다원소 광물 비료 생산을 위한 몰리브덴 광미

몰리브덴 선광 잔재물로부터 다원소 광물 비료를 생산하는 기술은 광산 잔재물의 종합적 처리를 청정 생산과 결합한 신기술로, 중국 환경 과학 분야의 발전 방향을 제시하고 있다. 시멘트 생산과 유사한 간단한 공정을 통해 몰리브덴 광미 잔재물을 가공하여, 작물 성장에 필수적인 칼륨, 규소 및 기타 원소를 함유한 다원소 광물 비료로 제조한다. 이 비료는 토양에 다량의 칼륨은 물론 실리콘, 칼슘, 마그네슘, 황과 같은 2차 영양소를 공급할 뿐만 아니라, 구리, 철, 아연, 망간, 몰리브덴 등 작물에 필수적인 미량 영양소도 효과적으로 보충해 줍니다. 또한, 이 광물 비료는 질소, 인, 칼륨 비료의 흡수를 촉진하고, 비료 이용 효율을 높이며, 작물의 스트레스 저항성을 강화하고, 작물 품질을 개선하며, 토양 비옥도를 회복시키고, 지속 가능한 토지 생산성을 유지 및 증진시킵니다.

몰리브덴 광미 다원소 광물 비료의 생산 공정은 다음과 같습니다. 몰리브덴 광미와 돌로마이트 또는 고마그네슘 석회석을 원료로 사용하여, 수직 가마 또는 회전 가마에서 소성 공정을 거칩니다. 구체적인 생산 방법은 다음과 같습니다:

• 몰리브덴 광미, 돌로마이트 또는 고마그네슘 석회석, 무연탄 또는 백탄에 포함된 산성 산화물과 염기성 산화물의 총 등가량을 구하고 계산하시오.
• 샤프트 가마 시멘트 열혼합법에 따라 가마 온도를 1200 °C 이상으로 올리기 위해 필요한 석탄 혼합량을 계산하시오.
• 산성 산화물/염기성 산화물 비율이 약 1.1~1.2인 것을 기준으로, 몰리브덴 광미와 돌로마이트 또는 고마그네슘 석회석의 투입 비율을 계산하고, 이를 석탄과 혼합하여 원료 배합을 완성한다. 회전로 소성 시에는 분쇄 석탄을 첨가하지 않는다.
• 알칼리 금속 이온 소성 보조제를 첨가하되, 알칼리 금속 이온의 함량이 전체 배치의 0.2%–1%를 차지하도록 한다.
• 원료를 80 메쉬 이하의 미세한 분말이 될 때까지 분쇄한 다음, 회전로(rotary kiln)에 투입하여 1200–1350 °C에서 소성하여 규산염 비료 클링커를 생산한다. 또는 분쇄된 원료를 펠릿화기에 투입하여 물과 혼합해 펠릿으로 성형한 뒤, 1200 °C 이상의 샤프트 가마에서 소성하여 클링커를 생산할 수도 있다.
• 담금질(냉수 과립화) 과정을 거친 후, 클링커를 분쇄하여 다원소 규소 비료를 얻습니다.

이 기술은 청정 생산 원칙에 기반을 두고 있으며, 광업 및 야금 과정에서 발생하는 “3대 폐기물”(배기가스, 폐수, 고형 폐기물)의 처리와 농경지 비옥도 회복을 통합한 것입니다. 이는 몰리브덴 광미로부터 다양한 중량 및 미량 영양소가 풍부한 광물 비료를 생산하기 위한 혁신적인 기술 및 공정을 형성합니다. 소성 공정을 활용함으로써 화학 추출 공정에서 발생하는 높은 에너지 소비, 높은 비용, 심각한 오염 문제를 피할 수 있어, “3대 폐기물’이 발생하지 않는 청정 생산을 실현합니다.”

2007년, 신홍 그룹 산하의 라이위안 광업 회사는 다완 몰리브덴 광미(광석 잔재물)를 주원료로 한 광물 비료(다원소 실리콘 비료)의 1,000톤 규모 산업 시험 생산을 완료했다. 이 제품은 주로 칼슘, 마그네슘, 실리콘으로 구성되었으며, 칼륨과 철, 구리, 아연, 몰리브덴 등의 미량 원소도 함유하고 있었다. 이 제품은 헤이룽장성에서 “다원소 실리콘 비료”로 비료 등록을 획득했다. 헤이룽장, 지린, 랴오닝, 허베이, 허난에서 벼, 옥수수, 겨울밀, 과수, 온실 채소, 대두, 땅콩을 대상으로 실시한 현장 시험 결과, 수확량 증가, 스트레스 저항성 강화, 병해충 저항성 향상 및 품질 개선 효과가 확인되었다. 2008년, 이 기술은 중국환경과학회의 기술 심사를 통과했으며, 2009년에는 중국과학기술협회로부터 전국적으로 보급할 신기술로 선정되었다. 300여 곳의 시험지에서 3년 가까이 다양한 작물을 대상으로 한 현장 시험 결과, 이 비료는 수확량 증가, 품질 향상, 해충·병해·가뭄·침수·저온에 대한 저항성 등 우수한 농업적 효과를 나타내는 것으로 확인되었다. 현재 이 기술을 사용하여 생산된 비료는 헤이룽장성에서 생산, 보급 및 판매 허가를 획득했습니다. 개발자에 따르면, 시범 생산 원가 산정 결과, 연간 30만 톤의 몰리브덴 광미(tailings)를 배출하는 기업의 경우, 이를 50만 톤의 다원소 광물 비료로 가공할 경우 연간 5,000만 위안의 이익을 창출할 수 있을 뿐만 아니라, 광미 저수지 건설, 유지 관리 및 식생 복원 비용으로 연간 500만 위안을 절감할 수 있다. 이 이익은 몰리브덴 가격이 중간 수준일 때 몰리브덴 광산의 채굴 및 선광 이익과 맞먹는 수준이므로, 몰리브덴 광미로 비료를 생산하는 것은 또 다른 몰리브덴 광산을 창출하는 것과 같다.

2012년 3월 26일부터 27일까지, 산업정보기술부와 중국공학원은 허난성 카이펑에서 “금속 광미의 무해한 농업적 활용에 관한 세미나”를 공동으로 개최했다. 허난 석탄화학공업그룹 유한공사와 베이징 하이다화 광미 자원 활용 기술 유한공사가 공동으로 완성한 “난니후 몰리브덴 광미 무해화 농업 활용 산업 프로젝트 공정 기술 보고서”가 전문가 심사를 통과했다. 전문가들은 금속 광미의 무해한 농업적 활용이란 관련 핵심 기술과 장비를 적용하여 금속 광미를 무해하게 처리하는 것(재농축을 통해 가치 있는 원소나 성분을 회수하고, 유독·유해 중금속 및 선광 첨가제를 제거하고, 수용성 나트륨 염을 제거하는 방식)을 통해 무해하게 처리하고, 중량 및 미량 영양소를 활성화하여 광미(미광)를 양질의 농산물 원료로 전환하는 것을 의미한다고 설명했다. 이를 통해 서방형 비료, 토양 개량제, 재배용 기질 및 기타 새로운 농산물을 생산할 수 있으며, 이는 토양의 물리적·화학적 특성을 개선하고, 토양 품질과 농지 등급을 높이며, 작물의 영양 요구를 충족시키고, 식량 안보를 보장한다. “몰리브덴 광미의 무해한 농업적 활용” 프로젝트는 허난 석탄 화학 산업 그룹이 중국 최초의 대규모 “비철(몰리브덴) 순환 경제 신산업 기지”를 구축하는 데 있어 핵심 요소입니다. 몰리브덴 광미 무해 농업 활용 프로젝트 및 관련 지원 시설에 대한 투자 규모는 91억 5천만 위안에 달한다. 이 프로젝트가 완전히 완공되면 연간 2,000만 톤의 몰리브덴 광미 소비 및 종합 활용이 예상되며, 연간 매출액 250억 위안 이상, 연간 이익 및 세금 85억 위안 이상을 달성하고 약 5,500명의 일자리를 창출할 것으로 전망됩니다.

자성 복합비료에 사용되는 광미

제7차 5개년 계획 기간(1986~1990년) 동안, 마안산 광업연구소는 자화 처리된 철 광미(tailings)를 토양 개량제로 활용하는 연구를 중국에서 최초로 선도했다. 1984년부터 이 연구소는 난산 철광산의 자력 선별 과정에서 발생한 광미를 이용해 자화 비료를 생산하기 시작했다. 이 광미는 특수 설계된 자화 장치를 통해 자화된 후 토양에 시비되었다. 연구 결과, 자화된 광미를 시비한 후 토양의 자성이 증가하고, 토양 내 자성 응집체의 구조가 변화했으며, 특히 토양 내 강자성 물질이 활성화되어 토양 구조, 공극률 및 통기성이 개선된 것으로 나타났다. 1985년부터 연구소는 마안산 철강 회사의 광산 회사와 종합 이용 회사와 차례로 협력하여 자화 비료의 농업적 적용에 대한 실험 연구를 더욱 심화해 나갔다. 난산 철광산의 자화 철 광미(tailings)를 토양 개량제로 사용한 실험에는 화분 실험, 필드 플롯 시험, 다양한 작물과 서로 다른 토양 유형에 대한 대규모 시범 시험이 포함되었다. 그 결과, 자화 광미를 토양에 시비했을 때 작물 수확량이 현저히 증가한 것으로 나타났는데, 평균 증가량은 조생종 벼의 경우 12.63%, 중생종 벼의 경우 11.06%, 대두의 경우 15.5%였습니다. 제8차 5개년 계획 기간(1991–1995) 동안, 연구소는 자력 선별 공장의 철 광미와 화학 비료를 일정 비율로 혼합하고, 자화 및 과립화 등의 공정을 거쳐 자화 복합 비료를 생산했다. 당투현 타이창 생태촌에는 연간 10,000톤 규모의 자화 복합비료 공장이 건설되었다. 복합비료의 결합제로 벤토나이트 대신 자화된 광미를 사용함으로써 비용을 절감할 뿐만 아니라 비료 효능도 향상되어 지역 농민들로부터 호평을 받았다.

토양 개량제로 사용되는 광미

광미에는 종종 아연(Zn), 망간(Mn), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 붕소(B), 인(P) 등 식물의 성장과 발달에 필수적인 미량영양소가 포함되어 있으므로, 미량영양소 비료나 토양 개량제로 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 칼슘을 함유한 광미는 산성 토양에 시비하여 산도를 중화시키고 토양 품질을 개선하는 데 사용할 수 있습니다. 칼슘, 마그네슘, 실리콘 산화물을 함유한 광미는 산성 토양의 석회화 및 중화 처리를 위한 농업용 비료로 사용될 수 있습니다. 현재 비료 첨가제로 주로 사용되는 광물이나 암석으로는 벤토나이트, 제올라이트, 규조토, 사문석, 펄라이트 등이 있습니다.

10년 이상의 연구 끝에, 중국과학원 지질·지구물리학연구소의 과학자들은 토양의 전반적인 비옥도를 효과적으로 향상시킬 수 있는 새로운 유형의 미세 다공성 광물 비료를 독자적으로 개발했다. 이 비료는 범용성이 뛰어나고 비용이 저렴하여 중국 전역의 광범위한 지역에서 토양 비옥도를 개선하는 데 기여할 수 있다. 샤오 유쿠이(Shao Yucui)와 동료 연구진은 10종의 서로 다른 천연 광물을 토양 개량제로 사용하여, 염분 농도 4–5 g/L인 기수(brackish water)로 관개된 토양에 미치는 영향을 시험했다. 그 결과, 2,500 kg/hm²의 양으로 시비한 개량제 1(100% 벤토나이트)은 토양의 부피 밀도를 12.23% 감소시키고 토양 비옥도를 12.28% 증가시킨 것으로 나타났다. 시험한 모든 개량제는 0–5 cm 토양층의 총 염분 함량을 감소시켰으며, 최대 감소율은 72.5%에 달했고, 또한 0–40 cm 토양층의 CO₃²⁻ 및 HCO₃⁻ 이온 농도를 감소시켰으며, 최대 감소량은 100%였다. 2,250 kg/hm²의 비율로 시비된 개량제 4(100% 인산석고)는 토양의 Ca²⁺ 및 Mg²⁺ 이온 농도를 증가시키는 한편, K⁺ 및 Na⁺ 이온 농도는 감소시켰다.

2010년, 광둥 완팡 그룹은 바이시장 몰리브덴 광미(尾礦)를 주원료로 사용하여 500톤 규모의 산업 시험을 완료하고, 산성 적토용 토양 개량제를 성공적으로 생산했다. 이 제품은 벼, 채소, 열대 과일, 담배 및 기타 작물에 대해 수확량 증가, 품질 향상, 토양 개량 등의 효과를 나타냈다. 이를 바탕으로, 이들은 남중국농업대학, 광둥농업과학원 토양·비료연구소 및 기타 기관과 협력하여 남부 산성 적토 지역의 다양한 작물에 적합한 특수 비료를 더욱 개발해 나갔습니다.

2011년, 베이징 하이다화(Haidahua)사와 허난 석탄화학산업그룹은 몰리브덴 광미의 무해한 농업 재이용 산업 프로젝트를 수행하여, 난니후(Nan‑ni‑hu) 몰리브덴 광미를 활용해 고부가가치 서방성 비료와 모래 토양 개량제를 개발했다. 산동농업대학교에서 실시한 밀 현장 시험과 허난농업과학원 식물영양·자원·환경연구소에서 중·저수확 농지의 모래 토양 개량에 대한 적용 실험 결과, 각각 27%와 41%의 수확량 증가가 확인되었으며, 그 효과가 유의미한 것으로 나타났다.

안후이 아오산 농축 공장에서는 황과 인 등 귀중한 원소를 회수하기 위해 광미의 재농축을 실시한 것 외에도, 탈인 처리를 거치지 않은 자력 선별 광미를 토양 개량 용도로 활용하는 시험도 진행했다. 시험 결과, 광미로 개량한 토양에서는 작물 수확량이 현저히 증가한 것으로 나타났는데, 벼의 경우 10%–15%, 유채의 경우 약 5%가 증가했으며, 밀, 대두 및 기타 작물의 생육도 개선되었다.