Toryum ve nadir toprak elementlerinin ayırma ve saflaştırma işlemlerinde nanokompozit malzemelerin etkinliğinin incelenmesi
Investigation of the nanocomposites efficiency on the separation and purification processes of thorium and rare earth elements
Yazar: BEKİR ÖZKAN
Danışman: PROF. DR. YÜKSEL ALTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Bilimler Ana Bilim Dalı / Nükleer Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering

Özet:
Toryum ve nadir toprak elementleri açısından değerlendirildiğinde dünyanın en önemli cevherlerinden biri olan Eskişehir-Beylikova cevheri kopleks (kalsit, florit, barit) bir cevher olup esasen karbonatit yapılı bir cevher türüdür. Tezde cevher sülfirik asit ve hidroklorik asit ile liç edilmiş ve liç işlemlerinde, asit derişimi, sıcaklık, süre ve cevher/asit oranının etkisi incelenmiştir. Elde edilen likördeki toryum ve NTE'ler sonrasında okzalik asit ile çöktürülmüş ve %95'in üzerinde saflığa sahip Th-NTE okzalat çökeleği elde edilmiştir. Bu çökelek sonrasında adsorpsiyon çalışmalarında kullanılmak üzere çözündürülmüş ve stok çözelti olarak depolanmıştır. Tetra etil orto titanat, tetra etil orto silikat ve tetra bütil orto zirkonat organometlik bileşiklerden yola çıkarak hidrotermal yöntem ile nano boyutlarda TiO2, ZrO2 ve SiO2 sentezlenmiştir. Elde edilen oksitlerin boyutları sırası ile 20-25nm, 40-45nm ve 300-350nm 'dir. Elde edilen oksitler poli akrilo nitril ile kombine edilerek adsorpsiyon işlemine uygun küre yapıda nanokompozit adsorbanlar sentezlenmiştir. Cevherden elde edilen stok çözelti kullanılarak her bir adsorban ile adsorpsiyon çalışmaları yapılmıştır. Temas süresi, çözelti pH'ı, sıcaklık ve çözelti/adsorban oranının adsorpsiyon kapasitesine ve dağılım katsayısına (KD) etkisi incelenmiştir. Elde edilen veriler incelendiğinde SiO2-PAN, ZrO2-PAN ve TiO2-PAN'ın toplam adsorpsiyon kapasiteleri sırası ile 12.18 mg/g, 15.40 mg/g, 16.45 mg/g'dır. Adsorpsiyon işlemleri sonucunda KD değerleri incelendiğinde elementlerin; U, Th, Gd, Eu ile Pr, Sm, Y, Nd, Ce, La olarak iki gruba ayrıldığı görülmektedir

Abstract:
When evaluated in terms of thorium and rare earth elements, the EskişehirBeylikova ore, which is one of the most important ores in the world, is a complex (calcite, fluorite, barite) ore and is essentially a carbonatite type. In the thesis, the ore was leached with sulfuric acid and hydrochloric acid and the effects of acid concentration, temperature, contact time and ore/acid ratio on leaching processes were investigated. Thorium and rare earth elements in the obtained liquor was then precipitated with oxalic acid and Th-REE oxalate precipitate with a purity of over 95% was obtained. This precipitate was then dissolved and stored as a stock solution for use in adsorption studies. TiO2, ZrO2 and SiO2 in nano particles were synthesized by hydrothermal method starting from tetra ethyl ortho titanate, tetra ethyl ortho silicate and tetra butyl ortho zirconate organometallic compounds. The sizes of the oxides obtained are 20-25nm, 40-45nm and 300-350nm, respectively. By combining the obtained oxides with poly acrylo nitrile, spherical nanocomposite adsorbents suitable for adsorption process were synthesized. Adsorption studies were carried out with each adsorbent using the stock solution obtained from the ore. The effects of contact time, solution pH, temperature and solution/adsorbent ratio on adsorption capacity and distribution coefficient (KD) were investigated. When the data obtained are examined, the total adsorption capacities of SiO2-PAN, ZrO2- PAN and TiO2-PAN are 12.18 mg/g, 15.40 mg/g and 16.45 mg/g, respectively. When the KD values of the elements are examined as a result of the adsorption processes; It is seen that it is divided into two groups as U, Th, Gd, Eu and Pr, Sm, Y, Nd, Ce, La