Kolemanitin mikrodalga ısıtma etkisinde, kuvvetli asidik karakterli iyon değiştiricili ortamda su ve borik asit çözeltilerinde çözünürlüğünün incelenmesi
Analysing the dissolution of colemanite ore in boric acid solutions under microwave heating and dynamic acidic ion exchanger
Yazar: ÇİĞDEM EYMİR TEKİN
Danışman: DOÇ. DR. HÜSEYİN OKUR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Borik asit = Boric acid ; Kolemanit = Colemanite ; Mikrodalgalar = Microwaves ; İyon değiştiriciler = Ion exchanges

Özet:
Bor mineralinin türevlerinden biri olan ve 2CaO.3B2O3.5H2O formülüne sahip Kolemanit, tabiatta bol miktarda bulunan ve ticari önemi büyük olan bir bor cevheridir. Kolemanit, borik asit üretimi için kullanılan en önemli bor minerallerinden biridir.Bu çalışmada Bandırma Boraks İşletmelerinden temin edilen kolemanitin, kuvvetli asidik karakterli iyon değiştirici ihtiva eden borik asit çözeltilerindeki çözünürlüğü klasik ve mikrodalga enerjili ısıtma ortamında incelenmiştir. Sıcaklık, tane boyutu, katı/sıvı oranı, karıştırma hızı, asit konsantrasyonu, iyon değiştirici miktarı ve mikrodalga gücü parametre olarak seçilmiştir. Çözündürme işleminde asidik karakterli iyon değiştirici kullanılmasıyla ortamdaki Ca2+ iyonlarının tutulması, dolayısıyla ortamın asitliğinin artırılması ve kristallendirme safhasında daha saf bir borik asit oluşturulması hedeflenmiştir. Kolemanitin çözündürülme kinetiği, klasik ısıtma ve mikrodalga enerjisi ile ısıtma ortamlarında incelenmiş ve mikrodalga ile ısıtmada daha yüksek dönüşümler elde edildiği gözlemlenmiştir.Kolemanitin çözündürülme kinetiğinin de incelendiği bu çalışmada, çözünme hızının tane boyutu ve katı/sıvı oranının azalmasıyla arttığı, karıştırma hızının, asit konsantrasyonunun ve asidik karakterli iyon değiştirici miktarının artması ile arttığı görülmüştür. Reaksiyon modeli tespitinde akışkan katı reaksiyonlar için sabit boyutlu ve büzülen tanecik modelleri ile homojen 1. ve 2. mertebe hız modelleri denenmiş, çözünmeyi kontrol eden hız mekanizmasının homojen 1. mertebe reaksiyon modeli ile kontrol edildiği bulunmuştur.İstatistik programı olan Statistica 7.0 kullanılarak, lineer olmayan parametre tahmini ile dönüşümün parametrelerle ilişkisi belirlenmiştir. Aynı hesaplamada, klasik yöntem için aktivasyon enerjisi (E) 25.25 kJ mol-1, mikrodalga yöntem için aktivasyon enerjisi (E) 23.35 kJ mol-1 olarak bulunmuştur. Elde edilen matematiksel ifadeler aşağıdaki gibidir.-ln(1-x) = 1,10-6 [(kh)2.132(tb)-0.670(k/s)-0.592(ı)0.788(c)0.816 .e-25.25 / RT ] t (klasik ısıtma)-ln(1-x) = 7,56. 10-4 [(kh)1.159(tb)-0.574(k/s)-0.694(ı)0.515(c)1.333(guc)0.072.e-23.35 / RT ] t(mikrodalga ısıtma)

Abstract:
Colemanite, having 2CaO.3B2O3.5H2O formula, is a boron ore, which is abundant in nature and has a high commercial value. Colemanite is one of the most important boron minerals used for production of boric acid.In this study, the dissolution of colemanite from Bandırma Boraks Facilities was investigated in boric acid solutions containing highly acidic ion exchangers in a classical and microwave energy heating environment. Particle size, acid concentration, reaction temperature, stirring speed, amount of ion exchanger, solid to liquid ratio and microwave power were selected as parameters. It is aimed that to hold Ca2+ ions by acidic ion exchangers and increase the acidity in the media, in that way, to obtain purer boric acid in the crystallization stage. Dissolution kinetics of Colemanite was observed under conventional and microwave heating conditions and it was seen that superior conversions can be acquired via microwave heating.Dissolution kinetic of Colemanite was also examined in this study and it was seen that the dissolution rate increased with decreasing particle size and solid to liquid ratio and increasing stirring speed, acid concentration and amount of acidic ion exchanger. In determining reaction model, the unchanged size and shrinking core models along with homogenous first and second order rate models were examined and it was observed that the rate mechanism controlling dissolution process was first order homogenous reaction model.By using the statistical program Statistica 7.0, the activation energies for conventional method and microwave method were found to be (E) 25.25 kJ mol-1 and 23.35 kJ mol-1, respectively. Mathematical equations obtained are as follows:-ln(1-x) = 1.10-6 [(kh)2.132(tb)-0.670(k/s)-0..592(ı)0.788(c)0.816 .e-25.25 / RT ] t (conventional heating )-ln(1-x) = 7.56. 10-4 [(kh)1.159(tb)-0.574(k/s)-0694(ı)0.515(c)1.333(guc)0.072.e-23..35 / RT ] t (microwave heating)