Magnezyum oksit ve borik asit kaynaklarından magnezyum boratların üretimi, karakterizasyonu ve üretimi etkileyen faktörlerin incelenmesi
Production and characterization of magnesium borates from magnesium oxide and boric acide and investigation of factors affecting the production
Yazar: FATMA TUĞÇE ŞENBERBER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. EMEK MOROYDOR DERUN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Borik asit = Boric acid ; Magnezyum oksit = Magnesium oxide ; Raman spektroskopisi = Raman spectroscopy

Özet:
Bor elementi, doğada karbon ve benzeri başka elementler ile bileşik oluşturduğundan dolayı, bor mineralleri ve bileşikleri olarak bulunmaktadır. Endüstride yüksek saflıkta bor üretimi pahalı ve zorlu bir süreçtir. Yaşadığımız coğrafyada, Dünyanın en zengin bor mineral yatakları bulunmaktadır. Balıkesir'de Sultançayırı ve Bigadiç, Eskişehir'de Seyitgazi (Kırka) ve Kütahya çevresinde önemli bor mineral yatakları bulunmaktadır.Bor minerallerinin alt gruplarından biri olan magnezyum boratlar yapısal özellikleri açısından çok iyi ısıl ve mekanik özellikler gösterirler. Magnezyum boratların başlıca kullanım alanları, yüksek elastik katsayısı, paslanmaya karşı dirençleri ve yüksek ısı direnci sayesinde, seramik endüstrisi, deterjan bileşimleri, süper-iletken malzeme üretimleri, hidrokarbon katalizörleri, sürtünmeyi azaltıcı katkı ve yağları şeklindedir. Aynı zamanda yüksek bor içeriklerinden dolayı Nötron ve Gama radyasyonuna karşı malzeme üretimlerinde de kullanılabilmektedir.Magnezyum borat sentez yöntemlerini başlıca hidrotermal ve termal olmak üzere iki ana başlıkta toplamak mümkündür. Hammaddelerin sıvı ortamda çözülüp reaksiyona sokulması prensibine dayanan hidrotermal yöntemde, daha önce yapılmış çalışmalara kıyasla daha düşük sıcaklıklarda ve daha kısa reaksiyon süresinde hidrat yapıda magnezyum borat sentezlenmiştir. Parametrelerin değiştirilmesiyle tekrarlanan deneylerde düzgün kristal özelliklere sahip ürün sentezi en uygun değerler; 100oC reaksiyon sıcaklığı, 240 dakika reaksiyon süresi ve 40oC kurutma sıcaklığı şeklindedir. Belirlenen bu sıcaklıklarda saf ?01-076-540? referans kodlu magnezyum borat minerali admontit sentezi sağlanmıştır. Yapılan deneylerde elde edilen başlıca ürünler yedi mol su içeren ?admontit? ve dokuz mol su içeren ?01-070-1902? referans kodlu magnezyum borat minerali ?mkalisterit? olarak adlandırılmaktadır.Hammaddelerin kuru ortamda karıştırılarak reaksiyona sokulması prensibine dayanan termal yöntemde, yüksek sıcaklık fırınları kullanılır. Yapılan bu çalışmada önceki çalışmalardan farklı olarak 1000oC ve altında da magnezyum borat sentezi gerçekleştirilmiştir. Değiştirilen parametrelerle tekrarlanan deneylerde en kristal özelliklere sahip ürünler; 1000oC reaksiyon sıcaklığında, 3:2 ve 1:1 reaktif mol oranlarında, 240 dakika reaksiyon süresinde elde edilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda ?01-075-1807? referans koduna sahip ?kotoit? ve ?01-086-0531? referans koduna sahip ?suanit? mineralleriyle farklı referans kodlarına sahip magnezyum borat mineralleri üretilmiştir.Her iki metotta da üretim prosesinin ardından elde edilen ürünlerin FT-IR, Raman spektroskopisi, SEM analizleri yardımıyla karakterizasyonu yapılmıştır. Sentezlenen ürünlerin karakterizasyon spektrumlarının benzer yapıda olduğu görülmüştür.

Abstract:
Boron combines with other element such as carbon and these molecules are called ?boron minerals? in nature. In industry, production of boron is an expensive and hard process at higher purity. The richest boron reserves are in our country. There are superior boron reserves at Sultancayiri and Bigadic in Balikesir, at Seyitgazi (Kirka) in Eskisehir and around Kutahya.Magnesium borate which is sub?kind of boron minerals shows strong thermal and mechanic properties. Due to their useful properties like higher elastic coefficient, corrosion and thermal resistance, there are a lot of using areas of magnesium borates such as ceramic industry, composition of detergents, production of super-conduction materials, and catalyst of hydrocarbons. In addition to this, because of its boron content, it can be used in production of neutron and gamma radiation antiwear.Magnesium borate production can be classified in two major groups: Hydrothermal and thermal production. In hydrothermal production, which raw materials are reacted in liquid state, magnesium borate hydrates are synthesized at lower temperatures and shorter reaction times than literature. Products which have high crystal properties are synthesized by the changes in parameters. Best results are obtained at 100oC reaction temperature, 240 minutes reaction time and 40oC drying temperature. In these experiments admontite which has the ?01-076-540? reference code is synhthesized at higher purity. Synthesized minerals are called admontite with seven moles of crystal water and mcallisterite with nine moles of crystal water which has ?01-070-1902? reference code.In thermal method, which raw materials are reacted in solid state, high temperature furnaces are used. Products which have high crystal properties are synthesized by the changes in parameters. Best results are obtained at 1000oC reaction temperature, 3:2 and 1:1 ratio of MgO:H3BO3 and 240 minutes reaction time. Synthesized minerals are called kotoite which has ?01-086-0531? references code and suanite which has ?01-070-1902? reference code.In both of these methods, characterization analyses, which are FT-IR and Raman, are applied after the production process. At the end of the characterization stage, similar spectrums are obtained.