Üleksitin bisülfat çözeltilerinde çözündürülmesinin kinetiği, optimizasyonu ve elde edilen çözeltilerden borik asit üretimi
Investigation of kinetics  and optimization of ulexite mineral in sodium hydrogen sulfate solutions and production of boric acid from obtained solutions
Yazar: ERBİL KAVCI
Danışman: DOÇ. DR. TURAN ÇALBAN ; PROF. DR. SABRİ ÇOLAK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada; Bandırma Bor ve Asit Fabrikaları Eti Maden İşletmelerinden elde edilen Üleksitin sodyum bisülfat çözeltisindeki çözünmesinin kinetiği ve optimizasyonu incelenmiş ve elde edilen çözeltilerden borik asit üretimi amaçlanmıştır.
Çalışmanın birinci aşamasında, üleksitin sodyum bisülfat çözeltisindeki çözünme kinetiği incelenmiştir. Üleksitin bisülfat çözeltilerinde çözünme hızının sıcaklığın, karıştırma hızının ve sodyum bisülfat konsantrasyonunun artması ile arttığı, tane boyutunun ve katı/sıvı oranının artması ile azaldığı tespit edilmiştir. Aktivasyon enerjisi 36,37 kJ/mol olarak bulunmuştur.  Çözünmenin kül filminden difüzyon kontrollü olduğu tespit edilmiş ve seçilen parametrelere bağlı olarak elde edilen hız ifadesi aşağıdaki gibi bulunmuştur:
1-3(1-X)2/3 +2(1-X)=[ 6,17. (Rp) -1,72 . [CA]0 0,97 . (K/S) -0,66 . (K.H)1,17 . e-4374,4/T] t
Çalışmamızın ikinci aşamasında, üleksitin sodyum bisülfat çözeltisinde çözündürülmesinin optimizasyonu `?Taguchi Metodu?? kullanılarak incelenmiştir. Denemelerde sıcaklık, katı/sıvı oranı, NaHSO4 çözeltisi konsantrasyonu, tane boyutu, reaksiyon süresi parametre olarak seçilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda bulunan optimum şartlar; sırasıyla,  sıcaklık 85ºC, katı/sıvı oranı 0,11 g/ml, NaHSO4 çözeltisi konsantrasyonu 1,3 M, tane boyutu -10 meş, reaksiyon süresi 20 dk?dır. Bu şartlarda üleksitin  %98,3?ü  çözünmüştür. Bu aşamadan sonra sıcaklık ve tane boyutu sabit alınarak daha yüksek katı/sıvı oranında çalışmak için bir optimizasyon deney sistemi daha tasarlanmıştır. Denemelerde NaHSO4 çözeltisi konsantrasyonu, katı/sıvı oranı ve süre parametre olarak seçilmiştir. Buna göre optimum şartlar NaHSO4 çözeltisi konsantrasyonu 1,7 M, katı/sıvı oranı 0,166 g/ml ve süre 120 dk olarak bulunmuş ve üleksitin  %99,6?sı çözünmüştür.
Çalışmanın üçüncü aşamasında, bu çözeltilerden borik asit elde edilmiştir.

Abstract:
The aim of the study was to investigate the dissolution kinetics and optimization of ulexite from Bandirma Boron Works and to produce boric acid.
In the first part of the study, it was studied the dissolution kinetics of ulexite in sodium hydrogen sulfate solutions. It was found that the dissolution rate increased with an   increase in the reaction temperature, concentration and stirring speed and with a decrease in the particle size and solid/liquid ratio. The activation energy of this solution was found to be 36,37 kJ/mol. The leaching of ulexite was controlled by diffusion through the ash or product layer. The rate expression associated with the dissolution rate of ulexite depending on the parameters chosen may be summarized for in sodium hydrogen sulfate,as follows:
1-3(1-X)2/3 +2(1-X)=[ 6,17. (D) -1,72 . [CA]0 0,97 . (S/L) -0,66 . (w)1,17 . e-4374,4/T] t
In the second part of the study, the optimization of dissolution of ulexite in sodium hydrogen sulfate is investigated by using Taguchi method. In the experiments, the reaction temperature, solid-liquid ratio, concentration of sodium hydrogen sulfate, particle size,  and reaction time were chosen as parameters.
The B2O3 ratio passed into solution was 98,3% at the optimum conditions which are 85ºC reaction temperature; -10 mesh particle size; 0,11 g.mL-1 solid-liquid ratio; concentration of sodium hydrogen sulfate 1,3 M, 20 min  reaction time. Then reaction time and particle size was constant. To increase solid-liquid ratio,  the optimization of dissolution of ulexite in sodium hydrogen sulfate is investigated by using  second Taguchi method., In the experiments, the solid-liquid ratio, concentration of sodium hydrogen sulfate  and reaction time were chosen as parameters. The B2O3 ratio passed into solution was 99,6%at the optimum conditions which are 0,166 g.mL-1 solid-liquid ratio; concentration of sodium hydrogen sulfate 1,7 M, 120 min  reaction time. 
In the third  part of the study, boric acid was produced the obtained solutions.