)	31.70	24.77	31.83
FeO₃	4.3∼5.9(4.6)	3.6∼9.5(7.3)	6.72	6.05	1.23
CaO	0.5∼1.2(0.7)	1.0∼6.0(3.6)	0.84	2.82	2.51
MgO	0.6∼1.0(0.7)	0.5∼2.2(1.1)	1.17	1.16	8.15
NaO	0.4∼0.8(0.6)	0.1∼0.7(0.5)	0.42	0.74	0.95
K₂O	3.5∼5.1(4.5)	0.4∼1.3(0.8)	4.31	0.95	0.48
SO	0.1∼0.8(0.3)	0.8∼3.2(1.7)	0.47	2.94	0.71
Other	2.5∼3.1(2.8)	1.1∼2.8(2.1)	0.52	1.79	3.10

한편, 아미노산 폐액의 성분은 아래의 표 2와 같으며, 이 역시 현재 그 자체가 농축되어 비료로 사용될 정도로 식물에 유익한 성분을 많이 함유하고 있다.

〈단위 : W/V%〉

구분	액비원액	미원액비	농축원액	미원농축비	제일제당액비
pH	3.27	6.00	3.39	6.42	5.50
TS	48.30	57.42	68.52	64.95	64.0
OM	44.52	52.51	62.74	59.21	31.0
TN	4.71	5.96	6.37	7.20	5.00
AN	3.78	4.78	4.91	5.74	4.00
아미노산	3.00	3.01	5.00	5.03
P₂O₅	0.22	0.23	0.29	0.29	0.16
K₂O	1.46	1.38	1.68	1.33	1.16
CaO	0.043	0.056	0.051	0.055	0.03
MgO	0.090	0.108	0.110	0.130	0.08
FeO	0.014	0.014	0.015	0.014
비중	1.209	1.226	1.280	1.274

석탄재와 아미노산 폐액의 적절한 혼합비는 60∼70 : 30∼40 이며(중량기준), 석탄재의 사용량이 상기 범위 미만의 경우에는 혼합물이 지나치게 질게되어 혼합교반시 응기게 되는 문제점이 발생하며, 석탄재의 사용량이 상기 범위를 초과할 경우에는 성형이 잘 되지 아니하는 문제점이 발생한다.

사용되는 아미노산 폐액의 농도가 높을 경우 석탄재와 혼합교반될 때 암모니아 발생될 수 있으며, 상기 혼합물 100중량부에 대하여 망초, 석회 또는 석고분말을 1∼10중량부 첨가하게 되면 자극성 가스인 암모니아의 발생이 억제된다.

망초, 석회, 석고 등은 그 자체가 토양에 악영향을 주지 않을 뿐만 아니라, 수분흡수성도 우수하여 최종 제품의 흡수성을 향상시키는 효과도 아울러 주게 된다. 토양에 무해한 불순물을 포함한 폐망초나 폐석회도 사용가능하다.

상기 혼합물을 1∼3분간 고속 교반한 다음 교반된 혼합물을 내부에 적재날(Bucket blade)이 형성된 회전원통형 건조기에 통과시킨다.

회전하는 건조기에 투입된 혼합물은 도 1과 같이 건조기 내부에 형성된 적재날에 의하여 원통형 건조기 상부에까지 도달한 후 건조기 바닥으로 낙하하게 되며, 이 과정을 반복하게 되면 건조기의 회전에 의하여 혼합물은 자동적으로 성형됨과 동시에 입자크기가 직경 1cm 이상인 것은 모두 파괴되어 직경 0.2∼1.0cm인 균일한 과립상이 형성된다.

형성된 과립상은 내부온도가 100∼200℃인 회전원통형 건조기를 통과하게 되며, 이 과정을 통하여 성형 및 건조가 완료된다.

따라서 별도의 성형과정이 불필요하게 되며, 특히 이 과정을 통하여 얻어진 제품은 성형시 압력이 가해지지 아니하였으므로 내부 기포가 충분히 형성되어 수분흡수성이 우수하며 저온에서도 쉽게 건조된다.

원통형 건조기에 형성되는 적재날은 도 1과 같이 상하에 1개씩 형성될 수 있으나, 필요에 따라 복수개가 형성될 수도 있다. 적재날의 적절한 높이는 10∼50cm이며, 길이는 원통형 건조기 전체에 걸쳐서 형성될 수도 있으나, 일부분에 걸쳐 형성될 수도 있다.

수분흡수성을 더욱 높힐 필요성이 있는 경우에는 석탄재 대신 제지슬러지를 전체적 또는 부분적으로 대체하여 사용할 수도 있다.

제지슬러지는 펄프를 종이로 만드는 공정에서 발생되는 부산물로 섬유질이 그 주성분이다. 이를 석탄재 대신에 사용할 경우에는 흡수율이 최고 80%까지 증가된다. 제지슬러지를 사용할 경우에는 미리 수분율을 성형가능하도록 조절하는 것이 바람직하다.

제품의 강도를 높히기 위하여는 전분, CMC, 폐규산 등을 5중량% 이내 첨가할 수도 있다.

건조기를 통과한 제품은 바로 포장되어 출하될 수도 있으며, 필요에 따라 입자크기별로 선별된 다음 제품 사이로우에 적재된 후 출하될 수도 있다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

〈실시예 1〉

석탄재 100Kg과 아미노산 폐액((주) 대상 발생폐기물) 70Kg에 생석회 5Kg을 가하고 교반기에 넣고 1분간 교반한 다음, 높이 20cm인 적재날이 상하에 1개씩 5M 길이에 걸쳐 형성된 직경 2.2 M, 길이 20 M인 회전원통형 건조기에 교반된 혼합물을 투입하였다. 건조기 내부의 온도는 150℃로 유지시켰으며, 원통형 건조기가 회전함에 따라 투입된 혼합물은 과립상으로 성형되었다.

직경 1.0cm 이상의 입자는 파쇄되어 성형된 입자의 크기는 0.2∼1.0cm 였으며, 10분동안 건조기 내부에서 회전하면서 건조가 완료되었다.

얻어진 제품의 흡수율은 38%였다.

〈실시예 2〉

실시예 1 과 동일하게 시행하되, 석탄재 중 50Kg을 제지슬러지로 대체하였다. 얻어진 제품의 흡수율은 56%였다.

〈실시예 3〉

실시예 1 과 동일하게 시행하되, 석탄재 중 80 kg을 제지슬러지로 대체하였다. 얻어진 제품의 흡수율은 77%였다.

〈비교예〉

실시예 1 과 동일하게 시행하되, 아미노산 폐액의 사용량을 90Kg으로 증가시켰다. 그 결과 점성이 너무 높아서 회전원통형 건조기를 통과하면서도 파괴되지 아니하는 입자(직경 1cm 이상)가 약 30% 정도 되었으며, 얻어진 제품의 흡수율은 28%였다.

이상의 실시예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 간단한 공정으로 산업폐기물인 석탄재와 아미노산 폐액을 비료로 재활용할 수 있으며, 얻어진 제품은 비료효과와 토양개량효과가 우수하며, 또한 수분흡수율도 우수하여 톱밥 대용으로 사용가능하다.

Claims

석탄재와 아미노산 폐액을 혼합교반하여 입상으로 제조하는 방법에 있어서, 석탄재 60∼70중량%, 아미노산 폐액 30∼40중량%를 혼합하고, 이 혼합물을 내부에 적재날(Bucket blade)이 형성된 내부온도 100∼200℃인 회전원통형 건조기를 통과시키는 것을 특징으로 하는 석탄재를 이용한 비료의 제조방법.
제 1항에 있어서, 적재날의 두께는 10∼50cm인 것을 특징으로 하는 석탄재를 이용한 비료의 제조방법.
제 1항에 있어서, 석탄재가 제지슬러지로 부분적으로 대체된 것을 특징으로 하는 석탄재를 이용한 비료의 제조방법.
제 1항에 있어서, 석탄재-아미노산 폐액 혼합물 100중량부에 대하여 석회, 석고, 망초 중 선택된 1종 이상이 1∼10중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 석탄재를 이용한 비료의 제조방법.