Üleksitin sülfürik asit çözeltileri ile çözünürleştirilmesinin kinetiği ve mekanizması

Abstract

ÖZET Türkiye, dünyanın en zengin bor cevheri rezervlerine sahip olan bir ülkedir. Ülkemiz rezervleri, kalite itibariyle de çok iyi durumdadır. Bu rezervler içinde bulunan üleksit cevheri Orta Anadolu'da, Eskişehir- Kırka'da; Batı Anadolu'da ise Bigadiç yöresinde çıkarılmakta ve borik asit üretimi esnasında kolemanit ile birlikte kullanılmaktadır. Uleksit cevherinin sülfürik asit çözeltileriyle reaksiyonu bu güne kadar incelenmemişin Oysa borik asit üretimi esnasında yukarıdaki reaksiyon da meydana gelmektedir. Üleksitİn sülfürik asit çözeltilerindeki liçing şartlarının ve kinetiğinin incelenmesi, borik asit üretim tesislerinde karşılaşılması muhtemel bir çok problemin çözümüne yardımcı olacaktır. Bu çalışmada üleksitin sülfürik asit çözeltilerindeki çözünme mekanizması ve kinetiği hakkında değerlendirmeler yapılmıştır. Çalışmalarda tane boyutu, asit konsantrasyonu, katı/sıvı oranı, karıştırma hızı ve reaksiyon sıcaklığı parametre olarak seçilmiştir. Neticede, çalışılan şartlarda tane boyutunun, asit konsantrasyonunun ve katı/sıvı oranın küçülmesi ve reaksiyon sıcaklığının artmasıyla dönüşüm hızının arttığı; karıştırma hızının ise dönüşüm hızı üzerine belirgin şekilde etkili olmadığı anlaşılmıştır. Sülfürik asit çözeltilerinde üleksitin tamamen çözündüğü, çözünme reaksiyonunun, Na20. 2CaO. 5B203.I6H2O + 6H30+-> 2Na+ + 2Ca+2 + IOH3BO3 + 4H2O şeklinde gösterilebileceği, bu arada taramalı elektron mikroskobu ve X-ışını difraktometre çalışmalarıyla CaS04 ( anhidrit) ve CaS04,2H20 (jips) gibi katı ürünlerin oluştuğu tesbit edilmiştir. Ayrıca, parametrelerin değerlendirilmesiyle çözünme olayının difüzyon kontrollü olduğu ve reaksiyon hızının -ln(l-X) = ktn şeklinde bir model ile gösterilebileceği ortaya konmuştur. Burada n, t'nin mertebesini gösterir ve değeri 0,791'dir. k hız sabitinin ise bir matematikselII ilişkiyle incelenen parametrelere bağımlı olduğu aşağıdaki şekilde bulunmuşutur. k= 1150.09 (Rp)-l-2454 [Ca] o-0.3961(K/S)-0.6476 (K.H)0.1405 e-4398,27/T

III SUMMARY Turkey is a country which possesses the richest boron mineral reserves of the world. The quality of Turkey's Boron minerals is very good. Ulexite mineral is obtained from boron mines located in Eskişehir-Kırka, Central Anatolia, and in Bigadiç, Western Anatolia, and is used with colemanite to produce boric acid. The reactions between ulexite mineral and sulphuric acid solutions, which take place during the production of the boric acid, have not been investigated so far. The investigation of leaching conditions and kinetics of ulexite in sulphuric acid solutions will help to solve possible problems which can be faced in the plants of boric acid production. In this study, dissolution mechanism and kinetics of ulexite in sulphuric acid solutions were investigated. Particle size, sulphuric acid concentration, solid-to-liquid ratio, stirring speed and reaction temperature have been choosen as parameters. It was observed that the conversion rate increased as the particle size, acid concentration, and solid-to-liquid ratio decreased and as the reaction temperature increased. It was also determined that the stirring speed was not effective on the conversion rate. Ulexite was dissolved completely in sulphuric acid solutions and its dissolution reaction can be written as Na20. 2CaO. 5B203. 16H20 + 6H30+-> 2Na+ + 2Ca+2 + IOH3BO3 + 4H20 Moreover, it was determined that the solid products such as CaSC<4 ( anhydrite) and CaS04. 2H20 (gypsum) formed by scanning electron microscope and X-ray diffractometer. In addition, the investigation of the parameters showed that the dissolution phenomenon is controlled by diffusion and reaction kinetics can be given as follow -ln(l-X) = ktnIV where n is the order of t and its value is 0.791. k is the rate constant which contains all the parameters used in mathematical expression which was found to be in the form k= 1150.09 (Rp)-l-2454 [Ca] o-0.3961(K/S)-0.6476 (K.H)0-1405 e-4398.27/T.