Manyezitin kalsinasyon kinetiği ve sitrik asit çözeltilerindeki çözünürlüğü

Abstract

ÖZET Doktora Tezi MANYEZİTİN KALSİNASYON KİNETİĞİ VE SİTRİK ASİT ÇÖZELTİLERİNDEKİ ÇÖZÜNÜRLÜĞÜ Fatih DEMİR Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. Bünyamin DÖNMEZ Ortak Danışman: Prof. Dr. Sabri ÇOLAK Manyezit cevheri, magnezyum ve bileşiklerinin üretilmesi için birincil kaynaktır. Bu amaçla, Erzurum-Oltu yöresinden temin edilen manyezit cevherinin değerlendirilmesi üzerine bir çalışma yapılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında ham manyezitin çözündürülmesinin kinetiği incelenmiştir. Sitrik asit çözeltilerinde çözündürülmesi prosesinde parametre olarak tane boyutu, karıştırma hızı, katı-sıvı oranı, asit konsantrasyonu ve reaksiyon sıcaklığı seçilmiştir. Manyezitin çözündürülmesinin kimyasal kontrollü ve aktivasyon enerjisin 59,79 kJ-mol`1 olduğu bulunmuştur. Ayrıca, kinetik incelemede, aşağıdaki gibi parametreleri içeren bir model denklemi de türetilmiştir. Hl-xf3=9axl0/Df'2/K/S)^/KH)0^/Q°'2e59J9/RTt İkinci kısımda, manyezit cevherinin sitrik asit çözeltilerinde çözündürülmesinin Taguchi metoduna göre optimizasyonu yapılmıştır, %100'lük dönüşümün elde edildiği optimum şartlar; asit konsantrasyonu 2 M, reaksiyon süresi 120 dakika, reaksiyon sıcaklığı 75°C, katı-sıvı oram 1/8 g.mL`1 ve tane boyutu -319 um olarak tespit edilmiştir. Üçüncü kademede, doğal manyezitin kalsinasyon kinetiği termogravimetrik verilere göre Coats-Redfern metodu ile incelenmiştir. Önemli miktarda kütle kaybının 560- 680°C arasında meydana geldiği proses 1. mertebe kinetik modele uymuştur. Prosesin aktivasyon enerjisinin ortalama olarak 262 kJ-mol`1 olduğu bulunmuştur. Son aşamada, Taguchi yöntemine göre kalsine manyezitin sitrik asit çözeltilerinde çözündürülmesinin optimizasyonu incelenmiştir, %98,35'lik çözünmeye tekabül eden optimum çalışma şartlan şöyledir: Asit konsantrasyonu 2 M, reaksiyon süresi 45 dakika, reaksiyon sıcaklığı 50CC, katı-sıvı oranı 1/8 g.mL`1 ve tane boyutu -319 um. 2003, 112 sayfa Anahtar Kelimeler: Manyezit cevheri, liçing kinetiği, sitrik asit, kalsinasyon kinetiği, optimizasyon m

ABSTRACT Ph.D. Thesis THE CALCINATION KINETICS OF MAGNESITE AND DISSOLUTION IN CITRIC ACID SOLUTIONS Fatih DEMİR Atatürk University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemical Engineering Supervisor: Assoc. Dr. Bünyamin DÖNMEZ Co-Advisor: Prof. Dr. Sabri ÇOLAK Magnesite ore is still the primary source for production magnesium and its compounds. In this aim, a study was carried out on evaluation of magnesite ore obtained from Erzurum-Oltu region. In first step of the work, the dissolution kinetics of raw magnesite was investigated. In the process of dissolution the citric acid solutions, particle size, acid concentration, solid to liquid ratio, stirring speed and reaction temperature as parameter were chosen. It was found that the dissolution of magnesite was chemically controlled and activation energy of the process was 59.79 kJ.mol'1. In addition, in the kinetic investigation, a model equation containing the parameters as the following was also derived. l-(l-x)1/3=9.2xl06(D)-°-20(A/5)-0-,0(A^)0086(Qa2e-59-79/^< In the second section, according to Taguchi method, the optimizaton of dissolution in the citric acid solutions of magnesite ore was performed. The optimal conditions that a conversion of 100 % was achieved were determined as particle size -319 um,, solid- liquid ratio 1/8 g.mL`1, reaction temperature 75°C, reaction period 120 minutes and acid concentration 2 M. In the third step, the calcination kinetics of natural magnesite was investigated by Coats- Redfern method according to thermogravimetric data. The process that an important amount of mass loss was in the range of 560-680°C fitted to first-order kinetic model. It was found that the activation energy of the process was 262 kJ.mol'1 as average. In the last step, the optimization of dissolution in the citric acid solutions of calcined magnesite according to Taguchi method was studied. The optimal working conditions corresponding with conversion of 98.35 % were defined as particle size -319 um, solid to liquid ratio 1/8 g.mL`1, reaction temperature 50°C, reaction period 120 minutes and acid concentration 2 M. 2003, 112 pages Keywords: Magnesite ore, leaching kinetics, citric acid, calcination kinetics, optimization IV