Baryum sülfat ve farklı bor ürünlerinin tek basamaklı reaksiyonu ile baryum borat eldesi ve üretim prosesinin ekonomik analizi
Barium borate production with single step reaction of bariumsulphate and different boron products and economic analysis of its production process
Yazar: EBRU KARAÇAY
Danışman: PROF. DR. HABİBE CANAN CABBAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bor cevherleri ve bileşikleri günümüz modern sanayilerinin önemli bir girdisi olup baryum
borat, farklı baryum ve farklı rafine bor ürünleri kullanılarak üretimi yapılabilen bir, özel
bor ürünüdür. Baryum boratın anti-korozif özelliği ile boyalarda, seramiklerin
sırlanmasında, optik özellikleri nedeniyle optik camlarda ve tek kristal olarak üretildiğinde
lazer uygulamalarında geniş kullanım alanları vardır. Yapılan çalışma ile Dünya
rezervlerinin % 73'üne sahip olduğumuz bor cevherleri ve yine ülkemizde rezerv açısından
yüksek miktarlarda bulunan barit cevherinin ana bileşiği olan baryum sülfat kullanılarak,
daha yüksek katma değerli bir ürün olan baryum borat üretilmesi hedeflenmiştir. Baryum
sülfat önce çeşitli oranlarda borik asit, susuz boraks, boraks pentahidrat karışımlarında
ergitilerek tek kademede baryum borat üretme çalışmaları yapılmıştır. İkinci kısım
çalışmalarda ergime karışımlarına sodyum karbonat eklenmiştir. İkinci aşamadan sonraki
tüm çalışmalarda baryum kaynağı olarak baryum sülfat ve karbon kaynağı olarak kok
kömürü kullanılmıştır. Bor kaynağı olarak ise, ilk önce disodyum oktaborat tetrahidrat
kullanılarak indirgenme işlemi yapılmış ve bu çalışmanın sonunda elde edilen
numunelerden yapılan XRD analizlerinde baryum sülfür ve baryum borat görülmüştür. Bu
aşamadan sonra tek kademede baryum borat üretmek üzere baryum sülfat, kok kömürü ve
bor oksit farklı oranlarda kullanılarak optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Elde edilen
ürünlerin XRD analizleri yapıldığında tek kademe baryum borat elde edildiği görülmüş
ayrıca oluşan reaksiyonları irdelemek amacıyla TGA analizleri yapılmıştır. Baryum sülfat :
karbon : bor oksit karışım mol oranı için 1:10:0,8; sıcaklık için 900 o C ve süre için 11
dakika olarak belirlenerek baryum borat sentezlenmiştir. Belirlenen parametreler
doğrultusunda bir tesis akım şeması hazırlanmış ve mali analizi yapılmıştır. Yapılan mali
değerlendirmeler sonucunda fizibilite kapsamında 1.000 ton/yıl kapasiteye sahip baryum
borat üretim tesisinin teknik ve ekonomik yapılabilirliği değerlendirilmiştir.

Abstract:
Boron ores and their compounds are important raw materials of today's modern industries
and barium borate is a special boron product which can be produced by using different
barium and different refined boron products. Due to the anti-corrosive properties of barium
borate, it is used in paints, glazing of ceramics, due to its optical properties it is widely
used in optical glass and laser applications when it is produced as single crystal. With this
study, it is aimed to produce barium borate, which is a high value-added product, by using
boron ores, which are 73% of the world reserves in our country and barium sulphate,
which is the main compound of the barite ore found again in high amounts in our country.
Barium sulphate was firstly melted in various proportions of boric acid, anhydrous borax,
borax pentahydrate to produce barium borate with single step. In the second part, before
melting, sodium carbonate was added to these mixtures. After the second stage, barium
sulfate was used as the source of barium and coke was used as the carbon source at all
studies. Firstly, disodium octaborate tetrahydrate was used as the source of boron and after
the end of this study barium sulphide and barium borate were observed in the samples with
the XRD analyzes. After this stage, barium sulfate, coke and boron oxide were used in
different ratios to produce barium borate with single step. When the XRD analyzes of the
obtained products were made, it was seen that with single step barium borate was obtained
and also TGA analyzes were performed to investigate the reactions. 1: 10: 0.8 for the
molar ratio of barium sulfate: carbon: boron oxide mixture; barium borate was synthesized
by determining 900 o C for temperature and 11 minutes for time. A plant flow chart was
prepared in accordance with the determined parameters and financial analysis was
performed. As a result of the financial evaluations, the technical and economic feasibility
of the barium borate production facility with a capacity of 1 000 tons / year was evaluated.