Tinkalin yüksek sıcaklıklarda fosforik asit çözeltilerinde çözünme kinetiğinin incelenmesi ve optimum şartların belirlenmesi

Abstract

Günümüzde birçok alanda kullanılan bor ürünleri bor cevherlerinin çeşitli işlemlere tabi tutulması sonucu elde edilmektedirler. Önemli kullanım alanına sahip bor ürünlerinden bir tanesi de borik asittir. Borik asit bor cevherlerinin asitler ile çözündürülmesi sonucu elde edilmektedir. Borik asit birçok yöntemle elde edilebilmektedir. Her üretim yönteminin bazı avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Borik asit üretiminde maliyetin düşürülmesi ve çevreye verilen zararın en az düzeye indirilmesi ekonomik açıdan önemlidir.Yapılan bu çalışmada yüksek sıcaklıklarda tinkalin fosforik asit çözeltileri ile etkileşmesi sonucu H3BO3 ve yan ürün olarak da Na2HPO4 elde edilmesi hedeflenmiştir. Yapılan çalışma iki aşamadan oluşmaktadır. Çalışmanın birinci aşamasında sıcaklık, tane boyutu, karıştırma hızı, asit konsantrasyonu, katı/sıvı oranı parametrelerinin tinkalin çözünme hızı üzerine etkileri ve tinkalin fosforik asit çözeltilerindeki çözünme kinetiği incelenmiştir. Tinkalin çözünürlüğünün sıcaklık, karıştırma hızı artışı ile arttığı tane boyutu ve katı/sıvı oranı artışı ile azaldığı tespit edilmiştir. Asit konsantrasyonu artışında ise 2M'lık konsantrasyona kadar artan asit konsantrasyonunun çözünürlüğü arttırdığı 2M'lık konsantrasyondan sonraki artışlarda ise çözünürlüğün artan asit konsantrasyonu ile azaldığı bulunmuştur. Çözünmenin birinci dereceden yalancı homojen modele uyduğu tespit edilmiştir. Aktivasyon enerjisi ise 46.21kj/mol olarak hesaplanmıştır. Yüksek sıcaklıklarda tinkalin fosforik asit çözeltilerinde çözünmesine ait asit konsantrasyonu, sıcaklık, katı/sıvı oranı, karıştırma hızı ve tane boyutu parametrelerine bağlı olarak elde edilen hız ifadesi aşağıdaki şekilde bulunmuştur.-ln(1-X)=(1988)(Rp-0.78)(CA0.22)(K/S-0.39)(KH0.99)(e5558.4/T)(t)Çalışmanın ikinci aşamasında çözünme kinetiğine ait verilerden faydalanılarak uygun parametre değerleri seçilmiş ve 24 faktöriyel tasarım metodu kullanılarak borik asit eldesi için optimizasyon çalışması yapılmıştır. Optimizasyon işleminde etkin parametreler olarak asit konsantrasyonu (X1), sıcaklık (X2), tane boyutu (X3) ve katı/sıvı oranı (X4) belirlenmiştir. Optimizasyon denemelerinde en yüksek çözünme oranı asit konsantrasyonu ve sıcaklık değerleri için üst sınır değeri, tane boyutu ve katı/sıvı oranı için alt sınır değerlerinin seçilmesiyle elde edilmiştir. Optimizasyon sonucu elde edilen komple ve etkin model aşağıda gösterilmiştir.YB2O3(k) : 29.04 + 0.70X1 +2.57X2 ? 1.76X3 ? 1.49X4 ? 1.61X1X2 -2.03X1X3 + 1.65X1X4 + 0.05X2X3 +4.97X2X4 + 4.75X3X4YB2O3(e) = 29.04 + 0.70X1 +2.57X2 ? 1.76X3 ? 1.49X4

Today the boron products which are used in the various fields are produced by the exposure of boron minerals to different protocols. One of the boron products named as boric acid has important use fields. Boric acid is produced by the solvation of boron minerals in acids. Boric acid can be produced in different ways which have their own advantages and disadvantages. The reduction of production cost of boric acid is important for the reduction of environment harms to lowest degree and economically.In this study it has been aimed to production of H3BO3 and side product Na2HPO4 by the treatment of tincal sith phosphoric acid. This study is comprised of two parts.In the first part the solvation kinetics of tincal in phosphoric acid solutions has been investigated depending on the temperature, particle size, sitrring speed, acid concentration and solid/liquid parameters. The tincal solubility has been found to increase by the temperature, stirring speed and decrease by the particle size and solid/liquid ratio. In the case of acid concentration the solubility has been found to increase up to 2 M but decrease beyond this concentration. The solubility has been assigned to first order pseudo model. The activation energy has been found to be 46.21 kj/mol. The solubility of tincal in phosphoric acid solution at high temperature has been defined by the following expression depending on temperature, acid concentration solid/liquid ratio, stirring speed and particle size.-ln(1-X)=(1988)(Rp-0.78)(CA0.22)(K/S-0.39)(KH0.99)(e5558.4/T)(t)In the second part of this study the suitable parameters has been selected by using the solvation kinetics experiments and 24 factorial design method to optimization. İn the optimization process the efective parameters have been selected as acid concentration (X1), temperature (X2), particle size (X3), solid/ liquid ratio (X4). İn the optimization experiments for the highest solubility ratio acid concentration and temperature values have been selected as high limit value and particle size, solid liquid ratio have been selected as low limit value. Upon optimization the obtained complete and effective model has been shown in below;YB2O3(k) : 29.04 + 0.70X1 +2.57X2 ? 1.76X3 ? 1.49X4 ? 1.61X1X2 -2.03X1X3 + 1.65X1X4 + 0.05X2X3 +4.97X2X4 + 4.75X3X4YB2O3(e) = 29.04 + 0.70X1 +2.57X2 ? 1.76X3 ? 1.49X4