KR20060101408A - pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점토(Al₂ O₃ ·2SiO₂ ·H₂ O)에 산화칼슘(CaO), 산화칼륨(K₂ O), 산화나트륨(NaO), 산화마그네슘(MgO), 탄소분말(C), 광물입자를 포함하는 세라믹조성물 및 이를 이용한 세라믹에 관한 것이다. 본 발명은 세라믹 정수기의 필터로 대체 가능하며 수족관, 양어장 및 양식장의 수질개선용으로 사용 할 수 있으며 식품가공업, 식음료 업체 등 각종 세라믹 제품에 사용이 가능하다.

점토, 세라믹

Description

pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼{A ceramic ball for a rise in potential for hydrogen ＆ occurrence of mineral}

수소이온농도[水素-濃度, hydrogen ion concentration]는, 수소이온지수·페하·pH라고도 한다. 수소 지수로서 나타낸다. 용액 1ℓ 속에 존재하는 수소이온의 그램이온수를 의미하며, 페하(pH)라는 기호로 표시한다. 수소이온은 매우 작은 값이므로 사용하기가 매우 불편하다. 따라서 수소이온을 간단한 값으로 표시하기 위하여 수소이온의 역수에 상용로그 값을 취하여 사용한다. 수소이온농도와 수산화이온농도의 곱은 수용액의 액성에 관계없이 항상 일정하다.

순수한 물일 경우 1기압 25℃에서 수소이온의 농도가 약 10-7그램이온인 점을 기준으로 해서 pH=log 1/[H+]=7을 중성 pH가 7보다 작을 때 이 용액은 산성이며 pH가 7보다 클 때에는 알칼리성이라고 한다. 물고기가 살고 있는 담수의 pH는 6.7∼8.6이며 사람의 경우 위액의 pH는 약 2, 혈액은 약 7.38이다. pH는 폐수처리를 할 경우 중화·응집 등 화학적 처리를 할 때 중요한 구실을 한다. pH 값을 측정하는 데는 전위차측정법 비색측정법 등이 있다.

일반적으로 pH라는 것은, 어떤 용액의 산성, 알칼리성의 정도를 나타내는 수 치이다. 수분이 없는 물질에는 pH가 존재하지 않으며 반드시 수분이 있는 물질에서만 측정하여 나타낼 수 있다.

알칼리를 형성하는 주된 원소는 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등이고, 산을 형성하는 원소는 염소, 인, 황 등이다.

현재 사용되고 있는 정수시스템에서 pH를 유지하기 위해서는 산호사(SiO2 0.20, CaO 51.9, SrO 0.49를 함유하고 있는 광물질)를 사용하고 있다. 그러나 산호사의 경우(사용량에 따라 다소 차이가 있다. / 300g 기준) pH 0.5정도 상승 시킨다.

미네랄(mineral)은 무기염류(無機鹽類), 무기질(無機質), 광물질(鑛物質) 또는 회분이라고도 부르며, 단백질, 지방, 탄수화물, 비타민과 더불어 5대 영양소의 하나이다. 인체에 있는 무기질의 총량은 체중의 대략 4％ 가량을 차지하는 소량이지만 인체 내에서 제각기 독특한 작용을 한다. 칼슘, 인, 나트륨, 염소, 칼륨, 마그네슘, 황은 체내에 비교적 많이 함유되어 있으므로 대량 무기질(macromineral)이라하고, 철분, 요오드, 망간, 구리. 아연, 크롬, 코발트, 불소, 몰리브텐, 규소, 바나듐, 니켈 등은 미량으로 존재하므로 미량무기질(micromineral)이라고 합니다. 따라서 영양학에서의 무기질은 금속뿐만 아니라 인, 염소, 황, 요오드와 불소 같은 비금속도 포함하고 있습니다.

무기질의 인체 내에서의 작용은 아래와 같이 4가지로 대별할 수 있다.

첫째, "체조직 구성 작용" 칼슘, 마그네슘과 인 등은 인체의 경조직인 뼈와 이의 구성성분으로 그 조직을 강하게 한다. 또한 무기질의 몇 종류는 인체의 연조 직의 구성 성분이기도 한다. 예를 들면 근육은 단백질로 구성되어 있는데 단백질은 황을 함유하고 있으며, 신경조직은 인을 함유하고, 갑상선에서 분비되는 호르몬인 티록신(thyroxine)에는 요오드가 함유되어 있고, 췌장에서 분비되는 호르몬인 인슈린에는 아연이 함유되어 있으며, 코발트는 비타민 의 구성성분이며, 황은 티아민(thiamin)의 구성성분이고, 철은 헤모그로빈의 구성 성분이다.

둘째, "체내 대사작용의 조절" 무기질은, 체액과 혈액에 지나치게 많은 산이나 알칼리가 축적되지 않게 산-알칼리 평형을 조절함으로써 체액과 혈액이 거의 중성(pH 7.35 ∼ 7.43)을 유지하도록 한다. 식품에서 섭취한 성분 중 알칼리를 형성하는 주된 원소는 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등이고, 산을 형성하는 원소는 염소, 인, 황 등이다. 무기질은 또한 체내 수분함량의 평형을 유지 한다.

셋째, "효소작용의 조절" 몇 가지 효소는 그 구조내에 금속 이온을 함유하고 있는데 이러한 효소를 메탈로엔자임(metalloenzyme)이라고 한다. 만일 효소에서 금속 이온을 제거하면 그 효소는 활성을 잃게 된다.

넷째, "신경 흥분의 전달" 나트륨과 칼륨은 신경이 자극을 받아 흥분했을 때 그 흥분을 뇌로 전달하는 것을 돕는다. 모든 광물질이 인체에 유익한 것은 아니다. 납, 카드뮴, 수은, 알루미늄과 비소는 극히 미량으로 인체에 필요할 수도 있지만, 그 양이 지나치면 인체에 독이다. 사람은 여러 가지 방법으로 무기질을 섭취하고 있습니다. 식염(염화나트륨), 염화마그네슘, 인산칼슘이나 황산아연 분자는 물이나 다른 액체에서 양이온과 음이온으로 이온화하는데, 이런 물질들은 보통 분자상태로 사람이 섭취한다. 또 엽록소(마그네슘의 킬레이트단)나 헤모그로빈(철분의 킬레이 트단)과 같은 물질은 거대분자에 의한 킬레이트단을 이루고 있는데 이러한 것들은 우리가 먹는 음식물의 하나로서 섭취되고 있다. 무기질은 대개 장에서 이온의 형태로 흡수되고 있다. 무기질을 섭취하는 적절한 방법으로는 무기질이 풍부한 물 각종 영양분이 많이 들어있는 식품이나 음료수 미네랄이 풍부한 뼈 국물(mineral-rich bone broths), 정제하지 않은 바다 식염, 세계 각지의 전통적인 사회에서 사용하는 방법인 소량의 고운 진흙을 더하는 방법 등을 들 수 있다.

미네랄은 유기성 또는 활성 미네랄(active mineral)과 무기성 또는 불활성 미네랄(inactive mineral)로 나누어지는데, 공기, 흙속 및 물속에 함유된 미네랄은 대부분 사람이나 동물이 소화 흡수 할 수 없는 무기 미네랄이고, 식물이나 동물 고기에 함유된 미네랄이 사람이나 동물이 소화, 흡수 할 수 있는 유기 미네랄이다. 무기 미네랄은 식물만이 필요로 하며 식물의 광합성 작용에 의해 유기 물질로 전환되지 않고는 신체 내에서 보호될 수 없다. 물속에는 유기 미네랄과 무기 미네랄이 존재하는데 인간이 필요로 하는 유기 미네랄은 전체 미네랄 성분의 1％ 밖에 들어있지 않다.

물속에 함유된 미네랄의 주요 성분은 칼슘, 칼륨, 나트륨, 염소, 마그네슘 외에 미량의 철, 망간, 구리, 요드, 불소 등이다. 이중 칼슘은 성인의 하루 필요량이 약 1g, 인은 약 0.8g, 칼륨의 경우는 2∼4g, 나트륨 2∼4g, 망간은 12∼20mg이다.

칼슘은 병적 혈액(산성)을 막아주는 가장 중요한 무기질이다 사람의 혈액이 산성화 되면 '약 알칼리성'으로 유지되기 위한 항상성 작용이 체내에서 일어나게 되는데 이때의 주역이 칼슘이다. 이 때문에 식품으로 섭취하는 칼슘 필요량이 부족할 때 골다공증이 생기고, 골절도 빈번하게 일어나게 된다. 이 때문에 식품으로 섭취하는 칼슘 필요량이 부족할 때 골다공증이 생기고, 골절도 빈번하게 일어나게 된다.

이와 같은 미네랄을 물에서 섭취하기 위해서는 칼슘의 경우 46∼57ℓ, 인은 3,3363ℓ, 칼슘은 1,000∼2,000ℓ의 물을 마셔야 한다.

그러나 인체는 하루 평균 1.5∼1.8ℓ의 물을 생리적으로 요구하기 때문에 물에서 미네랄을 섭취하기 위해 과량의 물을 마신다는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서 미네랄은 음식물에서 섭취하고, 물은 깨끗이 정수된 안전한 물을 먹어야 한다는 결론이 나온다.

일반적으로 세라믹은 고온으로 열처리하여 만든 비금속의 무기질 고체재료를 통틀어 이르는 말. 내화성이 뛰어남 [도자기·유리·시멘트 따위.] 으로 현대 공업재료 중 가장 중요한 위치를 차지한다.

컴퓨터의 기억소자 및 전자공업의 필수품인 반도체, 강유전체, 강자성체는 물론 원자력공업의 핵 특성재료, 방사선자폐재로, 항공우주공학의 특수 무기재품 등 세라믹의 용도는 매우 높다. 우리 주변의 시멘트, 유리, 범랑, 내화물, 단열재, 건축용 점토제품, 도자기 등이 고전적인 세라믹의 예의며, TV의 CRT와 유리섬유 등은 우리생활에 없어서는 안 되는 세라믹 제품들의 예이다.

이러한 세라믹은 무기물질을 주원료로 사용하는데, 가소성 재료와 비 가소성 재료 등으로 분류한다.

가소성이란 고체에 외력을 가해 탄성한계를 초과하여 변형시켰을 때, 외력을 제거해도 본디 자리로 돌아가지 않는 성질. 소성이라고도 한다. 이와 맞서는 성질이 취성이고 연성·전성은 가소성에 속한다. 가소성변형은 변형력이 탄성한계를 넘었을 때 일어나며 항복점 이상에서 심해지는데, 이것을 가소성변형의 시초로 간주한다. 결정질 재료의 가소성을 결정가소성 또는 결정 소성이라 한다. 가소성변형을 개시하는 것은 전위의 발생과 증식에 의하는 것이 보통이나 고온에서는 원자의 확산운동이나 결정입자 사이의 미끄럼에 의하는 경우도 있다. 고분자물질이나 그 밖의 것에서는 분자간의 미끄럼운동이나 분자확산운동에 의하는 경우도 있다. 특히 고분자물질에 저분자물질을 혼합하면 뚜렷한 가소성을 보이는데 이러한 저분자물질을 가소제라고 한다.

현재 상품화 되어 있는 기능성 세라믹은 게르마늄, 맥반석 등 원적외선 방사 세라믹, 세레싸이트-견운모를 가공·소성시킨 항균세라믹, 옥(玉)등 광물자체의 기능성, 음이온, 경수연화 등, 단일 세라믹으로 사용 중이다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 두 가지가 있다.

첫째는 재료를 혼합 할 때 교반기, 핀밀 등 건(乾)식으로는, 불가능하다. 반듯이 습(水)식으로 혼합해야한다.

볼밀에서 습식으로 60시간 이상 혼합을 해야 한다. 서로 다른 물질이 자연스럽게 하나의 물질로 구성하려면 오랜 시간의 교반이 필요하기 때문이다.

둘째는 소성온도이다. [표 1] 을 보면 "pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"에 사용되고 있는 재료는 서로 다른 녹는점과 끓는점을 알 수 있다.

[ 표 1 ] "pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"의 주성분의 녹는점과 끓는점의 비교

물론 5가지의 재료 중에 K₂ O의 끓는점인 774℃로 소성하면 된다.

소성온도가 낮으면 세라믹은 물속에서 빨리 분해된다. 일정한 소결온도를 유지시키지 못한 세라믹의 조직체는 설탕이나 소금처럼 빨리 분해가 된다. 다시말해, [표 1] 의 물질을 손상시키지 않는 온도에서 최대의 강도를 가지게 하는 것이다. 이렇게 함으로서 세라믹 볼이 물과의 반응시간을 1년 이상 갖도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 "pH를 상승시키고, 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"은 점토(粘土, Al2O3·2SiO2·H2O)에 칼슘(Ca), 칼륨(K), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg)을 주원료로 하고 이에 각종 첨가물을 넣어 제조하는 세라믹 볼을 의미한다.

점토 (粘土, clay)는 지름이 0.004mm 이하인 미세한 흙 입자이다.

암석이 풍화·분해되면, 주로 규소(硅素)·알루미늄과 물이 결합하여 점토광물이 이루어진다. 점토광물은 운모와 같은 구조를 가졌는데 2층 구조 또는 3층 구 조인 것도 있다. 전자는 카올린 류 후자는 몬모릴로나이트·일라이트 등이며 층 사이에 물·칼슘·철·마그네슘 등이 들어가 여러 가지 점토광물을 이룬다. 석영 SiO2 이외의 조암광물은 모두 분해하여 점토광물이 된다.

점토는 모래나 실트에 비해서 단위 무게 당 표면적이 훨씬 넓으므로 토양 중에서는 부식(腐植)과 함께 가장 활동적인 부분이며 수분 및 양분의 보유력이 강하다. 점토 함량이 높은 토양을 식토(埴土)라 한다

토양 중의 점토 부분을 이루는, 주로 2차적으로 생성된 것으로서 극히 미세한 광물 입자로 된 토상(土狀) 광물의 총칭이다. 토양이나 풍화작용을 받은 암석에서 산출되며, 화산대가 발달한 지대의 화산재 등의 퇴적물이나 퇴적암에서 산출된다. 열수작용이나 풍화작용에 의해서 쉽게 다른 광물로 변하면, 변화하는 과정에서 특이한 성질을 가진 광물을 형성한다.

주요한 점토광물로서는 카올리나이트·디카이트· 핼로이사이트 등의 카올린 계 광물, 몬모릴로나이트·벤토나이트·산성백토 등의 몬모릴로나이트계 광물, 일라이트·해록석(海綠石) 등의 운모류 이외에도 녹니석류(綠泥石類)·앨로판 등 여러 가지가 있다. 층상구조를 가지고 있으며 Si-O 사면체층과 Al-O 팔면체층의 교호 여하에 따라 1:1형, 2:1형, 혼합층형 등으로 나눈다. 또한 X선, 전자현미경, 시차열분석, 적외선분석 등의 방법으로 연구된다.

비결정질 물질은 포드졸의 B층 및 안도 토양에 많으며, 부식·수분·인산 등의 흡착력이 강하고 염기치환용량(鹽基置換容量)이 높다. 1:1형 점토광물은 주로 카올린으로 대표되며 라트솔 등 점토의 일부가 되어 풍화적인 최종산물이라 생각된 다. 염기치환용량은 낮다. 2:1형 점토광물은 팽윤성인 몬모릴로나이트형과 비팽윤성인 일라이트형으로 나누어진다. 몬모릴로나이트형은 바티솔 점토의 주성분이며 염기치환용량이 높다. 일라이트형은 함수운모(含水雲母)라고도 하여, 회갈색 포드졸 토양점토의 일부로서 풍화의 비교적 초기의 것이라 생각된다. 그 밖에 라트솔 점토의 주성분을 차지하는 수산화철 및 수산화알루미늄이 있다. 이것들은 점착성이 없고 염기치환용량도 낮다.

용도는 종류에 따라 다르지만, 도자기·시멘트·내화벽돌 등의 원료, 활마제(滑摩劑)·연마재(硏摩材)·여과재·흡착제·제지용·석유정제용 등 광범위하게 이용된다.

"pH를 상승시키고, 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"에서 사용되고 있는 점토와 지표(지구표면으로부터 10km의 평균치)의 구성과는 매우 흡사하다. "pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"에서 점토와 지표의 산화물과의 비율을 비교하면 [표2] 와 같다.

[ 표 2 ] 지표와 "pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"의 점토 비교

칼슘 (calcium)은 주기율표 제2A족에 속하는 알칼리토금속 원소이다. 원소기호 Ca, 원자번호 20, 원자량 40.078, 녹는점 850℃, 끓는점 1440℃, 비중은 1.55 이다. 석회를 뜻하는 라틴어 'calx'를 따서 명명되었다. 홑원소금속[單體金屬]은 1808년 영국의 H.데이비가 염화칼슘을 융해전해(融解電解)시켜 처음으로 얻었다. 반응성이 크며 유리상태(遊離狀態)에서는 자연계에 존재하지 않으나 화합물로서 지구상에 광범위하게 다량으로 분포해 있다. 탄산염 CaCO3(석회석·대리석·고회석·방해석 등)·황산염 CaSO4(석고 등)·플루오르화물 CaF2(형석)·규산염(사장석·규회석 등)·인산염(인회석) 등으로 존재한다. 또한 동물체에는 주로 인산과 결합하여 뼈·이[

] 등에 함유되어 있으며, 그 밖에 생리작용에도 관여한다. 사람은 하루에 0.8g 정도 섭취하면 충분하다. 섭취하는 칼슘의 형태에 따라 이용도가 다른데 인산삼석회나 옥살산[蓚酸] 칼슘 등 물에 녹지 않는 것은 이용도가 적은 것으로 알려져 있지만 흰쥐에 대한 실험에서 그와 같은 차이는 인정되지 않았으며, 이 점에 관해서는 정설이 없다. 단, 시금치의 옥살산이나 곡류의 피트산은 흡수가 안 되는 경향이 있는 것으로 알려져 있다. 영양으로서의 주공급원은 유럽·미국 등에서는 우유·유제품(乳製品)이며, 이것만으로도 위에서 말한 양의 1/3∼1/2 정도는 보급되지만, 한국의 경우는 생선의 작은 뼈나 녹엽(綠葉) 등을 주요 보급원으로 하고 있기 때문에 하루의 섭취랑은 0.5g 정도에 머물고 있다. 특히 임신했을 때나 수유기(授乳期)에는 칼슘제를 복용하는 것이 바람직하다. 또한, 비타민 D는 칼슘의 흡수를 돕는 것으로 알려져 있다. 칼슘은, 은백색의 부드러운 금속으로, 납보다는 약간 더 단단하며, 전성(展性)·연성(延性)이 풍부하여 얇은 판이나 막대 등으로 가공하기 쉽다. 불꽃반응은 등적색이다. 공기 중에 방치하면 표면에 산화물의 피막을 생성한다. 그러나, 오래 두면 습기를 흡수하여 서서히 수산화물에서 탄산염이 된다. 산소·질소·수소와 300℃ 이상에서 반응하여 각각의 화합물을 만든다. 플루오르와는 상온에서, 다른 할로겐이나 인·황·셀렌 등과는 고온에서 반응하고, 탄소·규소·붕소 등과도 반응한다. 물과는 상온에서 반응하여 수소를 발생하지만 가열하면 격릴히 반응한다. 산에는 상온에서도 격렬히 반응하여 녹지만, 암모니아와는 상온에서 반응하지 않는다. 수은과는 아말감을 만들며, 많은 유기화합물을 환원시킨다.

비교적 녹는점이 높고 증발하기 어렵기 때문에 구리·알루미늄·니켈·크롬 등 많은 금속 및 합금의 탈산제·탈황제로 사용된다. 또 금속제련에서는 강한 친화력을 이용하여 우라늄·바나듐·티탄 등 난환원성(難選元性) 금속의 산화물·할로겐화물 등의 환원제로 사용된다. 또한 나트륨으로 활성시키면 질소와 결합하기 쉽게 되므로 아르곤·헬륨 등의 희유가스의 정제에 사용된다.

칼륨 (potassium)은 주기율표 제1A족에 속하는 금속원소이다. 원소기호 K, 원자번호 19, 원자량 39.0983, 녹는점 63.5℃, 끓는점 774℃, 비중은 0.86(20℃)이다. 1807년 영국의 화학자 H.데이비가 수산화칼륨 KOH를 융해하여 전기분해에 의해 최초로 금속칼륨을 얻었다. 식물의 재를 우려낸 물에서 탄산칼륨이 얻어진다는 사실은 예부터 알려져 있었으며 이 조작이 쇠로 만든 항아리에서 행해졌기 때문에 항아리(pot)와 재(ashes)로부터 탄산칼륨을 'potashes'라 불렀다. 이 탄산칼륨에서 수산화칼륨을 얻었기 때문에 포타슘이라는 이름이 유래되었다. 또, 칼륨이라는 명칭은 아라비아어인 'kaljan(재)' 또는 'kal(가벼운)'에서 유래한다고도 한다. 홑원소물질[單體]은 매우 부드러운 은백색 금속이며 나트륨보다는 약간 단단하다. 구조는 체심입방격자(體心立力格子)이며 불꽃반응은 옅은 보라색이다. 화학적 성질은 나트륨과 비슷하나 한층 활발하고, 공기 중에서는 곧 산화되므로 석유 속에 보존한다. 상온에서 물과 격렬하게 반응하여 수소를 발생한다. 수은과는 아말감을 잘만든다. 양성(陽性)이 극히 강한 금속으로, 화합물은 모두 +1가이고, 대부분 물에 잘 녹는다. 수산화칼륨 또는 염화칼륨과 탄산칼륨의 융해염을 전기분해하면 생긴다. 나트륨에 비해서 수요가 적으므로 생산 규모는 작다. 나트륨보다 반응성이 크고 값이 비싸기 때문에 나트륨만큼 사용되지는 않았지만, 원자로의 냉각제로 사용되는 합금 고온온도계 등에 사용되고 있다.

나트륨(sodium)은 주기율표 제1족에 속하는 알칼리금속원소의 하나이다. 원소기호 Na, 원자번호 11, 원자량 22.9898, 녹는점 97.90℃, 끓는점 877.50℃, 비중은 0.971(20℃)이다. 1807년 영국의 화학자 H.데이비에 의해 처음으로 금속으로서 단리(單離)되었다. 데이비는 칼륨을 석출한 며칠 후에 수산화나트륨으로부터 융해염전해(融解鹽電解)에 의해 이 원소를 단리시키고 소듐이라 명명하였다. 1890년에는 H.Y.캐스트너가 공업적 제조법을 발견하는데 성공하였다. 이 원소의 명칭은 광물성 알칼리를 뜻하는 라틴어 'nitrum', 'solida'에서 유래한다고도 하며 또 탄산나트륨(탄산소다)의 옛 이름인 'natron', 'soda'에 기원한다고도 한다. 은백색의 무른 금속으로서 칼로 자를 수도 있고 작은 구멍으로 뽑아 내어 철사로 만들 수도 있다. 굳기 0.4이다. 새로운 면은 금속광택을 가지지만, 공기와 접촉하면 즉시 산화하여 광택을 잃는다. 화학적으로 매우 활발하여 녹는점 이상으로 가열하면 연소하여 불꽃을 낸다. 할로겐·산소 등과 격렬하게 반응하고, 수소와도 화합물을 만든다. 또 물과도 격렬하게 반응하여 수소를 발생하며 상온에서는 반응열로 해서 나트륨의 작은 조각은 구상(球狀)으로 되어 수면 위를 돌아다니며 수산화나트륨을 만든다. 따라서 보관할 때는 석유 속에 넣어 둔다. 염류(鹽類)는 일반적으로 물에 잘 녹는다. 녹는점이 낮고 열중성자(熱中性子) 흡수단면적이 작으므로 단독 또는 칼륨과의 합금으로 원자로의 냉각재로 사용된다. 또 각종 금속제련의 환원제(還元劑)로 쓰이는 외에 아말감으로서 각종 환원제·합금·촉매로도 사용된다.

마그네슘(magnesium)은 주기율표 제2A족에 속하는 알칼리토금속이다. 원소기호 Mg ,원자번호 12 ,원자량 24.3050, 녹는점 650℃ ,끓는점 1100℃, 비중은 1.74이다. 1808년 영국의 화학자 H.데이비가 발견하였다. 마그네시아알바를 금속칼륨으로 환원시켜 소량의 금속을 얻은 데서 마그네시아의 이름을 따서 명명되었다. 마그네시아라는 이름은 고대 소아시아의 왕국인 리디아의 도읍 마그네시아에서 유래되 었다. 자연계에 유리(遊離)상태로는 산출되지 않지만 탄산염·황산염·규산염 등으로 지구상에 널리 그리고 다량으로 존재하며, 지각(地殼) 내의 존재량은 나트륨·칼륨에 이어 제8위다. 클라크수 1.93이다. 주요 광석은 마그네사이트·카널라이트·돌로마이트·활석·사문석·석면 등이며, 이 밖에 휘석·각섬석 등에도 함유되어 있다. 또 가용성 염류(可溶性 鹽類)로서 바닷물·광천(鑛泉) 등에도 함유되어 있으며 식물의 엽록소 속에는 클로로필(마그네슘의 킬레이트화합물)로서 함유되어 있다. 또한, 동물의 생리에서도 중요한 역할을 한다. 마그네슘은 은백색의 가벼운 금속으로 연성(延性)이 있어 얇은 박(箔)이나 가는 철사로 만들 수 있다. 굳기 2.6이다. 가공 및 융해는 융제(融劑)로 표면을 덮어 산화를 방지한 다음 행한다. 실온의 건조한 공기 속에서는 변하지 않는데, 그것은 산화마그네슘의 얇은 막이 산화의 진행을 방지하기 때문이다. 습한 공기 중에서는 광택이 서서히 흐려진다. 적열(赤熱) 상태에서는 일산화탄소·이산화탄소·아황산가스·산화질소 등을 환원한다. 그리고 더 가열하면 빛을 내면서 연소하여 산화물이 된다. 염소와 격렬하게 화합하고, 또 그 밖의 할로겐·황·인·비소나 금속원소 등과도 화합한다. 가열하면 질소와 반응하여 질소화합물을 만든다. 분말을 물속에서 끓이면 수산화마그네슘과 수소를 발생한다. 산에는 쉽게 녹으며 이 경우에도 수소를 발생하여 염이 되지만, 알칼리에는 녹지 않는다. 염화암모늄 수용액에는 녹는다. 마그네슘리본 또는 마그네슘분말로서 카메라 플래시램프·게터·단열재 등에 사용되는 것은 잘 알려진 사실이다. 또 티탄·지르코늄·베릴륨 등의 순금속 제조용 환원제 전기방식(電氣防蝕) 등에도 쓰이고 그리냐르시약으로도 쓰인다. 마그네슘·알루미늄·아연·망간계합금 외에, 토륨 ·희토류원소를 함유하는 마그네슘·아연 지르코늄계의 새로운 합금도 등장하여 뛰어난 가소성, 가볍고 강도를 가진 구조재(構造材)로서 수요가 크다. 항공기를 비롯하여 각종 수송기계, 방적 광학기계 등에도 사용된다.

상기한 5가지 화합물을 주성분으로 하고 이에 각종 첨가제를 삽입하여 다공질의 "pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"을 제조한다.

첨가제로는 탄소분말이나, 광물을 파쇄하여 만든 광물 세립질 입자를 내입하면 흡착하는 효율이 증진되어 정수능력이 향상된다.

광물입자는 단면적이 넓어 흡착력이 높아지므로 세균이나 바이러스 뜨는 각종 이물질을 빠른 속도로 흡착시킨다.

이를 도표로 구성하여 보면 [표 3] 과 같다.

[ 표 3 ] "pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"의 조성비

상기한 구성비는 실험을 통하여 가장 적합한 황금비를 찾아낸 결과이다. 입자의 크기는 모두 0.35mm(350메쉬)이하의 고운 정제입자이며 분말형태로 혼합 제조 한다.

이렇게 제조하여 만든 혼합물에 가소성첨가제를 적당량 혼합하여 건조·소성, 가공하여 "pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"을 완성한다.

소성(燒成, firing) 가공이란 조합(調合)된 원료를 가열하여 경화성물질(硬化性物質)을 만드는 조작을 의미한다. "pH를 상승시키고, 미네랄을 용출하는 세라믹 볼" 을 완성하기 위하여 700∼1,100℃에서 소성하도록 한다.

"pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"의 제조과정을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 1단계로 위에 상술한 [표3] 의 배합비율에 따라 원료들을 혼합한다.

2단계로 혼합된 원료에 가소성(可塑性)을 높이기 위하여 보조 재료를 적당량 투입하여 반죽한다. 3단계로 반죽된 점토로 볼형(타원, 다각형까지 포함)기물을 만든다. 이때, 다공(多孔)을 만들어준다. 4단계로 성형된 기물을 건조하여 700∼1,100℃에서 소성 가공한다.

소성한 "pH를 상승시키고, 미네랄을 용출하는 세라믹 볼" 을 정수기 필터에 장착하면 수돗물을 통과 시킨다. "pH를 상승시키고, 미네랄을 용출하는 세라믹 볼" 필터를 통과하면서 물은 정수가 되고 동시에 세라믹 내의 미네랄 들이 물에 용출되어 정수된 최종 미네랄 함량이 많은 알칼리수가 되는 것이다. 다시 말해 액체는 다각형 세라믹의 표면을 지나치면서 유해한 물질은 세라믹 볼의 표면에 흡착되고 미네랄은 물속에서 녹아서 정수가 이루어지는 구조인 것이다.

본 발명은 무기 미네랄을 세라믹 볼로 만들어서 정수기 필터에 장착하여 물속에 일정한 미네랄을 용출시켜서 pH 8.5를 유지하며 인체에 부족한 미네랄을 물로서 섭취하는 방법이다. 상술한 방법으로 제조한 "pH를 상승시키고 미네랄을 용출하는 세라믹 볼"은 물을 알칼리화 시키고 물 분자의 산화 / 환원 능력을 증가시고 미네랄을 물속으로 용출시킴으로서 동식물의 주요성분인 물 분자의 침투력을 향상시킴으로서 소화촉진 및 각종 성인병으로 부터 자연치유능력을 갖도록 하는 특성을 나타낸다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허등록청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (2)

1. 점토에 산화칼슘(CaO), 산화칼륨(K₂ O), 탄산나트륨(Na₂ CO₃ ), 산화마그네슘(MgO)을 주원료로 하고 이에 각종 첨가물을 넣어 [표 4] 와 같은 조성비로 만들어 성형한 다공성을 갖는 세라믹.

   [표 4]

   
2. 제 1항의 조성물로 제조되고 직경이 2∼7mm이고 다공질을 특징으로 하는 세라믹.