KR20150084701A - 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전량 폐기되는 수산물인 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 나노 탄산칼슘의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 폐각을 세척하는 단계; 상기 세척된 패각을 승온속도 10℃/분 의 속도로 1,200℃까지 승온한 후 1,200℃에서 30분~60분 동안 소성하는 단계; 상기 소성 단계를 거친 후 소성로 내부의 온도가 400~600℃ 범위로 냉각된 후 소성된 패각을 꺼내는 단계; 소성된 패각 100g에 물 300 내지 600g으로 급냉시키면서 1분당 회전속도 200 내지 400으로 30분간 교반하는 단계; 상기 교반 후 여과하여 분체 슬러리와 여과액으로 분리하는 단계; 상기 분체 슬러리를 100±10℃에서 건조하여 유기성 수산화칼슘을 얻는 단계; 상기 여과에 의해 생성된 여과액에 이산화탄소를 주입하면서 반응기 내부의 반응온도 40 내지 80℃로 유지하고, 1분당 회전속도 100 내지 300으로 하여 유기성 나노 탄산칼슘을 얻는 단계; 상기 유기성 나노 탄산칼슘을 100±10℃에서 건조하여 건조된 유기성 나노 탄산칼슘 분체를 얻는 단계;를 포함하는 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘과 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법에 관한 것이다.
[색인어]
패각, 유기성, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 나노

Description

패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법{Manufacturing methods of organo-calcium hydroxide and nano organo-calcium carbonate by using shells}

본 발명은 전량 폐기되는 수산물인 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법에 관한 것이다.

국내 연안에서 양식되고 있는 패류 및 기타 수산동물의 전체 생산량을 살펴보면 패류가 2009년 기준 약 326,544톤, 기타 수산 동물(미더덕, 우렁쉥이 등)이 16,743톤으로 금액으로 환산하면, 각각 4,940억 원과 229.8억 원이다(2009년 통계청 자료 참조). 그 중 가장 많이 생산되고 있는 패류로는 굴 240,911톤, 바지락 17,905톤, 홍합 55,035톤, 고막 류 2,966톤, 피조개 1,714톤, 전복 6,207톤, 가리비 348톤, 가무락 74톤 등이며, 기타 수산동물로는 우렁쉥이 7,208톤, 미더덕 3,845톤, 오만둥이 5,690톤 순으로 생산되었다(2009년 통계청 자료 참조).

또한 패류의 연도별 생산량을 살펴보면 1985년에 357,009톤이던 것이 1995년 311,963톤, 2004년 304,889톤, 2009년 326,544톤으로 1985년에 비하여 2009년에는 약 40만 톤이 감소되었다.

이러한 감소 원인으로는 엘리뇨 등으로 인해 이상기온과 해수의 온도 변화 등에 따른 양식환경의 변화가 있겠지만, 해양환경오염과 양식장 주변의 각종 생활폐기물의 유입 등에 따른 양식 환경의 변화로 인한 생산량 감소 또한 무시할 수 없는 요인으로 손꼽히고 있다.

특히 패류의 경우 일부에서는 패각이 제거되지 않은 생물 상태로 유통이 되기도 하지만, 대부분의 경우 가공공장에서 패각이 제거된 채, 패류의 육만을 대형마트나 시장에 유통시키고 있다. 따라서 가공 공장에서 발생되는 대부분의 패각들은 방치되거나 해양투기 등을 통해 처리되고 있다. 패류의 소비가 증가될수록 패각의 양은 매년 증가하고 있고, 공장 주위 및 양식장 부근 노지에는 이러한 폐기물로 넘쳐나고 있는 실정이다.

실제 패류 생산의 대부분을 차지하고 있는 굴의 경우 전체 굴 패각 중 약 10~20%만이 사료, 비료, 수 처리 흡착제, 철광 광택용 소재로 이용되고 있고, 약 80~90%가까이는 여전히 폐기물 상태로 방치되고 있어, 어장의 환경오염, 악취 등으로 인한 자연환경을 훼손시키고 있다. 실제 양식어장을 보유하고 있는 어민들조차 정부의 정책에만 의존하고 있는 실정이다.

그 동안 패각류 이용기술로는 일본의 경우 아오모리산 가리비의 패각 원료를 이용한 무좀 치료약과 항균벽재, 항균냄새제거제 등을 상품화하였다. 그러나 칼슘제의 경우 핵심기술이라 할 수 있는 수용성 칼슘제재의 제형화 기술 개발이 아직 미흡하고, 국내의 경우 대부분 수입에 의존하고 있으며, 일반 칼슘제에 비해 가격도 3배 이상 비싸게 판매되고 있기 때문에 용해성이 우수한 수용성 칼슘 제형 개발 기술이 요구되고 있다.

건축내장재 및 페인트 도료 첨가제로 사용하는데 있어 가장 핵심적인 요소는 탄산칼슘의 순도와 염분 농도 등인데 패각류를 이용하여 석회석을 대체할 경우 생산단가가 높아 가격 경쟁력에 많은 문제점을 안고 있다.

현재 실용화 기술이 개발된 분야는 비료와 바이오세라믹이지만, 운송 및 재활용을 위한 pliot plant 제작 원가가 상승되면서 산업적 효용가치가 급격히 하락하고 있는 실정이며 패각의 이용성이 떨어지게 되며 환경문제는 날로 더해가고 있다.

대한민국 특허 제10-0707737호 "패각 이온화칼슘 제조방법 및 패각 이온화칼슘 제조용소성설비'는 패각을 1.5 내지 10 cm 의 크기로 파쇄하는 파쇄과정과 상기 파쇄된 패각을 소성로 내부에 적재한 후, 소성로 내부를 승온 비율이 각기 상이한 다수의 소성단계에 걸쳐 1200℃까지 점차적으로 승온시켜 패각을 소성하는 소성과정과 상기 소성된 패각에 소성로 외부의 공기를 단계적으로 증가시켜 접촉되도록 하면서 냉각시키는 냉각과정을 포함 하는 기술을 제안하고 있다.

그러나, 이 기술은 단순한 패각의 소성방법을 단계별로 소성하여 칼슘 성분을 얻는 기술과 이를 제조하기 위한 설비에 관한 기술로서, 패각의 소성 이후에 냉각과정에서 발생하는 칼슘 성분은 대기 중의 이산화탄소에 의하여 다시 탄산칼슘 성분으로의 회귀가 많이 발생할 수 있는 단점이 있다.

또한, 대한민국 공개특허 10-2015-0009701 "나트륨이 제거된 패각을 이용한 침강성 탄산칼슘의 제조방법" 에서는 패각에 함유되어 있는 나트륨을 소성 열처리를 통하여 제조하는 단계와 이산화탄소를 주입하는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하고 있으나, 역시 단순한 소성에서는 나트륨 이온의 제거는 용이할지 모르나, 소성 후 냉각과정에서 이미 대기 중의 이산화탄소와의 반응에 의해 결정의 크기가 큰 탄산칼슘이 생성되며, 고온, 고압의 반응 조건과 금속 촉매를 사용함으로서 제조비용이 높아질 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0707737호 대한민국 공개특허 제10-2015-0009701호

따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 전량 폐기되는 패각류를 사용하여 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 패각의 소성 및 냉각 조건을 달리하여 불순물이 충분히 제거된 고순도의 칼슘 화합물을 제조하고, 고순도의 칼슘화합물의 탄산화 반응에 의하여 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 폐각을 세척하는 단계; 상기 세척된 패각을 승온속도 10℃/분 의 속도로 1,200℃까지 승온한 후 1,200℃에서 30분~60분 동안 소성하는 단계; 상기 소성 단계를 거친 후 소성로 내부의 온도가 400~600℃ 범위로 냉각된 후 소성된 패각을 꺼내는 단계; 소성된 패각 100g에 물 300 내지 600g으로 급냉시키면서 1분당 회전속도 200 내지 400으로 30분간 교반하는 단계; 상기 교반 후 여과하여 분체 슬러리와 여과액으로 분리하는 단계; 상기 분체 슬러리를 100±10℃에서 건조하여 유기성 수산화칼슘을 얻는 단계; 상기 여과에 의해 생성된 여과액에 이산화탄소를 주입하면서 반응기 내부의 반응온도 40 내지 80℃로 유지하고, 1분당 회전속도 100 내지 300으로 하여 유기성 나노 탄산칼슘을 얻는 단계; 상기 유기성 나노 탄산칼슘을 100±10℃에서 건조하여 건조된 유기성 나노 탄산칼슘 분체를 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명의 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법에 따르면, 패각을 소성, 급냉함으로서, 상압의 조건에서 탄산화 반응을 유도할 수 있는 칼슘 공급원으로서 제공될 뿐만 아니라, 고순도의 환경친화적인 유기성 수산화칼슘과 유기성 나노 탄산칼슘을 제조할 수 있다. 또한 이를 이용하여 식품 첨가제, 의약품, 도료, 제지 등의 미세하고 균일한 입자가 요구되는 산업 분야에 환경 친화적인 고부가가치 소재로서 널리 활용할 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 유기성 나노 탄산칼슘의 분석결과
도2는 본 발명에 따른 유기성 나노 탄산칼슘의 전자현미경 사진

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 폐각을 세척하는 단계; 상기 세척된 패각을 승온속도 10℃/분 의 속도로 1,200℃까지 승온한 후 1,200℃에서 30분~60분 동안 소성하는 단계; 상기 소성 단계를 거친 후 소성로 내부의 온도가 400~600℃ 범위로 냉각된 후 소성된 패각을 꺼내는 단계; 소성된 패각 100g에 물 300 내지 600g으로 급냉시키면서 1분당 회전속도 200 내지 400으로 30분간 교반하는 단계; 상기 교반 후 여과하여 분체 슬러리와 여과액으로 분리하는 단계; 상기 분체 슬러리를 100±10℃에서 건조하여 유기성 수산화칼슘을 얻는 단계; 상기 여과에 의해 생성된 여과액에 이산화탄소를 주입하면서 반응기 내부의 반응온도 40 내지 80℃로 유지하고, 1분당 회전속도 100 내지 300으로 하여 유기성 나노 탄산칼슘을 얻는 단계; 상기 유기성 나노 탄산칼슘을 100±10℃에서 건조하여 건조된 유기성 나노 탄산칼슘 분체를 얻는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

패각을 승온속도 10℃/분 의 속도로 1,200℃까지 승온한 후 1,200℃에서 30분~60분 동안 소성하는 단계는 일반적으로 공지된 패각의 소성 조건이라 할 수 있다.

일 구현예에서, 상기의 소성로 내부의 온도가 400~600℃ 범위로 냉각된 후 소성된 패각을 꺼내는 단계는, 대기 중의 이산화탄소의 흡착에 의해 큰 결정의 생성을 막기 위함으로서, 600℃ 이상이면 너무 고온이라 다음 단계의 상온의 물로 급냉시 수증기가 많이 발생하여 제조 효율이 떨어지는 문제가 있으며, 400℃ 이하이면 대기 중의 이산화탄소와의 반응에 의해 큰 결정이 생성될 수 있다. 바람직하게는 450 내지 550℃의 범위가 적당하다.

일 구현예에서, 상기 소성된 패각 100g에 물 300 내지 600g으로 급냉시키면서 1분당 회전속도 200 내지 400으로 30분간 교반하는 단계는 대기 중의 이산화탄소의 흡착을 막고, 유기성 수산화칼슘의 제조 및 유기성 칼슘이온을 물에 용해시키기 위함이며, 물이 300g 이하이면 유기성 칼슘의 용해도가 충분하지 못하며, 600g 이상이면 이산화탄소 주입단계에서 이산화탄소의 소모량이 커지기 때문에 경제적이지 못하다. 바람직하게는 400 내지 500g의 범위가 적당하다.

일 구현예에서, 여과액에 이산화탄소를 주입하면서 반응기 내부의 반응온도 40 내지 80℃로 유지하고, 1분당 회전속도 100 내지 300으로 하여 유기성 나노 탄산칼슘을 얻는 단계는 칼슘 이온이 용해되어 있는 여과액에 이산화탄소를 주입하면서 나노 탄산칼슘을 얻는 단계로서, 반응기 내부온도가 40℃ 이하이면 탄산칼슘의 생성이 약하고, 반응온도 80℃ 이상이면 생성되는 탄산칼슘의 결정이 커지는 문제점이 발생할 수 있다. 바람직하게는 50~65℃의 범위가 적당하다.

따라서, 본 발명에 의한 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 나노 탄산칼슘의 제조방법에 따르면, 패각을 소성, 급냉함으로서, 상압의 조건에서 탄산화 반응을 유도할 수 있는 칼슘 공급원으로서 제공될 뿐만 아니라, 고순도의 환경친화적인 유기성 수산화칼슘과 유기성 나노 탄산칼슘을 제조할 수 있다.

Claims (5)

1. 본 발명은,
   폐각을 세척하는 단계; 상기 세척된 패각을 승온속도 10℃/분 의 속도로 1,200℃까지 승온한 후 1,200℃에서 30분~60분 동안 소성하는 단계; 상기 소성 단계를 거친 후 소성로 내부의 온도가 400~600℃ 범위로 냉각된 후 소성된 패각을 꺼내는 단계; 소성된 패각 100g에 물 300 내지 600g으로 급냉시키면서 1분당 회전속도 200 내지 400으로 30분간 교반하는 단계; 상기 교반 후 여과하여 분체 슬러리와 여과액으로 분리하는 단계; 상기 분체 슬러리를 100±10℃에서 건조하여 유기성 수산화칼슘을 얻는 단계; 상기 여과에 의해 생성된 여과액에 이산화탄소를 주입하면서 반응기 내부의 반응온도 40 내지 80℃로 유지하고, 1분당 회전속도 100 내지 300으로 하여 유기성 나노 탄산칼슘을 얻는 단계; 상기 유기성 나노 탄산칼슘을 100±10℃에서 건조하여 건조된 유기성 나노 탄산칼슘 분체를 얻는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법
2. 제1항에 있어서,
   소성된 패각은,
   소성로 내부의 온도가 400~600℃ 범위로 냉각된 후 소성된 패각을 꺼내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법
3. 제1항에 있어서,
   소성된 패각 100g에 물 300 내지 600g으로 급냉시키면서 1분당 회전속도 200 내지 400으로 30분간 교반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법
4. 제1항에 있어서,
   유기성 수산화칼슘은,
   교반 후 여과하여 분체 슬러리와 여과액으로 분리한 후, 분체 슬러리를 100±10℃에서 건조하여 유기성 수산화칼슘을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법
5. 제1항에 있어서,
   나노 탄산칼슘은,
   여과에 의해 생성된 여과액에 이산화탄소를 주입하면서 반응기 내부의 반응온도 40 내지 80℃로 유지하고, 1분당 회전속도 100 내지 300으로 하여 유기성 나노 탄산칼슘을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패각류를 이용한 유기성 수산화칼슘 및 유기성 나노 탄산칼슘의 제조방법

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