KR20150001529A - Soluble silicate and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수용성 규산염 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 경제적, 친환경적으로 수용성 규산염을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water-soluble silicate and a method for producing the same, and more particularly, to a method for producing a water-soluble silicate in an economical and environmentally-friendly manner.
일반적으로 규석에는 미네랄로 철, 요오드, 아연, 구리, 셀레늄, 망간, 몰리브덴, 불소 등의 미량의 원소를 함유하고 있고 규산염은 수질의 유기성 물질을 분해하는 자정능력이 있는 청정제로 널리 알려져 사용량이 늘고 있는데, 그 중 수용성 규산염은 수질의 유기성 물질을 분해하는 자정능력과 농약성분 및 오염물질을 흡수해 제거하는 능력이 있어 일상생활 용품에서부터 친환경농업용 자재, 수처리제, 자동차, 의료, 화장품 및 바이오산업 등 최첨단 산업에 이르기까지 다방면에 다양한 능력을 지닌 물질로 각광받고 있다.Generally, quartz contains minerals such as iron, iodine, zinc, copper, selenium, manganese, molybdenum, and fluorine as minerals. Silicate is widely known as a cleansing agent capable of decomposing organic substances in water quality. Among them, water-soluble silicate has the ability to absorb and remove pesticide and pollutants, which is the ability to decompose organic matter in water quality, and is capable of absorbing and removing pesticides and pollutants, leading to the development of environmentally friendly agricultural materials, water treatment, automobile, medical, cosmetics, It is widely regarded as a substance with diverse abilities ranging from industrial to industrial.
그러나 이러한 종래의 수용성 규산염 및 그 제조방법에는 순도가 높은 규석을 사용하고, 인 화합물을 추가하여 수용성 규산염을 제조해야 하는 문제점이 있었다.However, such a conventional water-soluble silicate and a method for producing the water-soluble silicate have a problem that a high-purity silica is used and a phosphorus compound is added to prepare a water-soluble silicate.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 경제적, 친환경적으로 수용성 규산염을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems and it is an object of the present invention to provide a method for producing water-soluble silicate economically and environmentally. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.
본 발명의 일 관점에 따르면, 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계, 혼합된 물질을 1650℃이상 1700℃이하의 온도까지 올라가는 소성로를 이용하여 가열하는 단계, 가열한 혼합물을 1650℃이상 1700℃이하에서 일정한 시간 동안 유지하는 단계 및 가열한 혼합물을 상온에서 냉각시키는 단계를 포함하는, 수용성 규산염의 제조방법이 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a sintered body, comprising the steps of mixing silica and sodium hydrogencarbonate, heating the mixed material to a temperature of 1650 DEG C or higher to 1700 DEG C or lower, Maintaining the heated mixture for a certain period of time, and cooling the heated mixture at ambient temperature.
상기 저품위 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계는 저품위 규석 94중량% 탄산수소나트륨 6중량%일 수 있다.The step of mixing the low-grade silica and sodium bicarbonate may be a low-grade silica 94 wt% sodium hydrogen carbonate 6 wt%.
규석은 순도가 91%이하일 수 있다.The silica may have a purity of 91% or less.
소성로를 이용하여 가열하는 단계는 승온곡선에 맞게 가열하는 단계일 수 있다.The step of heating using the baking furnace may be a step of heating to a temperature-rising curve.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 본 발명의 일 관점에 따른 제조방법에 의해 제조된 수용성 규산염이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a water-soluble silicate prepared by a production method according to one aspect of the present invention.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 경제적, 친환경적으로 수용성 규산염을 제조하는 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention as described above, it is possible to produce a water-soluble silicate in an economical and environmentally friendly manner. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 수용성 규산염의 제조방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart schematically showing a method for producing a water soluble silicate according to an embodiment of the present invention. FIG.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, Is provided to fully inform the user. Also, for convenience of explanation, the components may be exaggerated or reduced in size. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and thus the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 수용성 규산염의 제조방법을 개략적으로 도시하는 순서도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart schematically showing a method for producing a water soluble silicate according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 규산염의 제조방법은 먼저 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계(S10)를 거칠 수 있다. Referring to FIG. 1, a method of manufacturing a water soluble silicate according to an embodiment of the present invention may include a step (S10) of mixing silica and sodium hydrogen carbonate.
규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계에서 사용되는 규석은 저품위 규석을 사용할 수 있다. 규석은 일반적으로 순도에 따라서 사용처가 다른데, 99%이상은 메탈/폴리실리콘 제조용, 93%이상은 유리제조용, 91%이상은 시멘트용으로 사용된다. 이 경우 91%이하의 저품위 규석은 상품가치성을 잃게 되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 수용성 규산염의 제조방법은 이러한 저품위 규석을 이용해서 제조할 수 있다. 저품위 규석은 가격이 저렴하고, 쉽게 구할 수 있는 장점이 있어 경제적으로 수용성 규산염을 제조할 수 있다.The silica used in the step of mixing the silica with the sodium hydrogencarbonate can be a low-grade silica. More than 99% of the silica is used for making metal / polysilicon, more than 93% is used for making glass, and more than 91% is used for cement. In this case, the low-grade silica having a low content of 91% or less will lose its commercial value. The process for producing the water-soluble silicate according to an embodiment of the present invention can be produced using such low-grade silica. Low-grade silica is cheap and easily available, making it economically feasible to produce water-soluble silicates.
주 원료로 사용되는 규석은 석영으로 이루어진 광물과 암석을 총칭하는데 구성 성분은 이산화규소(SiO2)로 단순하지만 반투명성, 내화성, 고경도, 반도성, 산화제, 합금용이성 등 다양하고 유용한 특성을 갖는다. 규석은 본래 물에 불용성이나 용제인 탄산수소나트륨에 의하여 고온 용융상태에서 규산 알카리성분이 되어 물에 녹는다.The silica used as the main raw material is a quartz mineral and the rock is generally composed of silicon dioxide (SiO 2 ) but has various useful properties such as semi-transparency, fire resistance, hardness, semiconductivity, oxidizer, . The silica is originally insoluble in water, but it dissolves in water as a silicic acid alkaline component in a hot molten state by the sodium hydrogencarbonate which is a solvent.
한편, 수용성 규산염의 제조방법에서는 탄산수소나트륨이 이용될 수 있다. 베이킹파우더는 탄산수소나트륨과 산성염과 전분의 혼합물로, 산성염 중 인산염이 들어갈 수 있기 때문에 순수한 탄산수소나트륨을 사용한다. 본 발명의 일 실시예에서는 식용으로 사용되고 있는 탄산수소나트륨을 이용하여 친환경적 제조 공정을 수립, 저렴하게 제조할 수 있는 기술을 이용한다.On the other hand, sodium bicarbonate can be used in the process for producing a water-soluble silicate. Baking powder is a mixture of sodium hydrogencarbonate and acid salt and starch, and pure sodium hydrogencarbonate is used because it can contain phosphate in the acid salt. In one embodiment of the present invention, a technique for establishing an environmentally friendly manufacturing process using sodium hydrogencarbonate, which is used for food, and making it cheap can be used.
탄산수소나트륨은 규산염을 물에 용해시킬 수 있는 금속표면의 산화질 등을 환원시키고 녹여서 빨간녹을 서서히 마스킹(masking)시키는 역할을 한다. 또 규산염과 탄산수소나트륨과의 복합적인 화학적 기능에 의하여 규산염 중의 Si 이온은 수중의 유기질물질의 음이온과 결합하여 금속표면에 부착하는 것을 방지하고 탄산수소나트륨의 나트륨 양이온(Na+)은 수중의 대전금속이온과 금속표면과의 전기적 부식작용을 억제시키는 역할을 하는 등 청정작용을 한다.Sodium hydrogencarbonate is used to slowly reduce the acidity of the metal surface which can dissolve the silicate in water and dissolve it to mask the red rust slowly. In addition, due to the combined chemical function of silicate and sodium bicarbonate, the Si ions in the silicate bind to the anions of the organic material in the water to prevent them from adhering to the metal surface, and the sodium cations (Na +) of the sodium hydrogen carbonate, It plays a role of suppressing electrical corrosion of ions and metal surfaces.
상술한 바와 같이 저품위 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계를 거칠 수 있는데 이때 저품위 규석과 탄산수소나트륨은 저품위 규석 94중량% 탄산수소나트륨 6중량% 의 비율로 혼합할 수 있다. As described above, the step of mixing the low-grade silica and the sodium bicarbonate may be carried out. In this case, the low-grade silica and the sodium bicarbonate may be mixed at a ratio of 6 wt% of the low-grade silica 94 wt% sodium hydrogencarbonate.
그 후 혼합된 물질을 1650℃이상 1700℃이하의 온도까지 올라가는 소성로를 이용하여 가열하는 단계(S20)를 거칠 수 있다. 상기 소성로를 이용하여 가열하는 단계는 승온곡선에 맞게 가열하는 단계일 수 있다.Thereafter, the mixed material may be heated (S20) by using a calcining furnace which is heated to a temperature of 1650 ° C or higher to 1700 ° C or lower. The step of heating using the baking furnace may be a step of heating the furnace to a temperature rising curve.
혼합된 물질을 1650℃이상 1700℃이하의 온도까지 가열하는 이유는 저품위 규소(SiO2)와 탄산수소나트륨(Na2CO3)이 녹아서 재결정을 이루기 위해서는 녹는점 이상의 온도가 필요하기 때문이다. 소성로의 온도가 1650℃이하의 경우 저품위 규소(SiO2)와 탄산수소나트륨(Na2CO3)의 혼합물이 제대로 녹지 않아 재결정이 이루어지는 것이 용이하지 않고, 소성로의 온도가 1700℃이상의 경우 저품위 규소(SiO2)와 탄산수소나트륨(Na2CO3)의 혼합물이 기화될 수 있기 때문이다.The reason why the mixed material is heated from 1650 ° C. to 1700 ° C. or less is that the melting point of the low-grade silicon (SiO 2 ) and sodium hydrogen carbonate (Na 2 CO 3 ) is required to melt and recrystallize. When the temperature of the calcining furnace is lower than 1650 ° C., it is difficult to perform recrystallization because the mixture of low-grade silicon (SiO 2 ) and sodium hydrogen carbonate (Na 2 CO 3 ) does not melt properly. When the temperature of the calcining furnace is 1700 ° C. or higher, SiO 2 ) and sodium hydrogencarbonate (Na 2 CO 3 ) can be vaporized.
승온곡선은 100℃ 까지는 승온속도 1℃/min 이며, 이후 1600℃ 까지는 승온속도 4℃/min으로 승온될 수 있다. 이때 100℃까지 승온속도를 1℃/min로 하는 이유는 장비의 워밍업시간을 고려한 것일 수 있다. 승온시간을 길게 할 경우 제품 생간에 오랜 시간과 많은 비용을 투여해야 하므로 되도록 짧게 하는 것이 좋다. 하지만 너무 짧을 경우 기계에 무리를 줄 수 있어 상기와 같이 적당한 시간을 주는 것이 좋다. 다만 이는 장비에 따라 변동될 수 있으며 따라서 승온속도는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The heating curve is a temperature raising rate of 1 占 폚 / min up to 100 占 폚, and then the temperature can be raised up to a temperature raising rate of 4 占 폚 / min up to 1600 占 폚. At this time, the reason why the rate of temperature increase to 100 ° C is set to 1 ° C / min may be considering the warm-up time of the equipment. When the temperature rise time is long, it is preferable to shorten the temperature as long as it is necessary to administer the product for a long time and a lot of cost. However, if it is too short, it can give a heavy load to the machine. However, this may vary depending on the equipment, and therefore the temperature raising rate is not necessarily limited thereto.
그 후 가열한 혼합물을 1650℃이상 1700℃이하에서 일정한 시간 동안 유지하는 단계(S30)를 거칠 수 있다. 가열한 혼합물을 1650℃이상 1700℃이하에서 약 8시간 동안 유지하는 것이 바람직하다.Thereafter, the heated mixture may be maintained at a temperature of 1650 ° C or higher and 1700 ° C or lower for a predetermined time (S30). It is preferable to maintain the heated mixture at 1650 DEG C or higher and 1700 DEG C or lower for about 8 hours.
상기의 온도에서 약 8시간 정도 유지해야 하는 이유는 저품위 규소(SiO2)와 탄산수소나트륨(Na2CO3)이 녹아서 분자 내부에 존재하는 가스나 이물질 등이 상기의 온도에서 약 8시간 정도 유지되는 동안 제거되어 원하는 결정을 이루게 되기 때문이다. 반면 유지시간을 짧게 할 경우 저품위 규소(SiO2)와 탄산수소나트륨(Na2CO3) 내부의 가스나 이물질 등이 제거되지 않는 단점이 있을 뿐만 아니라 제품 자체 결정의 문제도 발생하게 되어 원하는 결정을 얻을 수 없게 된다. 이와 마찬가지로 유지시간을 길게 할 경우 구경꾼 물질도 상기 반응에 참가하게 되어 결정의 함량이 허용범위보다 증감하여 원하는 제품이 만들어 지지 않기 때문이다.The reason why the temperature should be maintained for about 8 hours is that the low-grade silicon (SiO 2 ) and sodium bicarbonate (Na 2 CO 3 ) are melted and the gas or foreign substances existing in the molecules are maintained at the above temperature for about 8 hours So that the desired crystal is formed. On the other hand, if the holding time is shortened, there is a disadvantage that not only the low-grade silicon (SiO 2 ) and sodium bicarbonate (Na 2 CO 3 ) gas and foreign substances are removed but also the problem of product self- Can not be obtained. Likewise, if the holding time is extended, the viewer material also participates in the reaction, and the content of crystals increases or decreases from the allowable range, and a desired product is not produced.
다만, 저품위 규소(SiO2)와 탄산수소나트륨(Na2CO3) 내부의 가스나 이물질 등이 제거되어 원하는 결정을 이루게 된다면 반드시 상기 시간에 한정되는 것은 아니다.However, the time is not necessarily limited to the time when the low-grade silicon (SiO 2 ) and the sodium hydrogen carbonate (Na 2 CO 3 ) gas or foreign substances are removed to form a desired crystal.
그 후 가열한 혼합물을 상온에서 냉각시키는 단계(S40)를 거칠 수 있다. 바람직하게는 약 8시간 내지 9시간을 냉각 시킬 수 있다. 왜냐면 냉각시에도 제품 내부의 결정을 유지할 충분한 시간을 주어야 하고, 추가적으로 기계장치를 급격한 온도변화에 따른 열충격에서 보호할 필요가 있기 때문이다. 이때 급속냉각을 할 경우 제품 내부에 결정이 변화되므로 제품으로서의 가치가 없을 수 있다.Thereafter, the heated mixture may be cooled at room temperature (S40). Preferably about 8 hours to 9 hours. This is because it is necessary to give enough time to keep crystals in the product during cooling, and additionally to protect the machinery from thermal shocks due to rapid temperature changes. At this time, if the rapid cooling is performed, the crystal may change inside the product, so that the product may not be worth as much.
한편, 수용성 규산염 분말의 입도가 작으면 작을수록 반응성이 좋은 것은 사실이지만, 작게 부술수록 분진으로 소모되는 양이 많아질 뿐만 아니라, 지나치게 입도가 작은 분말은 폭발적인 반응이 일어날 수 있어 사용하기에 용이하지 않을 수 있다. 따라서 적당한 입도 유지를 해서 제조한다.On the other hand, the smaller the particle size of the water-soluble silicate powder is, the better the reactivity is. However, the smaller the water-soluble silicate powder is, the more the amount consumed in dust is, and the excessively small particle size powder is explosively reactive, . Therefore, it is manufactured by maintaining proper particle size.
지금까지는 수용성 규산염의 제조방법에 대해서만 주로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 이러한 제조방법을 이용한 수용성 규산염 역시 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.Up to now, only the production method of the water-soluble silicate has been mainly described, but the present invention is not limited thereto. For example, water-soluble silicates using such a production method are also within the scope of the present invention.
지금까지 전술한 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 수용성 규산염은 다방면에 활용될 수 있다. 특히 전술한 바와 같이 농업생산력 강화를 위한 비료로 이용될 수 있다. 현재 농약과 화학비료를 사용해 병충해를 예방하고 농업생산력을 키워온 지 수십 년이 지난 지금, 토양은 오염되고 산성화되었다. 또한 연작 피해도 갈수록 심해지고 있다. 따라서 친환경을 소재로 한 비료를 적극 권장하는 등 땅과 농업을 되살리기 위해 국가에서 요즘 관심을 갖고 있는 것이 친환경 농업이다. 이 친환경 농업에서도 수용성 규산염이 각광을 받고 있다. 우리나라 토양 중 논은 규산의 함량이 적정수준에 미치지 못하여 1997년부터 규산질 비료를 전액 무상으로 공급하고 있었지만, 이는 대부분 불용성 규산질 비료였기 때문에 작물이 흡수를 하지 못하였다. 그러므로 규산이 100% 토양에 흡수되어야 하고, 토질을 개선하며, 작물이 잘 흡수할 수 있도록 하기 위해서는 수용성 규산염 비료가 필요하다.The water-soluble silicate prepared by the above-described production method of the present invention can be utilized in various fields. In particular, as described above, it can be used as fertilizer for strengthening agricultural productivity. Decades after decades of pesticide and chemical fertilizer protection and agricultural productivity, the soil has become contaminated and acidified. In addition, damage to the series is getting worse. Therefore, it is eco-friendly agriculture that is interested in the country in order to revive the land and agriculture such as encouraging the fertilizer with environment-friendly material. In this eco-friendly agriculture, water-soluble silicates are in the spotlight. Since the content of silicate in the rice soils was not adequate, the silicate fertilizer was supplied in full from 1997. However, since it was mostly insoluble silicate fertilizer, the crop was not absorbed. Therefore, water-soluble silicate fertilizers are needed to ensure that silicate is absorbed in 100% soils, improves soil quality, and allows crops to absorb better.
이러한 제조방법을 통해 제조된 수용성 규산염은 순도가 낮고 불순물이 상당량 섞여 그 자체로는 상품성 떨어지는 저품위 규석을 이용하여 제조함으로써 제조단가를 낮추고, 식용으로 이용하는 탄산수소나트륨을 이용해 친환경적으로 수용성 규산염을 제조하여 비료로 사용하였을 시 토양의 오염 등을 미연에 방지할 수 있다.The water-soluble silicate prepared by this method has a low purity and a considerable amount of impurities, which is itself produced by using low-grade silica which is low in merchantability, thereby lowering the production cost and producing environmentally-friendly water-soluble silicate using sodium bicarbonate used for food When used as a fertilizer, soil contamination can be prevented in advance.
또한 저품위 규석의 여러 불순물 중 인(P)도 함유되어 있기 때문에 일반적인 제조방법과는 달리 따로 인(P)을 첨가하지 않고도 수용성 규산염을 제조할 수 있다는 장점이 있다.In addition, since phosphorus (P) is also contained among various impurities of low-grade silica, water-soluble silicate can be produced without addition of phosphorus (P) unlike the general production method.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
S10: 제1단계
S20: 제2단계
S30: 제3단계
S40: 제4단계S10: Step 1
S20: Step 2
S30: Step 3
S40: Step 4
Claims (5)
혼합된 물질을 1650℃이상 1700℃이하의 온도까지 올라가는 소성로를 이용하여 가열하는 단계;
가열한 혼합물을 1650℃이상 1700℃이하의 온도에서 일정한 시간 동안 유지하는 단계; 및
가열한 혼합물을 상온에서 냉각시키는 단계;
를 포함하는, 수용성 규산염의 제조방법.Mixing the silica with sodium hydrogencarbonate;
Heating the mixed material to a temperature of 1650 DEG C or higher to 1700 DEG C or lower;
Maintaining the heated mixture at a temperature of 1650 DEG C to 1700 DEG C for a certain period of time; And
Cooling the heated mixture at ambient temperature;
≪ / RTI >
규석은 순도가 91%이하인, 수용성 규산염의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the silica has a purity of 91% or less.
상기 저품위 규석과 탄산수소나트륨을 혼합하는 단계는 저품위 규석 94중량% 탄산수소나트륨 6중량% 인, 수용성 규산염의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the step of mixing the low-grade silica and sodium bicarbonate is a low-grade silica 94 wt% sodium hydrogencarbonate 6 wt%.
상기 소성로를 이용하여 가열하는 단계는 승온곡선에 맞게 가열하는 단계인, 수용성 규산염의 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the step of heating using the baking furnace is a step of heating the furnace in accordance with a heating curve.
A water-soluble silicate prepared by the process of any one of claims 1 to 4.
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