Boraks dekahidrat?ın kristalizasyon kinetiğine çözeltinin Na2O/B2O3 oranının etkisinin incelenmesi
Examination for effects of Na2O/B2O3 ratio on crystalization kinetics of borax decahydrate
Yazar: EMİNE DENİZ ÇOKİÇLİ
Danışman: DOÇ.DR. HALE GÜRBÜZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Boraks dekahidrat = Borax decahydrate ; Büyüme hızı = Growth rate ; Kristalleşme = Crystallization ; Çözünme hızı = Dissolution rate

Özet:
Kozmetik ürünler, elektrolitik kapasitörler ve nükleer uygulamalar için boraks dekahidratınsaflığı kritiktir. Kristalizasyon ve filtrasyonu içerdiği düşünüldüğünde, ürün saflığı özellikleelde edilen kristallerin şekline, partikül boyutuna ve dağılımına bağlıdır. Geçmişte alınansonuçlar ve literatürde verilen bilgilerden, katkı maddesi kullanılmadığında stokiometrikbileşimdeki çözeltilerden boraks dekahidratın polikristal yapıda kristallendiği vetopaklanmaya yatkınlığı bilinmektedir. Bu çalışmada, boraks dekahidratın kristal büyümekinetiğinin buna bağlı olarak da kristal özelliklerinin farklı bir yöntem ile değiştirilebilirliğiincelenmiştir. Çalışma kristal büyüme ve çözünme hızlarının Na2O/B2O3 molar oranı 0.5 olanstokiometrik çözeltilerde, Na2O/B2O3 molar oranı 0.9 ve 0.3 olan sodyum metaborattarafındaki ve sodyum pentaborat tarafındaki boraks çözeltilerinde ve durgun ortam tek kristalhücresinde ve optik mikroskop-görüntü analiz yazılımı kullanılarak incelenmesindenoluşmaktadır. Ek olarak, topaklanma, polikristal oluşumu gibi davranışlar üzerindekietkinin belirlenmesi için, karıştırmalı kristalizörde bir grup ön deneme yapılarakoluşan kristallerin mikroskopik incelemeleri ile bu etki belirlenmeye çalışılmıştır.Na2O/B2O3 molar oranı= 0.94±0.02 olan boraks çözeltilerinde çözünme hızı D=5.55×10-8?C,büyüme hızı G=2.39×10-8?C0.97; Na2O/B2O3 molar oranı=0.50±0.02 olan(stokiometrikbileşimli) boraks çözeltilerinde çözünme hızı D=1.31×10-7?C, büyüme hızıG=4.67×10-8?C0.98; Na2O/B2O3 molar oranı=0.30±0.02 olan (sodyum pentaborat tarafındaki)boraks çözeltilerinde çözünme hızı D=1.12×10-7?C, büyüme hızı G=1.65×10-8?C0.42 olarakbelirlenmiştir. Herbir çözeltide de büyüme hızının aşırı doygunlukla değişiminde oldukçafazla saçılma görülmüş, saçılmanın en az olduğu çözeltinin stokiometrik bileşimli çözeltiolduğu belirlenmiştir. Kesikli karıştırmalı kristalizasyon deneyleri, her üç çözelti bileşimindede kristallerde topaklanma olduğunu; çözeltinin Na2O/B2O3 molar oranındaki artışın eldeedilen kristallerin içerdiği ince fraksiyonu(?300 ?m) artırdığını, topaklanmayı ise azalttığınıgöstermiştir.Anahtar Kelimeler: Boraks dekahidrat, Kristalizasyon, Kristal büyümesi, Büyüme hızı,Çözünme hızı, Büyüme Kinetiği

Abstract:
The purity of borax decahydrate is crucial in cosmetics, electrolytic capacitors and nuclearapplications. The purity of borax decahydrate depends on the shape, crystal size anddistribution thereof. Literature shows, without any additives, borax decahydrate tends tocrystallize in agglomerative\polycrystalline structure from stoichiometric solutions. In thepresent study a method, which eliminates the using of additives, was selected to modify thecrystal properties and growth rate. The study consists of examining the growth and dissolutionrates of borax decahydrate in solutions with Na2O/B2O3 molar ratios of 0.5(stoichiometric),0.9 and 0.3(close to sodium metaborate and pentaborate crystallization region, respectively),by using crystal measurement cell. In solutions having a Na2O/B2O3 molar ratio of 0.94±0.02,dissolution and growth rate correlations of borax decahydrate were defined as D=5.55×10-8?Cand G=2.39×10-8?C0.97, respectively. In solutions with a Na2O/B2O3 molar ratio of 0.50±0.02,rate correlations were determined as D=1.31×10-7?C and G=4.67×10-8?C0.98, respectively. Inthe case of borax solutions having a Na2O/B2O3 molar ratio of 0.30±0.02 rate correlationswere determined as D=1.12×10-7?C and G=1.65×10-8?C0.42, respectively. It was seen that thegrowth rate of borax decahydrate crystals has growth rate dispersion in all solutions with theexamined Na2O/B2O3 molar ratios. The extent of dispersion is the least for the stoichiometricsolution having a Na2O/B2O3 molar ratio of 0.50±0.02. Ccrystallization experiments showedthat there is agglomeration in all examined Na2O/B2O3 molar ratios of solution. Theaglomeration decreases with increasing Na2O/B2O3. The fraction of fine particles(?300 ?m)increases with increasing Na2O/B2O3 molar ratio of solution, whereas the agglomerationdecreases.Keywords: Borax decahydrate, Crystallization, Growth rate, Dissolution rate, GrowthKinetics