Uleksitin yüksek sıcaklıklarda karbondioksit ile doyurulmuş sulu ve borakslı çözeltilerde çözünürlük kinetiğinin ve optimizasyonunun incelenmesi
Investigation of kinetics and optimization of ulexite mineral at high temperature in aqueous and borax solutions saturated with carbon dioxide
Yazar: FEYZA DİŞLİ
Danışman: PROF. DR. SABRİ ÇOLAK ; YRD. DOÇ. DR. SONER KUŞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bor = Boron ; Liçing = Leaching ; Üleksit = Ulexite

Özet:
Türkiye Bor madeni varlığı bakımından dünyanın en önemli ülkelerinden biridir. Dünyada bor üretimi Türkiye, ABD, Arjantin, Çin ve Şili tarafından yapılmaktadır. Gelişen bilim ve teknoloji sayesinde borun kullanım alanları gitgide genişlemektedir. Dünyada bor sektöründe en fazla ham ve rafine bor ürünleri kullanılmaktadır. Dünyada bor rezervlerinin %63'üne sahip ülkemiz gerçek bir servetin üzerinde oturmaktadır.Bu çalışmanın amacı Bandırma Boraks Tesislerinden temin edilen uleksit mineralinin karbondioksitle doyurulmuş sulu ve borakslı çözeltiler içerisindeki çözünürlük kinetiğini ve optimizasyonunu incelemektir.Çalışmanın birinci aşamasında; uleksitin karbondioksitle doyurulmuş sulu ve borakslı çözeltiler içerisindeki çözünürlük kinetiği incelenmiştir. Uleksitin çözünürlüğünün sıcaklığın artması ile birlikte arttığı, tane boyutunun ve katı/sıvı oranının artması ile azaldığı tespit edilmiştir. Her iki aşamada da çözünme hızı karıştırma hızından bağımsız çıkmıştır. Aktivasyon enerjileri sulu ve borakslı çözeltiler için sırası ile 40,47ve 42,53 kJ/mol olarak bulunmuştur. Her iki aşama içinde çözünmenin yüzeydeki kimyasal reaksiyonla kontrollü olduğu bulunmuştur. Sonuç itibariyle, uleksit mineralinin karbondioksitle doyurulmuş sulu ve borakslı çözeltiler içerisindeki çözünürlüğünün seçilen parametrelere bağlı olarak elde edilen hız ifadeleri aşağıdaki gibi bulunmuştur:1-(1-X)1/3 = 3,682x105. D-0.8. (S/L)-0.5. W 0.2.e (-40476,5 /8,314T) . t (sulu çözeltiler için)1-(1-X)1/3 = 9,725x105. D-0.8. (S/L)-0.6. W 0.1.e (-42525,5 /8,314T) . t (borakslı çözeltiler için)Çalışmanın ikinci aşamasında; uleksitin karbondioksitle doyurulmuş sulu ve borakslı çözeltiler içerisindeki optimizasyonu incelenmiştir. Deneysel veriler faktöriyel deney tasarımına göre analiz edilmiştir. Daha önce yapmış olduğumuz kinetik çalışmalara da dayanarak parametreler olarak reaksiyon sıcaklığı (X1), katı/sıvı oranı (X2), tane boyutu (X3) ve reaksiyon süresi (X4) seçilmiştir. Sıcaklık ve reaksiyon süresinin üst sınır değerleri ile, katı/sıvı oranının ve tane boyutunun alt sınır değerlerinin alınmasıyla, en yüksek verim elde edilmiştir. En yüksek liçing verimi ise, hem sulu hem de borakslı çözeltiler içerisinde 11. Deneyde, sırasıyla, %96,05 ve %95,83 olarak bulunmuştur. Regresyon modelleri aşağıdaki şekilde elde edilmiştir.Y B2O3 = 79,1636+ 3,8251.X1 - 8,3385 - 5,5545.X3 + 9,9965.X4 - 2,7304.X12 - 1,7897.X22-7,1284.X42-0,1631.X1.X2-1,1094.X1.X4-1,5156.X2.X3+1,4569.X2.X4+3,7319.X3.X4(sulu çözeltiler için)Y B2O3 = 72,240+ 6,1695X1 -13,1262X2 -7,5076X3 +9,1141X4 -4,0803X22 +2,5903X32-2,3865X42+2,4275X2X4(borakslı çözeltiler için)Anahtar Kelimeler: Bor, uleksit, faktöriyel deney tasarımı, liçing, çözünme kinetiği, optimizasyon

Abstract:
Turkey is the most important country about including boron minerals. The most outstanding countries producing boron are Turkey, USA, Argentina, Russia, China and Chili in the world. Boron minerals become widespread in the whole world from day to day in 21 st century. Raw and refined products are mostly used in the world boron industry nowadays. 63% of world boron reserves, our country is actually sitting on a fortune.The aim of the study was to investigate the dissolution kinetics and optimization of ulexite from Bandirma Borax Plant at high temperature in aqueous and borax pentahydrate solutions saturated with carbon dioxide in a mechanical agitation system.In the first part of the study, it was studied the dissolution kinetics of ulexite in both aqueous and borax solutions saturated with carbondioxide. It was observed that increase in the reaction temperature and decrease in the particle size and solid/liquid ratio causes an increase the dissolution rate of ulexite. The dissolution extent is not affected by the stirring speed rate in experimental conditions in both systems. The activation energy was found aqueous and borax solutions to be 42,53 and 40,47 kJ/mol, respectively. This values indicate the dissolution rate of ulexite is a chemically controlled reaction in both systems. The rate expression associated with the dissolution rate of ulexite depending on the parameters chosen may be summarized for aqueous and borax solutions, respectively, as follows:1-(1-X)1/3 = 3,682x105. D-0.8. (S/L)-0.5. W 0.2.e (-40476,5 /8,314T) . t (for aqueous solutions)1-(1-X)1/3 = 9,725x105. D-0.8. (S/L)-0.6. W 0.1.e (-42525,5 /8,314T) . t (for borax solutions)In the second part of the study, it was investigated the optimization of ulexite in both aqueous and borax pentahydrate solutions saturated with carbon dioxide. Experiments were made using the factorial experimental design method. With the assistance of our previous kinetics studies, the parameters were chosen as reaction temperature (X1), solid / liquid ratio (X2), ulexite particle size(X3) and time (X4) that are thought to be effective on leach. On receipt of the maximum values of reaction temperature and reaction time, and the minimum values of solid/liquid and particle size, the highest values are found as %96,05 ve %95,83. The regression models were found as follows.Y B2O3 = 79,1636+ 3,8251.X1 - 8,3385 - 5,5545.X3 + 9,9965.X4 - 2,7304.X12 - 1,7897.X22-7,1284.X42-0,1631.X1.X2-1,1094.X1.X4-1,5156.X2.X3+1,4569.X2.X4+3,7319.X3.X4(for aqueous solutions)Y B2O3 = 72,240+ 6,1695X1 -13,1262X2 -7,5076X3 +9,1141X4 -4,0803X22 +2,5903X32-2,3865X42+2,4275X2X4(for borax solutions)Keywords: Boron, ulexite, factorial experimental design, leaching, dissolution kinetics, optimisation.