KR20130142398A - 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 질석과 흑운모에 질산을 투입하여 산분해시켜 얻어지는 미네랄추출액을 포함하며, 황산마그네슘, 황산망간, 황산구리, 몰리브덴 암모늄 중 어느 하나 이상으로 조성되는 이온화물질이 물에 순차적으로 용해되어 이온화하여 얻어지는 이온활성화물질; 및 물에 순차적으로 용해되어 이온화되며, 제1인산칼륨, 황산마그네슘, 질산칼슘, 질산암모늄, 요소, 붕사 중 어느 하나 이상으로 조성되는 복합비료원료물질을 포함하는 것을 특징으로 하는이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 미네랄원료물질을 분해시킬 때 질산을 선택하여 사용함으로써 질소원의 함량비가 높으며, 비료원으로서 양이온의 함량비가 높아 시비를 하였을 때 식물의 생장을 현저히 촉진시켜 시비효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라 토양개질에 도움이 되는 친환경적이라는 장점이 있다.

Description

이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물 및 그 제조방법{COMPOSITE FERTILIZER INCLUDING ION ACTIVATION COMPOSITE AND MAKING PROCESS THEREOF}

본 발명은 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 질석과 흑운모에 질산을 투입하여 산분해시켜 얻어지는 미네랄추출액을 포함하며, 황산마그네슘, 황산망간, 황산구리, 몰리브덴 암모늄 중 어느 하나 이상으로 조성되는 이온화물질이 물에 순차적으로 용해되어 이온화하여 얻어지는 이온활성화물질; 및 물에 순차적으로 용해되어 이온화되며, 제1인산칼륨, 황산마그네슘, 질산칼슘, 질산암모늄, 요소, 붕사 중 어느 하나 이상으로 조성되는 복합비료원료물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

토양 중의 미네랄은 눈, 비와 같은 기상현상에 의한 용탈, 세탈 등으로 지하수 및 하천에 의해 유실되고, 한정된 장소에서의 지속적인 작물재배에 의하여 고갈되어 시간이 갈수록 농작물의 수확량과 영양함량은 점점 떨어지게 된다. 이중에서 미량 미네랄 요소는 식물체가 요구하는 양이 극히 미량이긴 하지만 어느 한 성분이라도 균형이 깨지거나 상당량 결핍되면 농작물의 생리장애 현상을 일으키고, 이러한 생리장애는 쉽게 회복되지 않아 결과적으로 식물생장저해에 따른 막대한 경제적 손실을 입힌다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 토양중에서 유실 및 고갈된 미네랄을 인위적으로 보충하게 되는데 이러한 물질을 비료라고 일컫는다.

근래 화학비료의 발달로 인해 농가에서는 논, 밭 또는 비닐하우스 등의 작물재배지에 일반적으로 화학비료를 이용하고 있다. 그러나 화학비료의 경우 농작물의 생산량을 증대시키는 장점이 있으나, 토양 산성화를 초래하고 장기간 사용할 경우에는 지력을 약화시키는 등의 문제점을 일으키게 된다.

이러한 화학 비료의 문제점을 개선하기 위해 유기질 비료 시비가 권장되고 있으나, 유기질 비료의 경우 생산 과정이 번거롭고 시비에 많은 노동력을 필요로 하므로, 일반 농가에서는 주로 제품화되어 판매되고 있는 유기질퇴비를 사용하고 있다.

유기질 퇴비 제조회사는 주로 톱밥을 이용한 미발효 퇴비를 제조 판매하고 있으며, 상기 미발효 퇴비는 시비 후 발생되는 암모니아 등의 가스로 인해 많은 악취가 발생되고, 작물이 생장하지 못하는 문제점 등으로 인하여 농가에서는 상기 제조판매되는 유기질 퇴비의 사용을 기피하는 실정이다. 한편, 근래에 들어 축산분뇨에 연탄재, 톱밥 등을 혼합하고 발효하여 유기질 비료를 제조하여 판매하고 있으나, 상기 축산분뇨를 이용한 유기질 비료의 경우 살포시 악취가 발생되며 다량의 유기질은 공급될 수 있으나, 미네랄 공급이 여전히 부족하게 되어 식물 성장에 필요한 각종 성분들의 효율적인 흡수가 일어날 수 없는 문제점이 있었다.

한편, 식물은 리비히의 최소량의 법칙에 의해 자신이 흡수할 수 있는 모든 원소 중에서 가장 소량의 원소를 기준으로 하여 여러가지 원소들을 흡수하게 되는데, 여기서 미량 요소인 미네랄 성분이 모자랄 경우, 질소, 인, 칼륨 등의 성분을 포함하는 유기질 비료가 많이 공급되어도 토양의 산성화만 촉진시킬 뿐, 성장에 필수적인 각종 성분들의 효율적인 흡수가 일어날 수 없으므로, 식물의 생장을 위해서는 유기 성분 이외에 미네랄 성분의 지속적인 주입이 필요하다.

현재 농업 및 원예 분야에서는 이러한 미네랄 성분을 효과적으로 제공할 수 있는 비료에 관한 연구가 널리 이루어지고 있는 상황이며, 상기와 같이 식물에 공급되기 위한 미네랄 성분은 규산염 등의 단일염이 주로 이용되며, 통상 이들을 수용화하여 사용하고 있었다. 그런데 이러한 단일염을 혼합하여 식물에게 필요한 여러 가지 혼합 미네랄을 제조할 경우 응집, 침전 등의 반응으로 인해 제조에 어려운 문제점이 있을 뿐만 아니라, 또한, 화학적으로 제조된 단일염을 혼합하여 미네랄 성분을 제조할 경우, 식물에 필요한 다양한 미네랄 성분을 포함하도록 제조하는 것이 매우 곤란한 문제점이 있으며, 더욱이 화학적으로 제조된 미네랄 성분의 경우 토양에 축적시 단일 성분이 토양 내에 농축되어 식물에 바람직하지 못한 영향을 미칠 수 있는 문제점이 있었다.

상술한 것과 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국특허등록 제1021303호에서는 천연미네랄 성분을 포함하는 기능성 비료조성물을 제안하였으나, 기능성 비료조성물의 제조과정 중에 이온화된 양이온과 음이온들간의 반응을 방지하여 이온화상태를 유지할 수 있도록 하는 방안에 대해서는 제시된 바가 없었다.

아울러, 미네랄 광물질을 질산으로 분해하는 방법에 대해서는 대한민국특허공개 제2009-0118175호에서 제안된 바는 있으나, 이를 활용하여 구체적으로 기능성 복합비료를 제조하는 방법 및 그 조성물에 대해서는 구체적으로 제안이 된 바가 없었다.

본 발명은 상술한 것과 같은 문제점 및 한계점을 극복하기 위하여 안출된 것으로서,

본 발명은 미네랄원료물질을 분해시킬 때 질산을 선택하여 사용함으로써 복합비료조성물에 있어 질소원의 함량비를 높여 시비효과를 높일 수 있는 복합비료조성물 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

또한 본 발명은 질산분해를 통해 얻어진 미네랄추출액을 포함하는 이온활성화물질을 포함시킴과 동시에 복합비료원료물질을 순차적으로 물에 용해시킴으로써 물에 녹아 이온화된 상태에 있는 비료의 주요성분들로 작용하는 양이온들이 최대한 많이 복합비료조성물에 포함될 수 있는 복합비료조성물 및 그 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

아울러, 본 발명은 비료를 시비하였을 때 식물의 생장을 현저히 촉진시킬 수 있으며 식물의 생장력 증진을 돕고 토양개질에 도움이 되는 친환경적인 복합비료조성물 및 그 제조방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 과제의 해결수단을 제공한다.

본 발명에 의한 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물은,

질석과 흑운모에 질산을 투입하여 산분해시켜 얻어지는 미네랄추출액을 포함하며, 황산마그네슘, 황산망간, 황산구리, 몰리브덴 암모늄 중 어느 하나 이상으로 조성되는 이온화물질이 물에 순차적으로 용해되어 이온화하여 얻어지는 이온활성화물질; 및 물에 순차적으로 용해되어 이온화되며, 제1인산칼륨, 황산마그네슘, 질산칼슘, 질산암모늄, 요소, 붕사 중 어느 하나 이상으로 조성되는 복합비료원료물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 다양한 복합비료원료물질을 복합비료조성물의 구성요소로 포함시킴으로써 다양한 양이온들이 복합비료조성물에 이온상태로 포함되도록 하여 식물의 생장을 촉진시키고 시비효과를 극대화 할 수 있도록 하였다.

이때, 상기 이온활성화물질은 미네랄 추출액 16~20중량%, 물 45~50중량% 및 이온화물질 33~36중량%의 비율로 조성되는 것이 바람직한데, 이때 사용되는 이온화물질은 황산마그네슘 32~35중량%, 황산망간 26~30중량%, 황산구리 32~35중량%, 몰리브덴 암모늄 3~4중량%로 조성되는 것이 좋다.

한편, 본 발명에 의한 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물은 이온활성화물질 0.5~1중량%, 물 50~52중량%, 복합비료원료물질 46~50중량%의 비율로 조성되는 것이 바람직하다.

이는 시비를 하였을 때 시비효과를 극대화할 수 있도록 하기 위함이며, 복합비료조성물을 제조할 때 포함되는 복합비료원료물질이 물에 용해되어 이온화 상태로 유지시킬 수 있도록 하여 복합비료조성물에 비료원으로서 역할을 하는 양이온들이 최대한 많이 함유될 수 있도록 하기 위함이다.

아울러, 본 발명의 구성요소 중 하나인 상기 복합비료원료물질은 제1인산칼륨 27~29중량%, 황산마그네슘 20~22중량%, 질산칼슘 9~10중량%, 질산암모늄 22~24중량%, 요소 16~17중량%, 붕사 1~2중량%의 비율로 조성되는 것이 바람직하다.

이는, 리비히의 법칙에 따라 식물 생장에 최적의 조건을 만들어주는 비료조성물을 제조하여 공급하기 위한 것으로서 어느 특정 성분이 부족하여 전체적으로 식물의 생장성 및 시비효과가 떨어지는 것을 방지하기 위하여 상술한 것과 같은 복합비료원료물질의 혼합중량비를 한정하였다.

본 발명의 다른 관점인 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법은, 증류수에 황산마그네슘, 황산망간, 황산구리, 몰레브덴산암모늄을 순차적으로 용해하여 이온화시킨 후에 질석과 흑운모를 혼합하여 분쇄한 미네랄원료물질에 질산을 투여하여 산분해시켜 얻어지는 미네랄추출액을 혼합하여 반응을 시킨 후 일정시간 동안 방치하는 것을 1회 이상 반복하여 이온활성화물질을 제조하는 이온활성화물질준비단계; 증류수에 제1인산칼륨을 투입하고 이후 다시 증류수를 추가적으로 투입하여 이온화반응을 시키는 제1인산칼륨이온화단계; 제1일인산칼륨이 이온화된 용액에 황산마그네슘을 투입하여 반응시켜 이온화시키는 황산마그네슘이온화단계; 황산마그네슘이 추가적으로 이온화된 용액에 질산칼륨을 투입하고 이후 다시 증류수를 추가적으로 투입하여 이온화반응을 시키는 질산칼륨이온화단계; 질산칼륨이 추가적으로 이온화된 용액에 질산암모늄을 투입하고 이후 다시 증류수를 추가적으로 투입하여 이온화반응을 시키는 질산암모늄이온화단계; 질산암모늄이 추가적으로 이온화된 용액에 요소를 투입하여 반응시켜 이온화시키는 요소이온화단계; 요소가 추가적으로 이온화된 용액에 붕사를 투입하여 반응시켜 이온화시키는 붕사이온화단계; 상기 붕사가 추가적으로 이온화된 용액에 황산아연을 투입하여 반응시켜 이온화시키는 황산아연이온화단계; 상기 황산아연이 추가적으로 이온화된 용액에 상기 이온활성화물질준비단계에서 얻어진 이온활성화물질을 투입하여 혼합한 후 일정시간 동안 반응시키는 이온활성화물질혼합단계; 및 이온활성화물질이 혼합되어 제조된 복합비료조성물을 용기에 저장한 후에 일정기간 동안 수회 교반하여 숙성시키는 숙성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이렇게 복합비료원료물질을 순차적으로 증류수에 용해시켜 이온화 하는 반응이 단계적으로 일어나도록 함으로써 이온들간의 반응성을 최저로 하여 염이 발생되거나 침전물이 생성되는 것을 억제함으로써 이온 상태로 존재하는 양이온의 함량비율을 높일 수 있기 때문이다.

이때, 상기 각 단계에서 사용되는 증류수의 온도는 50~70℃인 것이 좋은데, 이는 각각의 복합비료원료물질들이 증류수에 최대한 빠른 시간 내에 이온화 시킬 수 있도록 하기 위한 온도이기 때문이다.

또한, 각각의 복합비료원료물질들이 증류수에 이온화될 수 있도록 하기 위하여 상기 각 단계에서 이온화반응을 일으키도록 하는 반응시간은 5~10분으로 하는 것이 바람직하다. 5분 미만으로 반응시키면 각 원료물질들이 물에 충분히 용해되어 이온화되지 못하며, 10분을 초과하는 경우에는 복합비료제조과정에 많은 시간이 소요되어 생산성이 떨어지고 증류수의 온도를 상기 온도범위에서 유지시키기 힘들기 때문이다.

아울러, 양이온화된 상태를 유지하면서도 각각의 양이온 성분들이 갖고 있는 독성을 점진적으로 제거하도록 하기 위하여, 상기 숙성단계에서는 이온활성화물질이 혼합되어 제조된 복합비료조성물을 용기에 저장한 후에 익일부터 3주 동안 매일 3회씩 1~2분이상 교반하여 숙성시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 구성단계 중 상기 이온활성화물질준비단계는,

질산과 흑운모의 혼합물을 분쇄한 후 이에 질산을 투입하여 산분해시켜 얻어진 산분해조성물 중에 침전물을 제외한 상등액만을 분리 채취하는 미네랄추출액준비단계; 물에 황산마그네슘을 투여하여 일정 시간동안 용해시키는 황산마그네슘용해단계; 황산마그네슘이 용해된 용해액에 황산망간을 투여하여 일정 시간동안 용해시키는 황산망간용해단계; 황산망간이 추가적으로 용해된 용해액에 황산구리를 일정 시간동안 용해시키는 황산구리용해단계; 황산구리가 추가적으로 용해된 용해액에 몰리브덴 암모늄을 일정 시간동안 추가적으로 용해시키는 몰리브덴 암모늄용해단계; 몰리브데산암모늄이 추가적으로 용해된 용해액에 상기 미네랄추출액준비단계에서 채취한 미네랄추출액을 투여하여 일정 시간 동안 혼합하여 반응시키는 미네랄추출액혼합단계; 및 미네랄 추출액이 혼합된 혼합물을 일정시간 동안 방치한 후 추가적으로 교반하여 충분히 혼합을 시킨 후 다시 일정시간 방치하여 두는 안정화단계;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 이온활성화물질을 미리 준비하는 과정에서도 이온활성화를 높일 수 있도록 하고 추후 용해되어 이온화되는 복합비료원료물질들의 이온화 상태를 유지할 수 있도록 하기 위하여 질산분해를 통해 얻어지는 미네랄 추출액에 황산마그네슘, 황산망간, 황산구리, 몰리브덴 암모늄을 차례대로 순차적으로 용해시키도록 하는 것이 좋다.

이때, 이온활성화를 높이고 이온활성화물질준비단계에서 발생할 수 있는 염 생성이나 침전물 발생을 미연에 방지하도록 하기 위하여 상기 황산마그네슘용해단계, 황산망간용해단계, 황산구리용해단계, 몰리브덴 암모늄용해단계에서는 각각 5~10분 동안 용해시키며, 상기 미네랄추출액혼합단계에서는 미네랄 추출액을 혼합한 후 1~3시간 동안 혼합시키는 것이 바람직하며, 상기 안정화단계에서 방치하는 시간은 20~28시간인 것이 좋다. 이는 미네랄 추출액을 추후 혼합시킬 때에는 급격하게 양이온과 음이온들이 반응을 할 수 있기 때문에 최대한 활성화를 억제하기 위하여 1~3시간 동안 천천히 혼합하는 것이 좋기 때문이며, 안정화단계에서도 충분히 반응성이 떨어질 수 있도록 방치하기 위하여 하루 정도 방치하여 두는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 구성단계 중 하나인 미네랄추출액준비단계는, 질석과 흑운모를 혼합한 후 이를 일정한 크기로 분쇄하는 미네랄원료혼합분쇄단계; 분쇄된 미네랄원료 혼합물에 일정한 농도의 질산을 투여하여 분해반응시키는 1차산분해단계; 상기 1차산분해단계를 거친 산분해조성물을 일정시간 동안 방치하여 안정화시키는 1차산분해안정화단계; 및 산분해안정화단계를 거친 산분해조성물에 다시 일정한 농도의 질산을 투여하여 분해반응시키는 2차산분해단계; 상기 2차산분해단계를 거친 산분해조성물을 일정시간 동안 다시 방치하여 안정화시키는 2차산분해안정화단계; 및 상기 2차산분해안정화단계를 거친 산분해조성물에서 침전물과 상등액을 분리한 후 상등액만을 분리채취하는 상등액분리채취단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 미네랄원료혼합분쇄단계에서는 질석과 흑운모의 혼합 중량비는 4:1이며, 분쇄된 질석과 흑운모의 입자 크기는 0.1~1mm인 것이 바람직하다. 이는 질산으로 산분해를 시킬 때에 미네랄 추출을 최대한으로 하기 위함이며, 산분해가 잘 일어나도록 하기 위하여 미네랄원료물질인 질석과 흑운모를 혼합한 후 이를 미세한 크기로 분쇄한 후에 질산을 투여하는 것이 바람직하다.

한편, 질산의 폭발 위험성 및 산분해가 급속하게 이루어질 수 있으므로, 상기 1차산분해단계 및 2차산분해단계에서 사용되는 질산의 농도는 15~25%농도이며, 상기 1차산분해단계에서는 3~5시간 동안 산분해반응을 시키며, 2차산분해단계에서는 1~3시간 동안 산분해반응을 시키는 것이 바람직하다.

따라서, 황산과는 달리 질산을 사용할 때에는 취급상 주의를 요하므로 미리 증류수에 질산을 혼합하여 농도를 15~25%농도로 맞춰두는 것이 좋다. 또한, 질산을 투여하였을 때 급속한 산분해 반응이 일어나는 것을 조절하기 위하여 산분해 반응시간을 오래 두는 것이 바람직하고, 산분해 이후에는 각각 상기 1차산분해안정화단계에서는 24시간 동안 방치시키고, 상기 2차산분해안정화단계에서는 48시간 동안 방치시켜 화학적으로 안정화시키는 것이 필요하다.

본 발명에 의한 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물은 미네랄원료물질을 분해시킬 때 질산을 선택하여 사용함으로써 질소원의 함량비가 높으며, 비료원으로서 양이온의 함량비가 높아 시비를 하였을 때 식물의 생장을 현저히 촉진시켜 시비효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라 토양개질에 도움이 되는 친환경적인 복합비료조성물이라는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 다른 관점인 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법은 질산분해를 통해 얻어진 미네랄추출액을 포함하는 이온활성화물질을 포함시킴과 동시에 복합비료원료물질을 순차적으로 물에 용해시킴으로써 물에 녹아 이온화된 상태에 있는 비료의 주요성분들로 작용하는 양이온들이 최대한 많이 포함되어 있는 복합비료조성물을 제조할 수 있도록 한다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 전체적인 제조공정을 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 전체적인 제조공정을 도시한 것이다.

<실시예 1>

1. 질산분해를 통한 미네랄추출액 제조

질석과 흑운모를 4:1의 중량비로 배합한 후 이를 다시 로드밀을 이용하여 입자의 크기가 0.5mm가 되도록 분쇄한다. 이후 20%농도로 물에 희석된 질산액을 투여하여 4시간을 진탕시켜 1차산분해를 한 후 24시간 방치하고. 다시 질산액을 투입하여 2시간을 진탕시켜 2차산분해를 한 후 48시간을 다시 방치를 하였다. 이후 침전된 내용물을 제외한 상등액을 채취하여 미네랄 추출액을 얻는다.

질석은 운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 광물로서 버미큘라이트라고도 한다. 질석의 색깔은 회백색 또는 갈색이며, 산에 쉽게 분해되고 양이온 교환능력이 크며 가열하면 팽창하는 성질을 가진다. 상기 질석의 화학성분은 CMg, Fe^{3 +}, Al₃(Al,Si)₄O₁₀(OH)₂4H₂O로서, 알루미늄마그네슘철의 수산화규산염으로 구성된 점토광물이므로, 산분해하면 질석과 흑운모의 구성성분 중 알루미늄, 마그네슘, 철, 규소 등의 미네랄 성분을 용액상태로 추출할 수 있다.

질산을 사용하여 산분해를 시켜 미네랄추출액을 얻는 경우에는 미네랄 추출 액 중에 포함된 미네랄 성분비가 높아 황산을 이용한 산분해에 비해 농도가 높다는 장점이 있다. 농도가 높은지 여부는 색상 비교를 통한 관능검사로서 확인할 수 있다. 또한, 비료의 주성분의 하나로서 식물생장에 다량 필요한 질소성분을 늘려준다는 장점이 있다. 아울러 수증기를 이용할 필요가 없이 상대적으로 낮은 온도에서 산분해를 통한 미네랄 추출액을 추출하는 것이 수월하다는 장점이 있다.

2. 이온활성화물질의 제조

(1) 미네랄추출액준비단계

이온활성화물질을 제조하여 준비하는 단계에서는 상기 미네랄추출액준비단계에서 제조되어 준비된 미네랄 추출액을 함께 포함시켜 제조하게 된다.

(2) 황산마그네슘용해단계

60℃의 증류수 60리터에 황산마그네슘을 15kg을 투여하여 5분 동안 반응을 시킨다.

(3) 황산망간용해단계

황산마그네슘용해단계에 이어 황산망간 12.9kg을 투여하여 5분 동안 반응을 시킨다.

(4) 황산구리용해단계

(3)의 과정에 이어 황산구리를 15kg을 투여하여 5분 동안 반응을 시킨다.

(5) 몰리브덴 암모늄 용해단계

(4)의 과정에 이어 몰리브덴 암모늄을 1.5kg을 투여하여 5분 동안 반응을 시킨다. 몰리브덴 암모늄은 삼산화몰리브데넘을 암모니아수로 용해하고 이를 증발시켜 얻어지는 무색의 주상결정체로서, 건강기능성식품 및 비료의 원료로 이용되는 물질이다.

(6) 미네랄추출액혼합단계

(5)의 과정에 이어 (1)에서 미리 얻어진 미네랄 추출액 20리터를 투여하여 2시간 동안 반응을 시킨다.

(7) 안정화단계

상기 과정들을 모두 마친 후 24시간동안 방치하고, 이후 다시 1시간을 교반하여 반응을 시킨 후 다시 24시간을 기다린 후 빛이 없는 곳에 저장을 한다.

이때, 60℃의 증류수를 사용하는 것은 각각의 용해반응단계를 진행함에 있어서 온도저하를 감안하여 각 물질의 완전한 용해를 위함이다. 아울러, 각 단계에서의 반응시간은 완전용해를 위한 평균필요시간이다. 또한 각각의 투여순서는 염 발생 및 결정화를 최소화하기 위하여 반응순서를 정한 것이다.

아울러, 빛이 없는 곳에 보관함은 질산미네랄 성분의 광화학 반응이 발생되는 것을 방지하여 이온활성화물질의 변화를 사전에 방지하기 위함이다.

이렇게 제조된 이온활성화물질을 제조하여 복합비료조성물 제조에 사용하는주 목적은 이온치환의 활성화이며, 이온활성화물질의 산도를 측정한 결과는 pH 0.54를 나타내었다.

상술한 것과 같이 제조된 이온활성화물질의 혼합중량비는 황산마그네슘 11.7 중량%, 황산망간 10중량%, 황산구리 11.7중량%, 몰리브덴 암모늄 1.2중량%, 질산분해를 통해 추출된 미네랄 추출액 18중량% 및 물 47.4중량%이다.

3. 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조

(1) 이온활성화물질준비단계

상기 이온활성화물질준비단계에서는 미리 제조된 이온활성화물질을 제조하여 안정화 단계를 거친 제품을 미리 준비한다.

(2) 제1인산칼륨이온화단계

60℃의 증류수 140리터에 제1인산칼륨 57.5kg을 투여하고, 다시 60℃의 증류수 20리터를 투여를 한 후 10분 동안 반응을 시킨다.

60℃의 증류수를 사용하고 또 추가함은 복합비료원료물질들이 용해되면서 흡열반응을 하는 경우 발생되는 온도 저하로 용해도가 저하되는 것을 사전에 방지하기 위함이다. 상기 10분의 반응시간은 제1인산칼륨이 용해되는 최적의 시간이다.

반응 후에는 43℃의 온도를 유지하며, 제1인산칼륨이 산성물질이므로 이온화된 상태의 용액의 산도는 pH 4.27을 나타내었다.

(3) 황산마그네슘이온화단계

(2)의 과정에 이어 황산마그네슘을 42.8kg을 투여하고 5분 동안 반응을 시킨다. 황산마그네슘은 마그네슘의 황산염이며, 백색의 결정상 분말로서 수용성이므로 물에 쉽게 혼합된다.

5분의 반응시간은 황산마그네슘이 용해되는 최적의 시간이다.

용해반응 후의 온도는 32℃이며 황산마그네슘 역시 산성물질이기 때문에 용해된 상태의 용액의 산도는 pH 3.35를 나타내었다.

(4) 질산칼륨이온화단계

(3)의 과정에 이어 질산칼륨을 19.6kg을 투여하고 60℃의 증류수를 20리터 더 투여하고 5분 동안 용해반응을 시켰다. 질산칼륨은 KNO₃의 화학식을 가지며, 무색의 기둥모양 결정 또는 백색의 결정성 분말로 존재하는 칼륨의 질산염이다. 상기 질산칼륨은 식물에 질소를 공급하여 생장을 돕는 비료로 사용하기도 하며, 물에 대한 용해도가 높다.

60℃의 증류수를 추가적으로 투여한 것은 용해반응이 흡열반응이기 때문에 발생하는 온도저하로 용해도가 저하되는 것을 사전에 방지하기 위함이다.

질산칼륨이 용해되는 5분의 반응시간은 용질이 용해되는 최적시간이다.

용해 반응 후의 온도는 27℃이며, 질산칼륨은 중성물질로서 용해된 상태의 용액의 산도는 pH 3.4로서 별 다른 변화는 없었다.

(5) 질산암모늄이온화단계

(4)의 과정에 이어 질산암모늄을 47kg을 투여한 후 60℃의 증류수를 35리터 더 투여하고 5분 동안 반응을 시켰다. 질산암모늄은 질산과 암모니아가 반응하여 생성되는 염으로서, 질산용액에 암모니아 가스를 주입하여 얻을 수 있으며 수용성이다.

5분의 반응시간은 질산암모늄이 용해되는 최적의 시간이다.

용해반응 후의 온도는 21℃이며, 용액의 산도는 질산암모늄이 산성물질이므로 pH 3.2로 산성화되었다.

질산암모늄용해단계에서 60℃의 증류수를 추가적으로 다량 투여함은 용해반응이 흡열반응이므로 반응 중의 급격한 온도저하를 방지하여 용해도가 저하되는 것을 사전에 방지하기 위함이다.

(6) 요소이온화단계

(5)의 과정에 이어 요소를 32.66kg을 투여한 후 10분 동안 반응을 시켰다. 요소는 화학식이 CO(NH₂)₂ 인 유기화합물로서, 무색의 결정성 물질이며, 모든 포유동물과 일부 어류의 단백질 대사의 최종분해 산물로서, 질소 함량이 매우 높아 비료의 주재료로 사용되는 성분이다.

10분의 용해반응시간은 요소가 물에 용해되는 최적의 시간이다.

용해반응 후의 온도는 16℃로 더 떨어져 있으며, 요소는 알칼리성이므로 용액의 산도는 pH 3.4를 나타타내었다.

(7) 붕사이온화단계

(6)의 과정에 이어 붕사를 2kg을 투여한 후 5분 동안 용해반응을 시킨다. 붕사는 색상이 없는 무색의 결정 또는 백색의 결정성 가루이며 냄새는 없고 맛은 약간 특이한 짠맛이 있으며 물에는 녹고 에탄올에는 거의 녹지 않는다. 국소의 살균, 방부제로서 사용되며, 분자식은 Na₂B₄O₇.10H₂O이다.

5분의 용해반응시간은 붕사가 물에 용해되는 최적의 시간이다.

용해반응 후의 온도는 16℃이었으며, 붕사는 알칼리성이므로 용액의 산도는 pH 3.5로 다소 높아졌다.

(8) 황산아연이온화단계

(7)의 과정에 이어 황산아연을 3.5kg을 투여한 후 5분 동안 반응을 시켰다.

5분의 반응시간은 황산아연이 용해되는 최적의 시간이다.

용해 반응 후의 온도는 16℃이었으며, 반응 후의 용액의 산도는 pH 3.54를 나타내었다.

(9) 이온활성화물질혼합단계

(8)의 과정에 이어 상기 (1)과정에서 미리 준비해 둔 이온활성화물질 2.5리터를 투여를 한 후 (2)의 과정부터 총 1시간 45분이 될 때까지 반응을 시킨 후 용기에 저장을 하였다.

상기 총 반응시간은 (2)부터 (8)까지의 반응결과물의 이온치환을 극대화시키기 위하여 소요되는 시간이다.

혼합 후 최종적인 용액의 온도는 16℃이었으며, 산도는 pH 3.38를 나타내었다. 이는 이온활성화물질이 강산성 물질이기 때문이다.

상술한 것과 같은 각 원료물질의 투여 순서는 이온들간의 결합으로 인한 염 발생 및 결정화를 최소화하고 비료로서의 효능을 극대화하기 위한 것이다. 이와 같은 복합비료원료물질의 선택은 6대 미량요소를 모두 고르게 포함시키도록 하기 위한 것이다.

이와 같이 조성된 복합비료조성물의 혼합중량비를 살펴보면, 제1인산칼륨 13.7중량%, 황산마그네슘 10.2중량%, 질산칼슘 4.7중량%, 질산암모늄 11.2중량%, 요소 7.8중량%, 붕사 0.5중량%, 이온활성화물질 0.7중량% 및 물 51.2중량%이다.

4. 숙성단계

복합비료조성물을 제조하여 용기에 저장한 내용물에 대하여는 익일부터 3주 동안 매일 3회씩 1분 동안 저어서 반응을 시키면서 숙성을 시킨다.

이러한 숙성은 복합비료조성물에 포함되어 있는 독성을 중화시키는 과정으로 냄새를 통하여 관능검사를 통해 숙성완료 여부를 판단한다. 따라서, 냄새를 맡아 봤을 때 독하고 역한 냄새가 나지 않아야 복합비료조성물에 함유되어 있는 독성이제거된 것으로 파악할 수 있다.

숙성이 완료된 복합비료조성물은 액상 상태로서 물에 500:1의 중량비로 희석시에 산도는 pH 6.25를 나타내며, 1000:1의 중량비로 희석시 산도는 pH 6.66를 나타낸다. 그리고 1500:1의 중량비로 물에 희석시 산도는 pH 6.87을 나타내어 거의 중성에 가깝게 된다.

5. 포장 및 제품출시

숙성된 내용물을 여과를 시키고, 포장용기에 충진을 하고, 캡핑, 라벨링 등을 하여 박스포장 등을 하게 되면 마무리가 된다.

<실시예 2>

상기 실시예 1에 의한 방법에 의해 제조된 액상상태의 비료조성물을 물에 희석하여 시비효과를 시험하였다.

동일한 토양조건과 환경을 가지는 인접하고 있는 100평의 고추밭에 심겨진 2개의 고추밭을 대상으로 하였으며. 전체 잎의 갯수에 대해 반 정도가 노란색을 띄고 있는 성장발육이 저조한 2개의 고추밭을 대상으로 하였다.

실험군으로 선택된 고추밭에는 상기 실시예 1에 의해 제조된 복합비료조성물을 물과 1500:1의 중량비로 희석한 것을 사용하여 1차로 시비한 후, 다시 3일이 경과한 후 2차로 시비하고, 2차 시비일로 부터 7일 후 고추의 생육상태에 대하여 살펴보았다.

한편, 대조군으로 선택된 고추밭에는 시비를 하지 않은 상태로 동일한 기간이 지난 후의 고추의 생육상태를 살펴보기로 하였다. 실험군과 대조군에 심겨진 고추를 각각 10본씩 임의적으로 선택하여 전체적인 잎의 갯수와 노란색을 띄는 잎의 갯수를 각각 육안으로 관찰하여 그 갯수를 측정한 후 평균을 내었다.

복합비료조성물의 시비 실험결과

구분	시비전 노란 잎/전체 잎	시비 3일후 노란잎/전체 잎	추가시비 7일후 노란잎/ 전체 잎
실험군	6/12	4/15	1/21
대조군	6/12	7/13	10/17

상기 표 1에서 나타낸 것과 같이, 상기 실시예 1에 의한 방법에 의해 제조된 복합비료조성물을 시비한 실험군에 해당되는 고추밭에 심겨진 고추는 노란색을 띄는 잎은 거의 찾아볼 수 없었으나 대조군에 해당되는 고추밭에 심겨진 고추에는 다수 개의 노란색을 띄는 잎이 존재함을 확인할 수 있었다.

특히, 실험군에 속하는 고추의 2차 시비 후 7일이 경과한 후의 생육상태를 살펴보면 시비 전에 비하여 잎의 수가 늘어난 것은 물론, 가지와 중앙대가 튼실하여 양육상태가 현저히 좋아졌음을 확인할 수 있었다.

이에 반해 시비를 하지 않은 대조군에 해당되는 고추밭에 심겨진 고추는 실험군에 해당되는 고추밭에 심겨진 고추에 비해 잎의 수가 적어 생장이 저조할 뿐만 아니라 노란색을 나타내는 잎이 전체 잎의 반 이상임을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 복합비료조성물은 실험군에 속한 고추의 생장발육에 많은 좋은 영향을 미침을 확인할 수 있었다.

<실시예 3>

한편, 본 발명에 의한 복합비료조성물을 시비한 후에 토양의 산도 변화를 조사하여 토양개량의 효과가 있는지 여부를 살펴보았다.

1주일마다 동일한 양의 비료조성물을 물에 동일한 중량비로 희석한 것을 시비하였으며, 상기 실시예 2에서 실험군으로 선택된 고추밭에 임의의 장소 8군데에서 채취한 토양의 산도를 pH측정기를 이용하여 각각 측정한 후 그 평균값을 산출하였다.

한편, 실험군으로 선택된 고추밭에는 비나 다른 기후환경의 변화에 따른 시비효과의 변화를 방지하기 위하여 비닐하우스를 덮었으며, 다른 외부적 환경 변화에 따라 영향을 받지 않도록 조치하였다.

시비 후 고추밭 토양의 산도 측정결과

구분	시비 전	시비후 10일 경과	시비 후 20일 경과	시비 후 30일 경과
비료조성물 시비	4.4	5.35	6.12	6.53

상기 표 2에서와 같이 시비 전의 토양은 산성이었으나, 시비 후 1주일마다 추가적으로 시비를 한 결과 점차 토양의 산도가 알칼리성으로 변화하여 토양의 pH가 현격하게 상승하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이는 시비 후 토양의 성질이 산성에서 알칼리성으로 변화되어 본 발명에 의한 복합비료조성물은 토양의 산성화 방지에도 매우 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 있음은 당연한 것이다.

Claims (16)

1. 질석과 흑운모에 질산을 투입하여 산분해시켜 얻어지는 미네랄추출액을 포함하며, 황산마그네슘, 황산망간, 황산구리, 몰리브덴 암모늄 중 어느 하나 이상으로 조성되는 이온화물질이 물에 순차적으로 용해되어 이온화하여 얻어지는 이온활성화물질; 및
   물에 순차적으로 용해되어 이온화되며, 제1인산칼륨, 황산마그네슘, 질산칼슘, 질산암모늄, 요소, 붕사 중 어느 하나 이상으로 조성되는 복합비료원료물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물.
   
2. 제1항에서,
   상기 이온활성화물질은 미네랄 추출액 16~20중량%, 물 45~50중량% 및 이온화물질 33~36중량%의 비율로 조성되는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물.
   
3. 제2항에서,
   상기 이온화물질은 황산마그네슘 32~35중량%, 황산망간 26~30중량%, 황산구리 32~35중량%, 몰리브덴 암모늄 3~4중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
   이온활성화물질 0.5~1중량%, 물 50~52중량%, 복합비료원료물질 46~50중량%의 비율로 조성되는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물.
   
5. 제4항에서,
   상기 복합비료원료물질은 제1인산칼륨 27~29중량%, 황산마그네슘 20~22중량%, 질산칼슘 9~10중량%, 질산암모늄 22~24중량%, 요소 16~17중량%, 붕사 1~2중량%의 비율로 조성되는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물.
   
6. 증류수에 황산마그네슘, 황산망간, 황산구리, 몰레브덴산암모늄을 순차적으로 용해하여 이온화시킨 후에 질석과 흑운모를 혼합하여 분쇄한 미네랄원료물질에 질산을 투여하여 산분해시켜 얻어지는 미네랄추출액을 혼합하여 반응을 시킨 후 일정시간 동안 방치하는 것을 1회 이상 반복하여 이온활성화물질을 제조하는 이온활성화물질준비단계;
   증류수에 제1인산칼륨을 투입하고 이후 다시 증류수를 추가적으로 투입하여 이온화반응을 시키는 제1인산칼륨이온화단계;
   제1일인산칼륨이 이온화된 용액에 황산마그네슘을 투입하여 반응시켜 이온화시키는 황산마그네슘이온화단계;
   황산마그네슘이 추가적으로 이온화된 용액에 질산칼륨을 투입하고 이후 다시 증류수를 추가적으로 투입하여 이온화반응을 시키는 질산칼륨이온화단계;
   질산칼륨이 추가적으로 이온화된 용액에 질산암모늄을 투입하고 이후 다시 증류수를 추가적으로 투입하여 이온화반응을 시키는 질산암모늄이온화단계;
   질산암모늄이 추가적으로 이온화된 용액에 요소를 투입하여 반응시켜 이온화시키는 요소이온화단계;
   요소가 추가적으로 이온화된 용액에 붕사를 투입하여 반응시켜 이온화시키는 붕사이온화단계;
   상기 붕사가 추가적으로 이온화된 용액에 황산아연을 투입하여 반응시켜 이온화시키는 황산아연이온화단계;
   상기 황산아연이 추가적으로 이온화된 용액에 상기 이온활성화물질준비단계에서 얻어진 이온활성화물질을 투입하여 혼합한 후 일정시간 동안 반응시키는 이온활성화물질혼합단계; 및
   이온활성화물질이 혼합되어 제조된 복합비료조성물을 용기에 저장한 후에 일정기간 동안 수회 교반하여 숙성시키는 숙성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.
   
7. 제6항에서,
   상기 각 단계에서 사용되는 증류수의 온도는 50~70℃인 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.
   
8. 제6항에서,
   상기 각 단계에서 이온화반응을 일으키도록 하는 반응시간은 5~10분인 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.
   
9. 제6항에서,
   상기 숙성단계에서는 이온활성화물질이 혼합되어 제조된 복합비료조성물을 용기에 저장한 후에 익일부터 3주 동안 매일 3회씩 1~2분이상 교반하여 숙성시키는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.
   
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
    상기 이온활성화물질준비단계는,
    질산과 흑운모의 혼합물을 분쇄한 후 이에 질산을 투입하여 산분해시켜 얻어진 산분해조성물 중에 침전물을 제외한 상등액만을 분리 채취하는 미네랄추출액준비단계;
    물에 황산마그네슘을 투여하여 일정 시간동안 용해시키는 황산마그네슘용해단계;
    황산마그네슘이 용해된 용해액에 황산망간을 투여하여 일정 시간동안 용해시키는 황산망간용해단계;
    황산망간이 추가적으로 용해된 용해액에 황산구리를 일정 시간동안 용해시키는 황산구리용해단계;
    황산구리가 추가적으로 용해된 용해액에 몰리브덴 암모늄을 일정 시간동안 추가적으로 용해시키는 몰리브덴 암모늄용해단계;
    몰리브데산암모늄이 추가적으로 용해된 용해액에 상기 미네랄추출액준비단계에서 채취한 미네랄추출액을 투여하여 일정 시간 동안 혼합하여 반응시키는 미네랄추출액혼합단계; 및
    미네랄 추출액이 혼합된 혼합물을 일정시간 동안 방치한 후 추가적으로 교반하여 충분히 혼합을 시킨 후 다시 일정시간 방치하여 두는 안정화단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.
    
11. 제10항에서,
    상기 황산마그네슘용해단계, 황산망간용해단계, 황산구리용해단계, 몰리브덴 암모늄용해단계에서는 각각 5~10분 동안 용해시키며,
    상기 미네랄추출액혼합단계에서는 미네랄 추출액을 혼합한 후 1~3시간 동안 혼합시키는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.
    
12. 제10항에서,
    상기 안정화단계에서 방치하는 시간은 20~28시간인 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.
    
13. 제10항에서,
    상기 미네랄추출액준비단계는,
    질석과 흑운모를 혼합한 후 이를 일정한 크기로 분쇄하는 미네랄원료혼합분쇄단계;
    분쇄된 미네랄원료 혼합물에 일정한 농도의 질산을 투여하여 분해반응시키는 1차산분해단계;
    상기 1차산분해단계를 거친 산분해조성물을 일정시간 동안 방치하여 안정화시키는 1차산분해안정화단계; 및
    산분해안정화단계를 거친 산분해조성물에 다시 일정한 농도의 질산을 투여하여 분해반응시키는 2차산분해단계;
    상기 2차산분해단계를 거친 산분해조성물을 일정시간 동안 다시 방치하여 안정화시키는 2차산분해안정화단계; 및
    상기 2차산분해안정화단계를 거친 산분해조성물에서 침전물과 상등액을 분리한 후 상등액만을 분리채취하는 상등액분리채취단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.
    
14. 제13항에서,
    상기 미네랄원료혼합분쇄단계에서는 질석과 흑운모의 혼합 중량비는 4:1이며, 분쇄된 질석과 흑운모의 입자 크기는 0.1~1mm인 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.
    
15. 제13항에서,
    상기 1차산분해단계 및 2차산분해단계에서 사용되는 질산의 농도는 15~25%농도이며,
    상기 1차산분해단계에서는 3~5시간 동안 산분해반응을 시키며, 2차산분해단계에서는 1~3시간 동안 산분해반응을 시키는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.
    
16. 제13항에서,
    상기 1차산분해안정화단계에서는 24시간 동안 방치시키고,
    상기 2차산분해안정화단계에서는 48시간 동안 방치시키는 것을 특징으로 하는 이온활성화물질이 함유된 복합비료조성물의 제조방법.

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