Boraks Dekahidrat’ın Kristalizasyon Kinetiğine Çözeltinin Na2o/b2o3 Oranının Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Kozmetik ürünler, elektrolitik kapasitörler ve nükleer uygulamalar için boraks dekahidratın saflığı kritiktir. Kristalizasyon ve filtrasyonu içerdiği düşünüldüğünde, ürün saflığı özellikle elde edilen kristallerin şekline, partikül boyutuna ve dağılımına bağlıdır. Geçmişte alınan sonuçlar ve literatürde verilen bilgilerden, katkı maddesi kullanılmadığında stokiometrik bileşimdeki çözeltilerden boraks dekahidratın polikristal yapıda kristallendiği ve topaklanmaya yatkınlığı bilinmektedir. Bu çalışmada, boraks dekahidratın kristal büyüme kinetiğinin buna bağlı olarak da kristal özelliklerinin farklı bir yöntem ile değiştirilebilirliği incelenmiştir. Çalışma kristal büyüme ve çözünme hızlarının Na2O/B2O3 molar oranı 0.5 olan stokiometrik çözeltilerde, Na2O/B2O3 molar oranı 0.9 ve 0.3 olan sodyum metaborat tarafındaki ve sodyum pentaborat tarafındaki boraks çözeltilerinde ve durgun ortam tek kristal hücresinde ve optik mikroskop-görüntü analiz yazılımı kullanılarak incelenmesinden oluşmaktadır. Ek olarak, topaklanma, polikristal oluşumu gibi davranışlar üzerindeki etkinin belirlenmesi için, karıştırmalı kristalizörde bir grup ön deneme yapılarak oluşan kristallerin mikroskopik incelemeleri ile bu etki belirlenmeye çalışılmıştır. Na2O/B2O3 molar oranı=0.94(-/+0.02) olan boraks çözeltilerinde çözünme hızı D=5.55xE-8xdeltaC, büyüme hızı G=2.39xE-8x(0,97mertebelideltaC); Na2O/B2O3 molar oranı=0.50(-/+0.02)olan (stokiometrik bileşimli) boraks çözeltilerinde çözünme hızı D=1.31xE-7xdeltaC, büyüme hızı G=4.67xE-8x(0,98mertebelideltaC); Na2O/B2O3 molar oranı 0.30(-/+0.02)olan (sodyum pentaborat tarafındaki) boraks çözeltilerinde çözünme hızı D=1.12xE-7xdeltaC, büyüme hızı G=1.65xE-8x(0.42mertebelideltaC)olarak belirlenmiştir. Herbir çözeltide de büyüme hızının aşırı doygunlukla değişiminde oldukça fazla saçılma görülmüş, saçılmanın en az olduğu çözeltinin stokiometrik bileşimli çözelti olduğu belirlenmiştir. Kesikli karıştırmalı kristalizasyon deneyleri, her üç çözelti bileşiminde de kristallerde topaklanma olduğunu; çözeltinin Na2O/B2O3 molar oranındaki artışın elde edilen kristallerin içerdiği ince fraksiyonu(300 microndan küçük)artırdığını, topaklanmayı ise azalttığını göstermiştir.

The purity of borax decahydrate is crucial in cosmetics, electrolytic capacitors and nuclear applications. The purity depends on the shape, crystal size and distribution thereof. Literature shows, without any additives, borax decahydrate tends to crystallize in agglomerative\polycrystalline structure from stoichiometric solutions. In the present study a method, which eliminates the using of additives, was selected to modify the crystal properties and growth rate. The study comprise examining the growth and dissolution rates of borax decahydrate in solutions with Na2O/B2O3 molar ratios of 0.5(stoichiometric), 0.9 and 0.3(close to sodium metaborate and pentaborate crystallization region, respectively), by using crystal measurement cell. In solutions having a Na2O/B2O3 molar ratio of 0.94(-/+0.02), dissolution and growth rate correlations of borax decahydrate were defined as D=5.55xE-8xC and G=2.39xE-8x(0,97power of deltaC), respectively. In solutions with a Na2O/B2O3 molar ratio of 0.50(-/+0.02), rate correlations were determined as D=1.31xE-7xdeltaC and G=4.67xE-8x(0,98power of deltaC), respectively. In the case of borax solutions having a Na2O/B2O3 molar ratio of 0.300.02 rate correlations were determined as D=1.12xE-7xdeltaC and G=1.65xE-8x(0,42power of deltaC), respectively. It was seen that the growth rate of borax decahydrate crystals has dispersion in all solutions with the examined Na2O/B2O3 molar ratios. The extent of dispersion(GRD) is the least for the stoichiometric solution having a Na2O/B2O3 molar ratio of 0.50(-/+0.02). Crystallization experiments showed that there is agglomeration in all examined Na2O/B2O3 molar ratios of solution. The aglomeration decreases with increasing Na2O/B2O3. The fraction of fine particles(smaller than 300micron) increases with increasing Na2O/B2O3 molar ratio of solution, whereas the agglomeration decreases.