Effects of Calcium Containing Additives on Crystallization of Sodium Carbonate

Öz

Trona is one of the prevalent forms of natural sources in which sodium caarbonate occurs. Solution mining application is used for trona mining. In this application, crystallization step for sodium carbonate (Na2CO3) production has a great importance. Most important goals of crystallization stage is high efficiency and production of crystalls which have high quality. In this study, effects of three different calcium compunds (CaCO3, Ca(OH)2, CaO) on physical and chemical properties on sodium carbonate crystals were investigated. Laboratory crystallization procedure was designed to mimic industrial crystallization conditions of Eti Soda company, Turkey. Different amounts of calcium compounds (0.1g; 0.2g; 0.5g, and 1,0g) were added into the crystallization solution. After crystallization; efficiency of crystallization, purity of crystals and grain size distribution of crystals were determined according to the ASTM E 359 2010 test methods. XRD and SEM analyses for selected samples were conducted. According to the results, the most positive effect on crystallization, crystal growth and shape of crystals were observed when 0.5 g of Ca(OH)2 was added into the crystallization solution.

Anahtar Kelimeler

• Trona
• Sodium carbonate
• Crystallization.

Proje Numarası

14.HIZDES.83

Kalsiyum İçerikli Katkı Maddelerinin Sodyum Karbonat Kristalizasyonu Üzerine Etkileri

Öz

Trona, doğada bulunan soda minerallerinden en yaygın olanıdır. Çözelti madenciliği yöntemi ile yeraltından çıkarılmaktadır. Bu şekilde çıkarılan trona cevherinden soda külü (Na2CO3) üretimi sırasında kristalizasyon evresi önemli bir yere sahiptir. Bu evrede prosese verilen çözeltiden sodyum karbonat kristalleri üretilmektedir. Burada asıl hedef, elde edilen sodyum karbonatın kalitesinin yüksek olması ve çözeltiden elde edilen kristallerin veriminin yüksek olmasıdır. Bu çalışmada, kristalizasyon sırasında çözeltiye kalsiyum bileşiklerinin (CaCO3, Ca(OH)2, CaO) farklı miktarlarda ilaveleriyle birlikte (0,1g; 0,2g; 0,5g ve 1,0g), elde edilen Na2CO3 kristallerinin fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. Eti Soda A.Ş.' de laboratuvar koşullarında gerçekleştirilen kristalizasyon işlemi, yine Eti Soda A.Ş. işletme koşullarına uygun olacak şekilde tasarlanarak yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda elde edilen sodyum karbonat kristallerinin % saflıkları (toplam alkalinite), % kristal miktarı ve tane boyut dağılımları belirlenmiştir. Bu analizler ve hesaplamalar ETİ SODA A.Ş.’ de kullanılan ASTM E 359 2010 metotlarına göre yapılmıştır. Aynı zamanda XRD ve SEM analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre; kristalizasyon, kristal büyümesi ve kristal şekli üzerinde en olumlu etkileri gösteren katkı ilavesi 0,5 g Ca(OH)2 olmuştur. 

Anahtar Kelimeler

• Trona
• Sodyum karbonat
• Kristalizasyon

Destekleyen Kurum

AKÜ BAPK

Proje Numarası

14.HIZDES.83

Teşekkür

Bu makalenin yazarları deneysel çalışmalara katkılarından ötürü ETİ SODA A.Ş.’ ye teşekkür eder.

Kaynakça

1. KAYNAKLAR (REFERENCES) [1] Saygılı G.N., Okutan H., "Application of the solution mining process to the Turkish trona deposit", Hydrometallurgy, 42: 103-113, (1996).
2. [2] Gartner R.S., Witkamp G.J., "Wet calcining of trona (sodiumsesquicarbonate) and bicarbonate in a mixed solvent", Journal of Crystal Growth, 237–239: 2199–2204, (2002).
3. [3] Saygılı G.N., Okutan H., " Mechanism of the dissolution of Turkish trona", Hydrometallurgy, 43: 317-329, (1996).
4. [4] Cho K. J., Keener T.J., Khang S.J., "A study on the conversion of trona to sodium bicarbonate", Powder Technology, 184: 58–63, (2008).
5. [5] Gartner R.S., Witkamp G.J., "Mixed solvent reactive recrystallization of trona (sodium sesqui-carbonate) into soda (sodium carbonate anhydrate)", Hydrometallurgy, 88: 75–91, (2007).
6. [6] Mersmann, A., "Crystallization Technology Handbook", Marcel Dekker, New York, (2001).
7. [7] Y. Akay, “Çevre Dostu Polimerlerin Kalsiyum Oksalat Kristalizasyonuna Etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, (2007).
8. [8] Doğan, Ö., "Homopolimerler ve Kopolimerlerin Kalsiyum Sülfat Dihidrat Kristalizasyonuna Etkisi", Yüksek Lisans Tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, (1997).

9. [9] A. Myerson, “Handbook Of Industrial Crystallization”, Butterworth-Heinemann, London, UK, (2002).
10. [10] Saygılı G.N., "Effect of temperature on dissolution of Turkish trona", Hydrometallurgy, 68: 43-49, (2003).
11. [11] Raditladi Z.S.,Ngila J.C., Kgarebe B.V., "Effect of habit modifiers on the morphology and purity of soda ash", Journal of Crystal Growth, 257: 344–349, (2003).
12. [12] Smith B.R., Alexander A.E., "The effect of additives on the process ofcrystallization II. Further studies on calcium sulphate", Colloid Interface Sci., 13: 81-88, (1970).
13. [13] Ozcan O., Miller J.D., "Flotation of sodium carbonate and sodium bicarbonate salts from their saturated brines", Minerals Engineering, 15: 577–584, (2002).
14. [14] Doğan Ö., “Kalsiyum Karbonat Polimorflarının Oluşumuna Yaşlandırma Süresinin Etkisi”, Iğdır Üni. Fen Bilimleri Enst. Der. / Iğdır Univ. J. Inst. Sci. & Tech. 8(3): 227-236, (2018).
15. [15] Jones, A.G., "Crystallization Process Systems", Butterworth-Heinemann, London, UK, (2002).
16. [16] Nyvlt, J. ve Ulrich, J., "Admixtures in Crystallization", Weinhem, New York, (1995).
17. [17] Cotoa B., Martosa C., Penab J.L., Rodrigueza R., Pastora G., "Effects in the solubility of CaCO3: Experimental study and model description", Fluid Phase Equilibria, 324: 1–7, (2012).
18. [18] Committee on Water Treatment Chemicals, Food and Nutrition Board, Assembly of Life Sciences, National Research Council, "Water Chemicals Codex", National Academy Press Washington, D.C., (1982).
19. [19] Mullin, J.W., "Crystallization", Butterworth- Heinemann, Oxford, England, (1993).
20. [20] Judge, R.A., Jacobs, R.S., Frazier T., Snell E.H., Pusey M.L., "The effect of temperature and solution pH on the nucleation of Tetragonal Lysozyme crystals", Biophysical Journal, 77: 1585-1593, (1993).
21. [21] Al−Jibbouri S., "Effects of Additives in Solution Crystallization", Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Doktora Tezi, (2002).
22. [22] Reza K.M., Mahmood H., Navid R., Reza Z. A., "Determination of Crystal Growth Rate and Morphology of Barium Carbonate Crystals in a Semi-batch Crystallizer", Iran. J. Chem. Chem. Eng., 29 (1): 13-20, (2010).
23. [23] Salvatori F., Muhr H., Plasari E., Bossoutrot J. M., Determination of Nucleation and Crystal Growth Kinetics of Barium Carbonate, Powder Technology, 128: 114-123, (2002).
24. [24] Myerson, A.S., “Handbook of Industrial Crystallization”, Butterworth-Heinemann, USA, (2002).