Durgun ortam tek kristal sisteminde çeşitli safsızlıkların borik asit ve boraks pentahidratın nüklei oluşumuna ve büyümesine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of various impurities on nuclei formation and growth of boric acid and borax pentahydrate in the steady single crystal system
Yazar: FESİH ATKU
Danışman: DOÇ. DR. HALİL DEMİR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ŞAKİR ECE
Siirt Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Boraks = Borax ; Borik asit = Boric acid ; Safsızlık verimi = Impurity yield

Özet:
Kimya teknolojisinde kristalizasyon tekniği ile elde edilen bir üründen beklenen teknik özellikler; oldukça saf, uygun boyutta, homojen ve düzgün dış görünümlü olmasıdır. Saf kristaller elde etmek oldukça kolay görünmesine rağmen bazı durumlarda aşırı doygunluğa yatkın olan maddelerin kristalizasyonunda sorunlar yaşanmaktadır. Ancak uygun büyüklükte ve homojen yapılı kristallerin üretimi, kristalizasyonu gerçekleştirilen maddenin nükleasyonunun gerçekleşeceği koşulların ve büyüme kinetiğinin bilinmesiyle mümkündür. 
MSMPR (mixed suspension mixed product removal) tipi kristalizörler endüstride en çok kullanılan tiplerdir. Fakat bu tip sistemlerde incelenecek parametreler çok olduğu durumlarda bu parametrelerin bir kısmı tek kristal sisteminde (çeşitli faktörlerin habit değişimine etkisi) ve bir kısmı da akışkan yatak sisteminde (hidrodinamik şartların ve çeşitli safsızlıkların etkisi gibi) elimine edilebilir. Böylece herhangi bir maddenin kristalizasyonla üretimi için en uygun koşullar bu üç sistem kullanılarak belirlenebilir. 
Bu çalışmada Borik asit ve boraks pentehidrat kristalleri kullanılarak farklı sıcaklıklarda hazırlanan borik asit ve boraks pentehidrat çözeltilerine verilen aşırı doygunluklarda oluşan kristallerin habit yapılarının zamanla değişimi saf halleri ve çeşitli safsızlıklar varlığında mikroskop altında çekilen fotoğraflarla belirlenmeye çalışılmıştır. 
Yapılan çalışmalar sonucunda, borik asit kristalleri hem saf çözeltilerinde hem de Ca, Mg ve H2SO4 gibi çeşitli safsızlıklar varlığında nüklei oluşturulmadan çözelti ortamına konan tek kristallerin büyümeleri dentritik yapıda olup dentritler nüklei ile oluşturulanlara göre daha zayıf yapıda olduğu belirlendi. Fakat çeşitli safsızlıklar varlığında oluşan dentritik yapılar daha zayıf yapıda olup belirli bir aşırı doygunluk değeri üzerine çıkıldığında ise çözelti ortamında bulunan aşırı doygun ortamda bulunan tek kristal üzerine çökmek yerine çözeltide yeni nükleilerin oluşmasına sebep olduğu tespit edilmiştir. Durgun ortam tek kristal sisteminde elde edilen diğer bir sonuç ise magnezyum safsızlığı varlığında oluşan dentritler kalsiyum ve sülfürik asit safsızlıkları varlığında oluşanlara göre daha az ve zayıf yapıda olduğu gözlemlenmiştir.
Boraks pentahidratın durgun ortam tek kristal sisteminde doygun çözelti ortamına konulan tek kristallerin farklı aşırı doygunluk varlığında büyümesi zamana bağlı olarak izlendiğinde; kristallerin düzgün yapıda büyüdüğü, borik asitteki gibi dentritik yapıların oluşmadığı, fakat aşırı doygunluğun artması ile birlikte çözelti ortamında çok sayıda nükleilerin oluştuğu gözlendi. Tıpkı borik asitte olduğu gibi çeşitli safsızlıklar varlığında durgun ortam tek kristallerinin büyümelerinin saf çözeltilerdeki gibi olduğu görüldü. Diğer önemli bir gözlem ise aşırı doygunluğun artması ile birlikte borik asit kristalleri büyüdükçe ikizlenmelerin daha belirgin hale geldiğidir. 
Durgun ortam tek kristal sisteminde farklı aşırı doygun çözelti ortamına konulan tek kristallerin lineer büyüme hızları, aşırı doygunlukla değişimine bağlı olarak incelendiğinde hem borik asit hem de boraks pentahidrat kristallerinin büyüme hızlarında saçılım görüldüğü ve bu saçılımın çeşitli safsızlıklar varlığında da geçerli olduğu belirlendi.

Abstract:
Technical properties expected from a product obtained by crystallization technique in chemical technology; is the production of highly pure, suitable sized, homogeneous and smooth outer appearance crystals. Although it seems quite easy to obtain pure crystals, in some cases there are problems in the crystallization of substances which are susceptible to süper saturation. However, the production of crystals of suitable size and homogeneous structure is possible by knowing the conditions under which the nucleation of the crystallized material will occur and the growth kinetics.
MSMPR (mixed suspension mixed product removal) type crystallizers are the most widely used in the industry. However, in the case of many parameters to be examined from such systems, some of these parameters can be eliminated in the single crystal system (the effect of various factors on habit change) and some in the fluidized bed system (such as the effect of hydrodynamic conditions and various impurities). Thus, the optimal conditions for the production of any material by crystallization can be determined using these three systems.
In this study, it has been tried to determine the change of habit structures of the crystals formed in the supersaturated solution of boric acid and borax pentehydrate solutions prepared at different temperatures by using pure boric acid and borax pentehydrate crystals under microscope and in the presence of various impurities.
As a result of the studies, boric acid crystals both in pure solutions and in the presence of various impurities such as Ca and Mg, the growth of single crystals put in solution medium without nuclei formation was found to be dendritic structure and dentrites were weaker than those formed with nuclei. However, in the presence of various impurities, the dendritic structures are weaker and when a certain süper saturation value is exceeded it is determined that new nuclei are formed in the solution instead of collapsing on the single crystal in the supersaturated medium. Another result obtained in the quiescent single crystal system is that the dendrites formed in the presence of magnesium impurity are less and weaker than those formed in the presence of calcium and sulfuric acid impurities.
When borax pentahydrate is observed to grow in the presence of different supersaturation of single crystals placed in saturated solution medium in a stationary medium single crystal system; It was observed that the crystals were grown in uniform structure, no dendritic structures were formed as in boric acid, but a large number of nuclei formed into the solution medium with increasing saturation. In the presence of various impurities, as in boric acid, it was observed that the growth of stagnant medium single crystals was the same as in pure solutions. Another important observation is that with increasing saturation, the twinning becomes more pronounced as boric acid crystals grow.
When the linear growth rates of single crystals placed in different supersaturated solution media in constant medium single crystal system were examined due to the variation of the supersaturation, both boric acid and borax pentahydrate crystals showed dispersion at growth rates and this dispersion was also valid in the presence of various impurities.