Properties, production, uses of boron compounds and their importance in nuclear reactor technology

Abstract

Within this article, a detailed literature survey was carried out on borates which Turkey has the largest reserve share in the world. Firstly, elemental boron, boron containing commercial minerals and compounds known as borates were introduced, general use areas were overviewed; then it was aimed to give the statistical data about global mineral reserves, production and consumption. Furthermore, importance of boron containing minerals and compounds in nuclear reactor technology was analyzed from the previous literature on scientific and industrial scale. In conclusion, possible contribution of important boron use areas and the relevant strategic importance to Turkish economy were emphasized.

Keywords

• Use areas of boron minerals and compounds
• Boron carbide
• Nuclear reactor technology

Bor bileşiklerinin özellikleri, üretimi, kullanımı ve nükleer reaktör teknolojisinde önemi

Abstract

Bu makalede, dünyada en büyük rezerv payı Türkiye’ye ait olan bor madenleri hakkında detaylı bir literatür taraması yapılmıştır. Öncelikle, bor elementi, bor içeren ticari mineral ve bileşikler tanıtılmış, genel kullanım alanları vurgulanmış, ardından dünya bor rezerv, üretim ve tüketim değerlerine ait istatistiki bilgilerin biraraya getirilmesi amaçlanmıştır. Ayrıca, bor içeren mineral ve bileşiklerin nükleer santrallerde kullanımı ile ilgili daha önce yapılmış olan bilimsel ve endüstriyel ölçekli araştırmalar incelenmiştir. Sonuç olarak, bu önemli kullanım alanının Türkiye ekonomisine olası katkıları ve konunun stratejik önemi de vurgulanmıştır

Keywords

• Bor mineralleri ve bileşiklerinin kullanım alanları
• Bor karbür
• Nükleer reaktör teknolojisi

References

1. Özkan Ş. G., Çebi H., Delice S., Doğan M., Bor minerallerinin özellikleri ve madenciliği, 2. Endüstriyel Hammadddeler Sempozyumu İzmir, Sayfa 224-228, 1997.
2. Özkan S. G., Kuyumcu H. Z., Önal G., A recent outlook for borates mining and industry in Turkey, World of Mining-Surface&Underground, January-February, GDMB Medienverlag, 60 (1), 43-47, 2008.
3. Özkan S. G., Lyday P. A., Physical and chemical treatment of boron ores, SME’s Annual Meeting, Denver, Preprint 95-186, 1995.
4. BOREN-Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü 2016, [online], http://www.boren.gov.tr/tr/bor/bor-elementi, [Ziyaret Tarihi: 16.06.2016].
5. Elçiçek,H., Sulu ortamda karbondioksit basıncı altında üleksit cevherinin çözünme kinetiği ve optimizasyonu, Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, 2012.
6. Yegül E. E., Bor zenginleştirme tesislerinde ara ürün tenörlerinin arttırılması için yöntemlerin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2007.
7. Uçar A., Kestelek tesis atıklarından borun kazanılması, Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 1989.
8. Güyagüler T., Türkiye bor potansiyeli, 4. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, İzmir, Sayfa 18-27, 2001.

9. Frost R. L., Scholz R., Ruan X., Lma R. M. F., 2016, Thermal analysis and infrared emission spectroscopy of the borate mineral colemanite (CaB3O4 (OH)3·H2O), Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 124 (1), 131-135, 2001.
10. Celik A. G., Cakal G. O., Characterization of espey colemanite and variation of its physical properties with temperature, Physicochemical Problems of Mineral Processing 52 (1), 66-76, 2016.
11. Demir C., Bor minerallerinin enerji kaynağı olarak değerlendirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, 2006.
12. Eskibalcı M. F., Ozkan S. G., An investigation of effect of microwave energy on electrostatic separation of colemanite and ulexite, Minerals Engineering, 31, 90-97, 2012.
13. Ozkan S. G., Güngoren C., Enhancement of colemanite flotation by ultrasonic pre-treatment, Physicochemical Problems of Mineral Processing 48 (2), 455462, 2012.
14. Sarıhan E., Bor sektör profili, İstanbul Ticaret Odası, 2006.
15. Eti Maden İşletmeleri Genel Müdürlüğü, Bor Sektör Raporu, Strateji Geliştirme Dairesi Başkanlığı, 2016.
16. USGS, 2016, [online], http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/boron/mcs-2015-boron.pdf, [Ziyaret Tarihi: 16.06.2016].
17. Ertuğrul E., Bor ve Toryum Madenleri Sektörü, Sektörel Araştırmalar, Türkiye Kalkınma Bankası A.Ş. Araştırma Müdürlüğü, Ankara, 2004.
18. Bozan Z., Üleksitin okzalik asit çözeltisinde çözünme kinetiği, Yüksek Lisans Tezi, Yüzüncü Yıl Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Van, 2006.
19. DPT, Endüstriyel Hammaddeler Alt Komisyonu Kimya Sanayii Hammddeleri Cilt II (Bor Tuzları-TronaKaya Tuzu-Sodyum Sülfat-Stronsiyum) Çalışma Grubu Raporu, Madencilik Özel İhtisas Komisyonu Raporu,Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı, Ankara, 2001.
20. Yılmaz B., Evis, Z., Boron-substituted bioceramics: A review, Journal of BORON, 1 (1), 6-14, 2016.
21. Yılmaz Aydın D., Gürü M., Ayar B., Çakanyıldırım Ç., , Bor bileşiklerinin alev geciktirici ve yüksek sıcaklığa dayanklı pigment olarak uygulanabilirliği, Journal of BORON, 1 (1), 33-39, 2016.
22. Lezhnina M. M., Katker H., Kaiser M., Stegemann L., Voss E., Resch-Genger U., Strassert C., Kynast U., Chemical behavior and spectroscopic properties of rare earth borates in glazes, Journal of Luminescence, 170, 387-394, 2016.
23. Xu K., Hrma P., Rice A. J., Schweiger M. J., Riley B. J., Overman N. R., Kruger A. A., Conversion of nuclear waste to molten glass: Cold-cap reactions in crucible tests, Journal of the American Ceramic Society, 2016.
24. Şahan H., Üleksit’in öğütülebilirlik özelliklerinin belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Eskişehir, 2010.
25. Akgül Ö., Farklı bor minerallerinden çinko borat üretimi, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2010.
26. Hilliard Z., Hrma P., A method for determining bulk density, material density, and porosity of melter feed during nuclear waste vitrification, Journal of the American Ceramic Society, 99 (1), 98-105, 2016.
27. DPT, Nükleer enerji hammaddeleri uranyum-toryum, Yayın No: 2429, ÖĠK: 487, Ankara, 1996.
28. Kaya M., Toryum nükleer yakıtının perspektifi, ve ülkemizde enerji üretimi açısından önemi, 14. International Energy and Environmental Technology Systems Fair and Conferences, ICCI-2008, pp. 256-263, 2008.
29. Kurşun Ünver İ., Özkan Ş. G., Kılıç A., Terzi M., Enkhtaivan N., Recovery of trace elements with uranium and thorium from Yatagan Thermal Power Plant fly ashes by leaching, Physicochemical Problems Of Mineral Processing, 52, 588-596, 2015.
30. Kurşun Ünver İ., Terzi M., Research on the solubility of radioactive elements in the ashes from the Soma in Turkey, Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 1 (1), 27-33, 2015.
31. Kurşun Ünver İ., Terzi M., Investigation of solubility of radioactive elements contained in ashes of Yatagan Thermal Power Plant in acetic acid, Asian Journal of Chemistry, 27, 2685-2690, 2015.
32. Özkan S. G., Alp, M. S., Ergin Z., Akar A., Türkiye’nin radyoaktif hammadde potansiyeli ve değerlendirme olanaklarının araştırılması (The investigation of the evaluation possibilities of radioactive raw materials potential of Turkey), Süleyman Demirel Üniversitesi, Mühendislik Mimarlik Fakültesi Dergisi, Maden Mühendisliği Seksiyonu, 8, 37-48, Isparta, 1995.
33. Yörükoğlu A., Yeni Türkiye’nin yeni enerji kaynakları (bor), Mimar ve Mühendisler Grubu MMG Dergisi, 81, 38-40, 2015.
34. Osmanlıoğlu A. E., Yerli ve yeni enerji kaynakları, Mimar ve Mühendisler Grubu MMG Dergisi, 81, 42-44, 2015.
35. Yılmaz O., Balıkesir-Bigadiç bor atıklarının flotasyon yöntemiyle zenginleştirilmesi çalışmaları, Yüksek Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Balıkesir, 2006.
36. Rebesdorff B., Bart G., Material operating behaviour of abb BWR control rods, control assembly materials for water reactors: Experience, performance and perspectives, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1998.
37. Ruggiero A. G., Nuclear fusion of protons with boron, Prospects for Heavy Ion Inertial Fusion Aghia Pelaghia Conference, Crete, Greece, 1992.
38. Subramanian C., Suri A. K., Ch. Murthy T. S. R., Devolopment of boron-based materials for nuclear applications, Technology Devolopment Article, 313, 14-22, 2010.
39. Ashby M. F., Smidman M., Materials for nuclear power systems, Nuclear Power, pp. 1-20, 2010.
40. Büyükyıldız E., Emet borik asit fabrikası atıklarından borun kazanılması, Yüksek Lisans Tezi, Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kütahya, 2007.
41. Suri A. K., Subramanian C., Sonber J. K., Ch. Murthy T. S. R., Synthesis and consolidation of boron carbide: A review, International Materials Reviews, 55 (1), 2010.
42. Date V. G., Kulkarni P. G., Status of control sssembly materials in Indian water reactors, control assembly materials for water reactors: Experience, performance and perspectives, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1998.
43. Simeone D., Deschanels X., Cheminant P., Herter P., Behaviour of different boron rich solids as promising absorbers for PWR, control assembly materials for water reactors: Experience, performance and perspectives, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1998.
44. Kaito T., Maruyama T., Onose S., Horiuchi H., Irradiation behavior of boron carbide neutron absorber, absorber materials, control rods and designs of shutdown systems for advanced liquid metal fast reactors, International Atomic Energy Agency, 1996.
45. Risovany V. D., Zakharov A. V., Klochkov E. P., Osipenko A. G., Kosulin N. S., Mikhailichenko G. I., Reprocessing of the irradiated boron carbide enriched by boron-10 isotope and its reuse in the control rods of the fast breeder reactors, control rods and designs of shutdown systems for advanced liquid metal fast reactors, International Atomic Energy Agency, 1996.
46. Risovaniy V. D., Zaharov A. V., Klochkov E. P., Varlashova E. E., Suslov D. N., Dysprosium and hafnium base absorbers for advanced power control rods, control assembly materials for water reactors: Experience, performance and perspectives, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1998.
47. Troyanov V., Pomeschikov A., Sougonjaev V., High temperature study of the control rod behaviour under accident conditions, control assembly materials for water reactors: Experience, performance and perspectives, International Atomic Energy Agency, Vienna, 1998.
48. TAEK, 2016, Basınçlı Su Reaktörü, [online], http:// www.taek.gov.tr/nukleer-guvenlik/nukleer-enerji-ve-reaktorler/170-nukleer-reaktorler/464-basincli-su-reaktoru-tipi.html, [Ziyaret Tarihi: 16.06.2016].
49. Bruggeman A., Dubost E., Ekenved M., Hooper E. W., Houbetsov E. B., Kallonen I., Lucas M., Luo S., Sen Gupta S. K., Timulak J., Tsarenko A. F., Ojovan M., Viszlay J., Processing of nuclear power plant waste streams containing boric acid, International Atomic Energy Agency, 1996.