Uleksitin borik asit çözeltisinde çözünme kinetiği kalsinasyonu ve optimizasyonu
Dissolution kinetics of ulexide in boric acid solutions, calcination and optimization
Yazar: MEHMET HARBİ ÇALIMLI
Danışman: PROF. DR. MEHMET TUNÇ
Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Önemli bor minerallerinden biri olan uleksit, dünya bor rezervlerinin yaklaşık olarak % 72' sine sahip olan Türkiye'nin önemli yeraltı zenginlik kaynaklarından biridir. Günümüzde pek çok alanda kullanılan bor türevleri, bor minerallerinin genellikle çeşitli çözücülerle muamele edilmesiyle elde edilmektedir. 
Bu çalışmada uleksitin borik asit çözeltisinde çözünme kinetiği, kalsinasyonu ve optimizasyonu incelenmiştir. Deneysel çalışmalar üç aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamasında sıcaklık, asit konsantrasyonu, tane boyutu, katı/sıvı oranı ve karıştırma hızı parametrelerinin, uleksitin borik asit çözeltisindeki çözünme hızı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlara göre uleksitin çözünme hızının; sıcaklık ve asit konsantrasyonun artması ile arttığı, tane boyutu ve katı/sıvı oranının artması ile azaldığı, ancak karıştırma hızının çözünme hızı üzerine diğer parametreler kadar etkili olmadığı tespit edilmiştir. Parametrelerin değerlendirilmesiyle çözünme olayının kimyasal reaksiyon kontrollü modele uyduğu ve reaksiyon hız ifadesinin aşağıdaki modelle gösterilebileceği belirlendi. Prosesin aktivasyon enerjisi 22,024 kj/mol olarak hesaplandı. 
1– (1–X)1/2 = [2.02(Rp) –1,013[CA]00,4579(K/S) –0,650(K.H)0,0545e –2649,12/ T].t
İkinci aşama olan kalsinasyon kısmında; kalsinasyon sıcaklığına bağlı olarak 170 oC' ye kadar çözünmenin arttığı, 300 oC' den sonra gözeneklerin kapanmasına bağlı olarak çözünmenin azaldığı görülmüştür. Numunelerin X-ray analizlerinde görülen pik sayısının 170 oC' den sonra azalması, çözünme hızını yavaşlatan cevherin yüzey alanının giderek azaldığını göstermiştir. SEM analizleri, 170 oC' den sonra maddede oluşan çatlak sayısını ve yüzey alanının azaldığını teyit etmektedir. 
Üçüncü aşama olarak incelenen optimizasyon kısmında, tam faktoriyel dizayn metodu kullanılarak uygun optimum koşullarda deneyler yapılmıştır. Burada deneylerin sonucunda bulunan değerlerin, tam faktoriyel metodu ile elde edilen modelle bulunan teorik sonuçlarla uyumlu olduğu  tespit edilmiştir. Tam faktoriyel dizayn yöntemiyle ölçüsüz koordinat sisteminde
Yx = 0,5743875+ 0,1007375X1 + 0,2264375X2 –0,169363X3–0,049863X1X2 –
– 0,028063X1X3 – 0,018713X2X3 + 0,0706375 X1X2X3   modeli oluşturulmuştur.
Natural koordinat sisteminde oluşturulan model ise ;
Yz = –0,51804 + 19,541Z1 + 0,02237Z2 + 0,09368Z3 – 0,281365Z1Z2
–4,677869Z1Z3 –0,00336Z2Z3+0,080729Z1Z2Z3 şeklinde  olduğu belirlenmiştir.
	
Anahtar kelimeler: Bor, Uleksit, Borik asit, Çözünme kinetiği, Kalsinasyon, Optimizasyon, Tam faktoriyel dizayn metot.

Abstract:
Ulexite, one of the important boron minerals, is one of the significant underground resources of Turkey which hold nearly % 72 of the boron reserves in the world. The boron derivations used in many fields nowadays are usually obtained by processing different dissolvers.
In this study; the dissolution kinetics of the ulexite in boric acid solutions, its calcinations and optimization were investigated. Experiments studies consisted of three parts. In the first part the effects of solution concentration, particle size, solid/liquid ratio and reaction temperature on the dissolution rate were investigated. According to optained results of experimets; it was found that the dissolution rate increased with increasin boric acid concentration and reaction temperature. But increasing the particle size and solid/liquid ratio decreased the dissolution rate. It was found that the stirring speed wasn't changed as much as the other parameters. It was determined that the dissolution rate fit to the chemical reaction control model and the  reaction model is below. The activation energy of this dissolution process was found to be 22,024 kJ/mol.
1– (1–X)1/2 = [2.02(Rp) –1,013[CA]00,4579(K/S) –0,650(K.H)0,0545e –2649,12/ T].t
In the second parts, calcinations, it was seen that the dissolution rate was increased with increasing calcination temperature up to 170 oC and the process rate was decreased after 300 oC with decreasing the number of pores. In X-rays figures, decreasing the number of tall peaks after 170 oC shows that solid particles were coalesced which prevents the dissolution process. After 170 oC depending on  decreasing the number of splits were seen in SEM images confirms this process.
In the last part the suitable parameters has been selected by using the solvation kinetics experiments and factorial design method, it has been performed 23 = 8 experiments. In this process the efective parameters have been selected as acid concentration (X1), temperature (X2), solid/ liquid ratio (X3). The obtained complete and effective model has been shown in below;
Yx = 0.5743875+ 0.1007375X1 + 0.2264375X2– 0.169363X3 – 0.049863X1X2– 0.028063X1X3 – 0.018713X2X3 + 0.0706375 X1X2X3.
Yz = –0.51804 + 19.541Z1 + 0.02237Z2 + 0.09368Z3 – 0.281365Z1Z2 –4.677869Z1Z3–0.00336Z2Z3+0.080729Z1Z2Z3.

Key words: Boric acid, Ulexite, Boron, Dissolition kinetics, Full factorial Design method.