Propiyonik asit çözeltilerinde kolemanit cevherinin çözünme kinetiği ve optimizasyonu

Kolemanit, ticari olarak önemli bor minerallerinden biridir ve genellikle endüstride borik asit üretiminde kullanılır. Mevcut metotta borik asit, kolemanitin sülfürik asitle reaksiyonundan elde edilmekte ve sülfat iyonları kristalize borik aside safsızlık olarak geçmektedir. Bu çalışmada özellikle sülfürik asit kaynaklı kolemanitin propiyonik asit çözeltilerinde çözünmesinin kinetiği ve optimizasyonu incelenmiştir. Böylece propiyonik asitte çözmenin sülfürik aside bir alternatif olup olamayacağı belirlenmeye çalışılmıştır. Üç aşamalı bu çalışmanın ilk aşamasında propiyonik asit çözeltilerinde kolemanitin çözünme kinetiği incelenmiştir. Çözünme parametreleri olarak reaksiyon sıcaklığı (T) 293-333 K, katı/sıvı oranı (K/S) 20-80 g/L, propiyonik asit (CH3CH2COOH) konsantrasyonu (C) 4,05-8,1 M, karıştırma hızı (KH) 300-500 dev/dk ve partikül boyutu (D) 100-600 µm olarak seçilmiştir. Kolemanitin propiyonik asit çözeltilerinde çözünmesinde sıcaklığın artması çözünme hızını artırıcı, katı/sıvı oranının, asit konsantrasyonunun ve tane boyutunun artması ise çözünme hızını azaltıcı etki yapmıştır. Karıştırma hızının çözünme hızı üzerinde belirgin bir etkisi gözlenmemiştir. Kolemanit cevherinin propiyonik asit çözeltilerinde çözünme ve Ca+2 safsızlık kinetiği, homojen ve heterojen reaksiyon modelleri Statistica 10.0 paket programı kullanılarak deney sonuçlarının doğrusal regrasyon ile ilişkilendirilmiştir. Reaksiyon hızları 'sabit boyutlu taneler için kül film difüzyon kontrollü küre' modeline uyum gösterdiği tespit edilmiş ve parametrelerin etkileri dikkate alınarak prosesi temsil eden bir kinetik eşitlikler türetilmiştir. Proseste çözeltiye geçen B2O3 ve Ca+2 safsızlık kinetiğinin aktivasyon enerjileri (A.E.) sırasıyla 37,54 ve 36,56 ki/mol ve Arrhenius sabitleri (A) 8,06*105 ve 2,82*105 olarak belirlenmiştir. 1 - 3(1-X_(B_2 O_3 ))2/3 + 2(1-X_(B_2 O_3 )) = 8,06*105 (KS)-1,10. (C)-1,40 .(TB)-1,350. e (-37,54)/(R*T) *t 1 - 3(1-X_(〖Ca〗^(+2) ))2/3 + 2(1-X_(〖Ca〗^(+2) )) = 2,82*105 (KS)-1,573. (C)-0,185.(TB)-0,903. e (-36,56)/(R*T) *t İkinci aşamada, kolemanit cevherlerinin propiyonik asit varlığında çözünmesinin optimizasyonu, Topsis tabanlı Taguchi yöntemi ile incelenmiştir. Bu metotla çözelti içerindeki Ca+2 ve Mg+2 safsızlıklarının en az olduğu ve %B2O3 çözünmesini ise en yüksek olduğu optimum reaksiyon koşulları belirlenmiştir. Bu koşullar; asit konsantrasyonu %60, reaksiyon sıcaklığı 90°C, reaksiyon süresi 120 dk ve tane boyutu -90 µm olarak bulundu. Belirlenen optimum şartlarda ve doğrulama deneylerinde %100'e yakın B2O3 çözünmesi sağlanmıştır. Son aşamada ise ikinci aşamada belirlenen optimum çalışma koşullarında 6 deneyden oluşan seri (döngülü) deneyler yapılmıştır. Üretilen borik asit kristallerinin SEM, FTIR ve XRD analizleri yapılarak borik asit (H3BO3) olduğu kanıtlanmıştır. Elde edilen borik asitin safsızlık değerleri Eti Maden işletmeleri tarafından üretilen borik asitin safsızlık değerleriyle kıyaslanmış ve safsızlık oranının düşük oranda olduğu belirlenmiştir. Bu şekilde yüksek safsızlığa sahip borik asit üretimi için alternatif bir proses geliştirilmesi hedeflenmiştir.