Toz haline getirilmiş doğal ve kalsine uleksit mineralinin sülfürik asit çözeltilerindeki çözünürleştirme kinetiği
Dissolution kinetics of natural and calcined powdered ulexite mineral in sulphuric acid solutions
Yazar: GÜLSÜM TIRAŞ
Danışman: DOÇ. DR. AYCAN GÜR
Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada toz hale getirilmiş doğal ve kalsine uleksit mineralinin sülfürik asit çözeltilerindeki çözünürleştirme kinetiği bir dizi reaktör kullanılarak incelendi. Çözünürleştirme kinetiği prosesinde, toz hale getirilmiş doğal uleksit minerali için; sülfürik asit çözelti konsantrasyonu, katı/sıvı oranı, karıştırma hızı, reaksiyon sıcaklığı ve toz hale getirilmiş kalsine uleksit minerali için ise; sülfürik asit çözelti konsantrasyonu, katı/sıvı oranı, karıştırma hızı, kalsinasyon sıcaklığı parametre olarak seçildi.
Toz hale getirilmiş doğal uleksit minerali için; çözünme hızının, artan reaksiyon sıcaklığı, çözelti konsantrasyonu, karıştırma hızı, azalan katı/sıvı ile attığı ve toz hale getirilmiş kalsine uleksit minerali için ise; çözünme hızının, artan kalsinasyon sıcaklığı, çözelti konsantrasyonu, karıştırma hızı, azalan katı/sıvı oranı ile arttığı tespit edildi. 
Ayrıca aynı şartlar göz önüne alındığında; kalsine numunelerin kalsinasyon sıcaklından kaynaklanan gözenek büyüklüğü, dehidrasyon ve bunun sonucu olarak sülfürik asitten gelen hidrojen iyonlarıyla daha kolay ve daha hızlı etkileşebildiğinden dolayı, doğal numunelere göre birim zamanda daha fazla çözündüğü tespit edildi. Toz hale getirilmiş doğal ve kalsine uleksit numunelerinin sülfürik asit çözeltilerinde çözünme reaksiyonları aşağıdaki gibi gösterilebilir:
Na2O. 2CaO.5B2O3.16H2O   + 6H3O+  → 2Na(aq) +  + 2Ca+2  + 10H3BO3(aq) +  10H2O(s)                
Na2O. 2CaO.5B2O3.XH2O   + 6H3O+  → 2Na(aq) +  + 2Ca+2  + 10H3BO3(aq) +  XH2O(s)                
Bunlara ilaveten toz hale getirilmiş doğal uleksit minerali için çözünme hızı homojen ve heterojen reaksiyon modellerine göre incelendi, kinetik değerlendirmeler yapıldı ve çözünürleştirme olayının kimyasal reaksiyon modeline uyduğu ve aşağıdaki matematiksel modelle gösterilebileceği ortaya konmuştur.
[1-(1-X)1/3] = [5.36.102 (CA)o0.8550. (K/S)-0.9576 (KH) 0.4453 e-3564/T.t]

Anahtar Kelimeler: Toz haldeki uleksit, sülfürik asit, borik asit, kalsine uleksit, kinetik.

Abstract:
In this study, the dissolution kinetics of powdered natural and ulexite mineral in sulphuric acid solutions was investigated in a batch reactor.  In the dissolution kinetics process, for the powdered natural ulexite mineral; the effects of sulphuric acid solution concentration, solid-to-liquid ratio, stirring speed,  reaction temperature and for the powdered calcined ulexite mineral; sulphuric acid solution cocentration, solid-to-liquid ratio, stirring speed, calcination temperature were chosen as parameters. 
It was determined that the dissolution rate increased with an increase in sulphuric acid solution concentration, stirring speed, reaction temperature,  with a decrease in solid-to-liquid ratio for powdered natural ulexite mineral and it was also determined that the dissolution rate increased with an increase in sulphuric acid solution concentration, stirring speed, calcination temperature,  with a decrease in solid-to-liquid ratio for powdered calcined ulexite mineral. 
Furthermore it was determined that calcined powdered ulexite samples more rapidly dissolve with regard to powdered natural uleksit samples. Because when powdered uleksit samples be exposed to certain high calcination temperature, in this process mineral lose hydrate water,  its pore area expands and at this result dissolution to get rapidly in unite time comparing to natural powdered mineral. Dissolution reactions for powdered natural and calcined ulexite samples in sulphuric acid solutions can shown as follow respectively,
Na2O. 2CaO.5B2O3.16H2O   + 6H3O+  → 2Na(aq) +  + 2Ca+2  + 10H3BO3(aq) +  10H2O(s)                
Na2O. 2CaO.5B2O3.XH2O   + 6H3O+  → 2Na(aq) +  + 2Ca+2  + 10H3BO3(aq) +  XH2O(s)                
In addition the reaction rate for the powdered natural ulexite was examined according to homogeneous and hetereogeneous rection model and kinetics evaluations were done. Dissolution process was found to be controlled by chemical reaction model and the mathematical model to represent the kinetics of this process can be shown as:
 [1-(1-X)1/3] = [5.36.102 (CA)o0.8550. (K/S)-0.9576 (KH) 0.4453 e-3564/T.t]

Key Words:  Powdered ulexite, sulphuric acid, boric acid, calcined ulexite, kinetics.