Sodyumbisülfat çözeltisinde kolemanitin kinetik mekanizmasının araştırılması

Öz

Kolemanit (2CaO.3B2O3.5H2O), Ülkemizin çeşitli bölgelerinde dünyaya oranla fazla miktarda bulunan ve aynı zamanda da ticari değeri büyük olan bor mineralidir. Bu çalışmada kolemanitin sodyum bisülfat çözeltisi içerisindeki çözünme kinetiğine; katı/sıvı oranı, asit konsantrasyonu, tane boyutu, karıştırma hızı ve reaksiyon sıcaklığı parametrelerinin etkisi incelenmiştir. Deneysel sonuçlara göre, kolemanitin çözünürlüğünün sıcaklığın ve konsantrasyonun artması ile arttığı, tane boyutunun ve katı/sıvı oranının artması ile azaldığı tespit edilmiştir. Karıştırma hızının çözünme kinetiği üzerine etkisi, 350 devir.dakika-1değerine kadar olumlu, yaklaşık 350 devir.dakika-1 ’dan sonraki değerlerde ise olumsuz olduğu bulunmuştur. Deneysel veriler sabit boyutlu parçacıklar için reaksiyona girmemiş çekirdek modeline göre analiz edilmiştir. Çözünmenin külfilminden iki aşamalı difüzyon kontrollü olduğu bulunmuştur. Aktivasyon enerjileri bir ve iki nci aşamalarda sırasıyla 3,4 ve 6,1 kJ.mol-1 olarak bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Çözünme kinetiği
• Kolemanit
• Sodyum bisülfat çözeltisi

Investigation of kinetic mechanism of colemanite in sodiumbisulfate solution

Öz

Colemanite (2CaO.3B2O3.5H2O) is a type of boron mineral that is found in various regions of our country in excess compared to the world and at the same time has a high commercial value. In this study, the effects of solid / liquid ratio, acid concentration, particle size, mixing speed and reaction temperature parameters to the dissolution kinetics of colemanite in sodium bisulfate solution were investigated. According to the experimental results, it was determined that as the solubility of colemanite ascends with the enhancement of the temperature, it decreases with the increment of the particle size and solid/liquid ratio. Additionally, it is found that the effect of mixing speed on dissolution kinetics was positive up to 350 rpm and has negative effect at values after approximately 350 rpm. Experimental data were analyzed according to unreacted nuclei model for fixed size particles. It has been found that dissolution from the ash film is diffusion controlled in two stages. Activation energies in the first and second stages were found as 3.4 and 6.1 kJ.mol-1, respectively.

Anahtar Kelimeler

• Colemanite
• Dissolution kinetic
• Sodium bisulfate solution

Kaynakça

1. [1] Adams R.M., Boron, metallo-boron compounds, and boranes. Interscience Publishers, 1964.
2. [2] Tombal T.D., Özkan S.G., Ünver I.K., Osmanlıoğlu A.E., Properties, production uses of boron compounds and their importance in nuclear reactor technology. Journal of Boron, (1), 6-95, 2016.
3. [3] Pişkin M.B., Sodyum borhidrür üretim sürecinin incelenmesi “Bor kaynağı olarak üleksit minerali”. Uluslararası hidrojen enerjisi dergisi, 34(11), 4773-4779, 2009.
4. [4] Sert H., Yıldıran H., Toscalı D., An investigation on the production of sodium metaborate dihydrate from ulexite by using trona and lime. International journal of hydrogen energy, 37(7), 5833-5839, 2012.
5. [5] Budak A., Gönen M., Süper kritik karbondioksit ile kolemanit mineralinden borik asit ekstraksiyonu. Süper Kritik Akışkanlar Dergisi, 92, 183-189, 2014.
6. [6] Kuskay B., Bulutcu A. N., Design parameters of boric acid production process from colemanite ore in the presence of propionic acid. Chemical engineering and processing, Process intensification, 50(4), 377-383, 2011.
7. [7] Ünlü K., Bor Değişim yayınları, ISBN 978-605-5310-93-6, 2016.
8. [8] Guliyev R., Kuşlu S., Çalban T., Çolak S. Amonyum hidrojen sülfat çözeltilerinde kolemanitin süzdürme kinetiği. Endüstri ve Mühendislik Kimyası Dergisi, 18(4), 1202-1207, 2012.

9. [9] Çavuş F., Kuşlu S., Dissolution kinetics of colemanite in citric acid solutions assisted by mechanical agitation and microwaves. Industrial & Engineering Chemistry Research, 44(22), 8164-8170, 2005.
10. [10] Alkan M., Doğan M., Kolemanitin oksalik asit çözeltilerinde çözünme kinetiği. Kimya Mühendisliği ve İşleme, Proses Yoğunlaştırma, 43(7), 867-872, 2004.
11. [11] Kızılca M., Çopur M., Kolemanit cevheri ile metanol arasındaki reaksiyonun kinetik incelenmesi, Kimya Mühendisliği İletişimi, 202(11), 1528-1534, 2015.
12. [12] Tunç, M., Kocakerim, M.M., Küçük, Ö., & Aluz, M. (NH4)2SO4 çözeltilerinde kolemanitin çözünmesi. Kore Kimya Mühendisliği Dergisi, 24(1), 55-59, 2007.
13. [13] Gönen M., Nyankson E., Gupta R.B. Kolemanitten borik asit üretimi ve ex situ CO2 sekestrasyonu. Endüstri ve Mühendislik Kimyası Araştırmaları. 55(17), 5116-5124, 2016.
14. [14] “Bor Sektör Raporu”,Eti Maden İşletmeleri Genel Müdürlüğü, 5/2016.
15. [15] Nemodruk A. A., Karalova Z. K., Kondor R., Analytical chemistry of Boron, 1969.
16. [16] Sookg D.A., West D.W., Holler F.J. Fundamentals of Analytical Chemistry, Seventh Edition, W.B. Saunders Co., Holt, Rinehart and Winston Saunders College Publishing, New York, NY, US,1996.
17. [17] Gür A., Alkan M.E. Perklorik asit çözeltilerinde kolemanitin liç kinetiği. Japonya Kimya Mühendisliği Dergisi, 41(5), 354-360,2008.
18. [18] Temur H., Yartaşı A., Copur M., Kocakerim M. M. The kinetics of dissolution of colemanite in H3PO4 solutions. Industrial & engineering chemistry research, 39(11), 4114-4119,2000.
19. [20] Gür A., Kolemanitin sülfürik asit çözeltilerinde çözünme mekanizması, Kore Kimya Mühendisliği Dergisi, 24(4), 588-591, 2007.
20. [21] Okur H., Tekin T., Ozer A. K., Bayramoglu M., Effect of ultrasound on the dissolution of colemanite in H2SO4, Hydrometallurgy, 67(1-3), 79-86, 2002.
21. [22] Karagöz Ö. Kuşlu S., Dissolution kinetics of colemanite in potassium dihydrogen phosphate solution (KH2PO4), International Journal of Hydrogen Energy, 42(36), 23250-23259, 2017.
22. [23] Gür A., Alkan, M.E., Perklorik asit çözeltilerinde kolemanitin liç kinetiği, japonya kimya mühendisliği dergisi, 41(5), 354-360, 2008. [19] Cetin E., Eroğlu İ., Özkar S., Kinetics of gypsum formation and growth during the dissolution of colemanite in sulfuric acid, Journal of Crystal Growth, 231(4), 559-56, 2001.
23. [24] Bayca S.U, Kocan F., Abali Y., Oksalik asit çözeltilerinde üleksit atıklarının süzdürme kinetiğinin incelenmesi. Kimya ve Biyokimya Mühendisliği Üç Aylık Bülteni, 28(3), 273-280, 2014.
24. [25] Kuşlu S., Dişli F. Ç., Çolak S. Leaching kinetics of ulexite in borax pentahydrate solutions saturated with carbon dioxide. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 16(5), 673-678, 2010.
25. [26] Levenspiel O., Kimyasal reaksiyon mühendisliği, John Wiley & Sons,1999.
26. [27] Ceyhun I., Kocakerim M.M., Saraç H., Çolak, S.,Dissolution kinetic of colemanite in chlorine saturated water. Thaeoretical foundations of chamıcal engineering, 33(3), 253-257,1999.