Kükürtdioksit gazı kullanılarak kolemanitten borik asitüretiminin optimizasyonu ve kinetiği

Bu çalışmada kolemanit cevherinden SO2 gazı geçirilmesiyle sulu ortamda borik asit üretiminin optimizasyonu ve kinetiği incelenmiştir. Optimizasyon çalışmalarında amaç; günümüz teknolojisine kıyasla daha az enerji ve maliyet ile daha saf borik asidin en uygun üretim koşullarının optimizasyonudur. Ayrıca kolemanit cevherinden borik asidin çözünme ve meydana gelen reaksiyonların kinetik modeli çıkarılarak bu sistemin hangi modele uygun olduğu ortaya konmuştur. Optimizasyon çalışmalarında süre, reaksiyon sıcaklığı ve pH parametre olarak alınmıştır. Her bir parametre için üç seviye uygulanmıştır. Optimizasyon çalışmaları sonucunda parametrelerden pH'nın en etkili parametre olduğu, reaksiyon sıcaklığı ile sürenin ise pek etkili olmadığı görülmüştür. Döngü denemeleri uygulandıktan sonra elde edilen veriler ışığında pH'nın 4, reaksiyon sıcaklığının 70°C ve sürenin 60 dk seçildiği şartlarda en iyi çözünmenin meydana geldiği tespit edilmiştir. Bu şartlar altında yaklaşık olarak %99 seviyesinde bir çözünme olsa da elde edilen borik asidin safsızlıklar içerdiği gözlemlenmiştir. Bu safsızlıkları giderme amacıyla sürenin arttırılmasıyla birlikte borik asidin yıkama işlemine tabi tutulması ve katalizör kullanımı gerektiği görülmüştür. Yıkama işlemi uygulanması, katalizör kullanımı ve sürenin 120 dk'ya çıkarılması sonucunda elde edilen borik asitte Fe3+, SO42-, Ca2+ ve Mg2+ safsızlıklarının piyasada satılmakta olan borik asit değerlerine kıyasla daha düşük düzeyde olduğu tespit edilmiştir. Kinetik çalışmalarda katı-sıvı oranı, tanecik boyutu, reaksiyon sıcaklığı ve karıştırma hızı parametre olarak seçilmiştir. Kinetik model türetilmesinde veri olarak çözeltiye geçen B2O3 miktarından hesaplanan dönüşüm oranları kullanılmıştır. Elde edilen dönüşüm oranlarından yararlanılarak çizilen dönüşüm-zaman grafikleri yardımıyla heterojen reaksiyon modellerine göre bir kinetik model türetilmiştir. Karıştırma hızı etkili olmadığından model türetilmesinde kullanılmamıştır. Modelin hesaplamalarını gerçekleştirmek için Statistica programının 10.0 sürümü kullanılmıştır. Bu veriler kullanılarak bilgisayar programı yardımıyla yapılan hesaplamalar sonucunda non-linear tahmin modellerinden quasi ve Newton modellerinin kullanılmasıyla aşağıda verilen eşitlik elde edilmiştir: 1-3(1-X)2/3+2(1-X) = 2.10-8.(K/S)-0,7.(TB)-2,2.e(18183,4/RT).t Bu eşitliğe göre, sistemin kül veya ürün filmi difüzyon modeline uygun olduğu anlaşılmaktadır. Bu eşitlikte K/S: katı-sıvı oranı (g cevher/mL su), TB: tanecik boyutu(mm), T: reaksiyon sıcaklığı(K), t: süre(dk) dır. Elde edilen eşitlikte aktivasyon enerjisinin 18183,4 Joule/mol.K ve tane boyutu üssünün 2,2 (≈ 2) olması kül veya ürün filmi difüzyon modeli düşüncesini doğrulamaktadır. Ayrıca karıştırma hızının B2O3 dönüşümü üzerinde etkili olmaması da bu görüşü desteklemektedir.