Uleksitten monosodyum pentaborat üretimi

Abstract

ÖZET Doktora Tezi ULEKSİTTEN MONOSODYUM PENTABORAT ÜRETİMİ Özkan KÜÇÜK Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. M. Muhtar KOCAKERİM Türkiye'nin en önemli yer altı zenginliklerinden birini oluşturan bor cevherlerinin değerlendirilmesi, bu cevherlerden yeni ürünler elde edilmesi, mevcut ürünler için alternatif, ekonomik ve daha çevreci teknolojiler geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Na20.2Ca0.5B203.16H20 formülüne sahip Uleksit, tabiatta bol miktarda bulunan ve ticari önemi büyük olan bir bor mineralidir. Uleksitten üretilmesi amaçlanan monosodyum pentaborat halen ülkemizde üretilmemektedir. Bu maddenin üretilmesiyle hem bu alandaki ihtiyaca cevap verilmiş olunabilecek, hem değerlendiremediğimiz ve tamamını ihraç ettiğimiz uleksit için bir kullanım alam mümkün olabilecek ve hem de Türkiye dünya pazarlarına çok önemli bir bor bileşiğim sunma imkanına sahip olabilecektir. Bu çalışmada ilk olarak orjinal uleksit cevherlerinin SO2 ile doyurulmuş sularda çözünmesi incelenmiş olup reaksiyon sıcaklığı, katı/sıvı oranı, tane boyutu ve karıştırma hızı parametre olarak seçilmiştir. Bu parametrelerin dönüşüm kesri üzerindeki etkilerinin incelendiği çalışmada tane boyutu ve katı/sıvı oranının azalmasıyla ve sıcaklığın artmasıyla çözünme hızının arttığı, fakat karıştırma hızından etkilenmediği gözlenmiştir. Ayrıca, bu proses için matematiksel bir model türetilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında bu prosesin sanayide uygulanabilirliğinin araştırılması amacı ile uleksitin SO2 ile doyurulmuş sularda çözünmesinin optimum şartlan Taguchi Metodu kullanılarak incelenmiştir. Optimum şartlar 92°C de, katı/sıvı oranı 0,25 g-mL`1 tane boyutu -850+600 u,m, reaksiyon süresi 30 dakika ve karıştırma hızı 400 devir, dakika`1 olarak tespit edilmiştir. Çalışmanın üçüncü kısmında çözünme sonucu elde edilen çözeltiden çözünmeyen kısımların çapraz akış mikrofiltrasyon yöntemi kullanılarak süzülmesi incelenmiştir. Parametre olarak çapraz akış hızı, transmembran basıncı ve membran por boyutu seçilmiş olup, bu parametrelerin süzülebilirlik özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. Filtrasyon neticesinde ele geçen berrak çözeltinin püskürtmeli kurutucuda kurutulduğu çalışmanın dördüncü kısmında, farklı miktarlarda su ihtiva eden monosodyum pentaborat üretilmiştir. Burada da çözeltinin besleme hızı, kurutma havasının sıcaklığı ve havanın hızı parametre olarak seçilmiştir. 2003, 199 sayfa Anahtar Kelimeler: Uleksit, monosodyum pentaborat, çözünme kinetiği, optimizasyon, püskürtmeli kurutma

ABSTRACT Ph.D. Thesis MONOSODIUM PENTABORATE PRODUCTION FROM ULEXITE Özkan KÜÇÜK Atatürk University Graduate School of Natural and Applied Sciences Chemical Engineering Department Supervisor: Prof. Dr. M. Muhtar KOCAKERİM It is very important to utilize boron ore resources, one of the most important underground riches of Türkiye, to obtain new products from these ores, as well as to develop alternative economical and environmentally friendly technologies for the already existing products. Ulexite, having Na20.2Ca0.5B203.16H20 formula, is a boron mineral, which is abundant in nature and has a high commercial value. This study was aimed at producing monosodium pentaborate, which is currently produced in Türkiye, from ulexite. The production of monosodium pentaborate will satisfy the need in the field, help the utilization of ulexite, all of which is exported, and enable Türkiye to present an important boron compound to the world's markets. First the solubility of original ulexite ores in SO2 saturated aqueous solutions were investigated selecting the test parameters as reaction temperature, solid/liquid ratio, particle size and mixing rate. Investigation of the effects of these parameters on conversion ratio showed that the solution rate increased with increasing temperature, and decreasing particle size and solid/liquid ratio, whereas the change in mixing rate did not affect it. A mathematical model was also developed for this process. In the second part of the study, the usability of this process in industry was investigated. For this, the optimum conditions for the solution of ulexite in SO2 saturated aqueous solutions were studied with Taguchi Method, and at 92°C the optimum solid/liquid ratio, particle size, reaction time and mixing rate were found to be 0.25 g.rnL`1, -850+600 um, 30 minutes and of 400 rpm, respectively. In the third part of the study, the filtration of final solution to separate insoluble material from the mixture was investigated with the use of cross-flow microfiltration method. The effects of the selected parameters cross-flow rate, trans-membrane pressure and membrane pore size on the filterability properties of the mixtures were tested. In the fourth part of the study in which the clear solution obtained after filtration was dried with spray-dryer, monosodium pentaborate containing water at various stoichiometrics was obtained. Solution feed rate, temperature of drying air and air flow speed were selected as test parameters in this part. 2003, 199 pages Keywords: Ulexite, monosodium pentaborate, solution kinetics, optimization, spray- dryer