Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar Kocatepe Üniversitesi 2007 YRD. DOÇ. DR. ATİLLA EVCİN

Transkript

1 YRD. DOÇ. DR. ATİLLA EVCİN Çinko borat 1

2 Çinko borat polimer, ahşap, tekstil gibi sektörlerde kullanılan alev geciktirici inorganik bir katkı maddesidir. Değişik bileşimlerde çinko borat bulunmaktadır. Bunlardan ticari öneme sahip olanlar 2ZnO 3B 2 O 3 3.5H 2 O, ZnO B 2 O 3 2H 2 O, ZnO 3B 2 O H 2 O, 2ZnO 3B 2 O 3 9H 2 O, 3ZnO 2B 2 O 3 5H 2 O, ZnO B 2 O 3 1.5H 2 O, 4ZnO B 2 O 3 H 2 O ve 2ZnO 3B 2 O 3 olarak sıralanabilir. Alev geciktirici katkı maddesi olarak çinko borat kendi başına veya ek katkı maddeleri ile birlikte kullanılmaktadır. Çinko boratın alev geciktiriciliği üzerine pvc, eva, mdf, ahşap, kablo ve yalıtım malzemeleri alanında yapılan bazı çalışmalar mevcuttur. Çok farklı ve çeşitli uygulamalarda kullanılan kabloların ve elektrik sektöründe kullanılan yalıtım malzemelerinin yanmaya karşı dayanıklı olması çok hassas ve önemli bir konudur. Bu konuda yapılan çalışmalarda alev geciktirici katkı maddesi olarak ürüne çinko borat, magnezyum hidroksit ve antimon oksit karışımları eklenmiştir. Varılan sonuç; ürünün mekanik özellikleri değişmeden istenilen yanmazlık özelliklerine ulaşıldığı şeklindedir. 2

3 Çinko boratla işlem görmüş kompozit ahşap 10 yıl garantili olup, hiçbir bakım gerektirmeyen, böceklere, mikroplara, çürümeye ve bozulmaya dayanıklıdır 3

4 Sodyum Borhidrür Tüm dünyada son yıllarda alternatif enerji kaynağı olarak hidrojen öne çıkmıştır ve Hidrojen Üretimi Hidrojen Depolama ve Taşıma Yakıt Pili Geliştirilmesi Kullanılacağı Sisteme Entegrasyonu konularındaki çalışmalar yoğun olarak sürdürülmektedir. Bu alanlardaki çalışmalarda sodyum borhidrürün hidrojen verme ve taşıma özelliğinden dolayı ön plana çıktığı ve giderek öneminin arttığı görülmektedir. Bir hidrojen taşıma ortamı olarak sodyum borhidrürün kullanım potansiyeli, sahip olduğu avantajlar nedeniyle yüksektir. 4

5 Sodyum borhidrür ün alkali çözeltileri katalitik olarak, bağıntısı uyarınca hidrojen verir. Bu özellik yeni ve temiz enerji politikalarıyla birlikte değerlendirilebilirse bor için çok yaygın ve kalıcı bir tüketim alanı yaratılabilecektir. Sodyum borhidrürün diğer hidrojen taşıma ortamlarına göre avantajları: Ağırlıkça % 20 hidrojen depolayabilir. Yanıcı/patlayıcı değildir. Reaksiyon kolayca kontrol edilebilir. Hidrojenin yarısı hidrürden, diğer yarısı ise sudan gelmektedir. Katalizör ve sodyum metaborat tekrar kullanılır. Sodyum borhidrür çözeltisinden katalitik olarak elde edilen hidrojen gazı, yakılarak, geri dönüşsüz pil olarak, yakıt pilinde kullanılarak enerjiye dönüştürülebilir. Türkiye nin, sahip olduğu bor cevherleri zenginliğini katma değere dönüştürebilmesi, dünya bor pazarında sahip olduğu bu zenginliğe koşut bir yere gelebilmesi için, katma değeri yüksek, yaygın olarak büyük miktarlarda kullanılabilecek bor bileşikleri üretimine geçmesi gereklidir. Bu bağlamda sodyum borhidrür üretimi iyi bir örnektir. 5

6 Sodyum borhidrürün mevcut kullanım alanları: Özellikli Arıtım Kimyasalları, Selüloz Ağartma, Metal Yüzeylerin Temizlenmesi, Fotoğrafçılık ve Metal Yüzey İşlemlerinde Değerli Metal Kazanma, Atık Sulardan Ağır Metalleri Giderme, Hidrojen Taşıma/Depolama olarak sıralanabilir. Kullanılmasının yaygınlaştırılmasında en önemli engel ise mevcut üretim yöntemleri nedeniyle fiyatının yüksekliğidir. 6

7 Sodyum borhidrür hazırlama ve üretimi için çalışılan diğer reaksiyonlar Çizelge 1 de topluca verilmektedir. Bu yöntemlerde aşağıda verilen dezavantajlar mevcuttur: Na, NaH gibi üretilmeleri zor başlangıç maddeleri, B(OCH 3 ) 3, BF 3 gibi üretilmeleri özel koşullar isteyen borlu başlangıç maddeleri, Yüksek sıcaklık ve basınç, Uzun reaksiyon süreleri, Organik reaksiyon ortamı Saflaştırma (ekstraksiyon, damıtma vb.) ve geri kazanma işlemleri. 7

8 8

9 9

10 Zirkonyum diborür ZrB 2 Diğer boritlerin içerisinde ZrB 2 önemli bir malzemedir. Yüksek ergime noktasına, sertliğe, elastik modüle, elektrik iletkenliğine sahiptir. Ferit olmayan metallere, bazik olmayan cüruflara, kriyolit, HCl ve HF e karşı mükemmel kimyasal direnci vardır. Zirkonyum di borür hegzagonal yapıya sahiptir. ZrB 2 nin TiB 2 ye göre avantajları vardır. TiB 2 ye göre daha yüksek yoğunluğa sahip olmasına rağmen, pek çok dengeli ara faza sahip oluşu ZrB 2 nin takviyeli kompozit malzeme üretimi için tercih edilmesine sebep olur. Geçiş metali bor kaplamalar son yıllarda oldukça ilgi çekici hale gelmiştir. Bu malzemeler yüksek aşınma ve korozyon direnciyle beraber yüksek sertliğe sahiptir. özellikle krom di borür, korosif aşınmaya ortamlarında kullanılan sağlam bir malzemedir. Bor Fiberler Bor fiberler, cam tüp reaktör içindeki tungsten filamen üzerine CVD tekniği kullanılarak, bor triklorürün hidrojen redüksiyonu ile üretilir C deki en temel reaksiyonu aşağıdaki gibidir. 2BCl 3 (g) + 3H 2 (g) 2 B (s) + 6HCl Fiber yüzeyleri nodülerdir. Fiber kristal yapısı çok ince ve komplekstir, kalınlığı 2 nn civarındadır. Boron fiberler, özellikle kompozit uygulamalarında destekleyici, takviye edici elemanlar olarak üstün özellikler gösterir. 10

11 İnorganik Bor Bileşikleri 11

12 12

13 İlave edildiği ürünlerin katma değerlerini arttıran bor madeninin yaklaşık 250 yi aşkın kullanım alanı mevcuttur. Şekilde görüleceği gibi, özellikle bor ürünleri hafifliği, gerilmeye olan direnci ve kimyasal etkilere dayanıklılığı nedeniyle plastiklerde, sanayi elyafı üretiminde, lastik ve kağıt endüstrisinde, ısıya dayanıklı cam gereçleri üretiminde, nükleer enerji santrallerinde, roket yakıtlarında, sert çelik üretiminde, emaye ve porselen sırlarının üretiminde, ilaç, kimya ve kozmetik endüstrisinde, fotoğrafçılıkta, boya, dericilik ve çimento endüstrisinde kullanılmaktadır. 13

14 kola ve diğer yapıştırı yapıştırıcı çimento deterjan kozmetik ve ilaç tarım ilaçları elektirk yalıtımı Sodyum fotoğrafçılık tarım ilaçları metaborat tekstil yanmayı geçiktiren ka Sodyum Borat cam ve cam elyafı Cevherleri Rafine veya Sodyum gübre katkısı gübre katkısı konsantre pentaborat yanmayı geçiktirici katkı dericilik Boraks dekahidrat fotoğrafçılık ve pentahidrat Sodyum deterjan ve ağartıcı tekstil boyaları perborat dezenfektan yün koruyucu tekstil ve boya gübre katkısı Göl Suları Susuz boraks cam cam elyafı metalurji (eritici) cam emaye ve cila Susuz borik asit antiseptik bor alaşımları kozmetik Borik asit nükleer uygulamalar naylon Kalsiyum Borat fotoğrafçılık Cevherleri tekstil cam emaye ve cila bor alaşımları tekstil cam elyafı Sodyum Kalsiyum selülozik yalıtkanlık Borat Cevherleri cam elyafı yalıtımı metalurji nükleer uygulamalar Çok geniş ve çeşitli alanlarda ekonomik olarak kullanılan bor mineral ve bileşiklerinin kullanım alanları günlük yaşamımıza ve sanayinin her alanına girerken bor madeninin kullanım alanları ve kullanım miktarı da bölgelere göre önemli farklılıklar göstermektedir. Dünyada üretilen bor cevherlerinin ancak % 10'u direkt olarak kullanım alanı bulurken, cevherlerin geriye kalan kısmı bor rafine ürünleri elde etmek için kullanılmaktadır. Dünya bor kullanımının yaklaşık olarak % 80'ini ABD ve Batı Avrupa ülkeleri yapmaktadır Örneğin, Avrupa'da en fazla bor madeni kullanımı ağırlıklı olarak deterjan sanayinde kullanılan sodyum perborat üretiminde olurken, Kuzey ve Orta Amerika'da ise izolasyon cam yününde (fiberglas) olmaktadır. 14

15 Ülkemizde ise bor mineralleri üretiminin % 80 90'ı rafine bor ürünlerinin üretiminde geriye kalan bor mineralleri ve ürünleri ise en çok kimya ve cam sanayiinde kullanılmaktadır. Genel olarak ülkemizde bor tüketimi çok düşük seviyelerde olup, üretilen bor cevherleri ve ürünlerinin büyük bir kısmı ihraç edilmektedir. Türkiye, Batı Avrupa içinde değerlendirilirken Türkiye nin bor madeni kullanım miktarı ancak dünya üretiminin % 1-2 si civarında gerçekleşmektedir. Dolayısıyla Türkiye dünya çapında bor üreticisi olmasına rağmen, bora dayalı ya da bor kullanan endüstrilerde tamamen dışa bağımlıdır. DÜNYA GENELİNDE NDE BOR MİNERALLERM NERALLERİNİN UYGULAMA ALANLARINA GÖRE G KULLANIMI : DİĞER %28 CAM ÜRÜNLERİ %37 TARIM %7 DETARJANLAR %15 SERAMİK %13 15

16 Tablo Nihai Kullanım Bazında Bor Kullanımı KULLANIM ALANI Yalıtım, Fiberglas Deterjan Borosilikat Cam Seramik Fiberglas tekstil Tarım Diğer TOPLAM Kuzey Amerika KULLANILAN MİKTAR Diğer Batı Avrupa Toplam Miktar Oran % Kaynak: Roskill,, The Economics of Boron, Tenth Edition, Londra, Doğadan çıkarılan bor minerallerinin doğrudan tüketimi, diğer madenlerde de olduğu üzere söz konusu değildir. Bir takım cevher zenginleştirme işlemlerine tabi tutulmaları gerekmektedir. Doğadan çıkarılan cevherlerin tabi tutulacağı sonraki işlemlerin sonucunda katma değeri de önemli ölçüde yükselmektedir. Bor minerallerinin her biri için uygulanan cevher zenginleştirme yöntemi, üretilecek bor ürünü için piyasada oluşan genel eğilime ve talebe bağlı olarak değişebilir. Tüvenan bor cevherleri genellikle yüksek tenörlü olduğundan sadece kırma, eleme ve sınıflandırma işlemleri yoluyla da kolayca zenginleştirilebilmektedirler. Bu etken de üretim maliyetinin oldukça düşük gerçekleşmesine olanak tanımaktadır. 16

17 Bor cevherlerinin bazı sanayi kollarında rafine bor bileşiklerine dönüştürülmesi gerekmekte ve bu da metalurjik ve kimyasal işlemlerden geçirilmesini gerektirmektedir. Metalurjik işlemler aşamasından çıkan ürünün yaratacağı katma değer dolayısıyla ulusal ekonomiye katkısı da çok daha büyük önem arz edecektir. Örneğin maden ocağından çıktığı hali ile (tüvenan) ihraç edilen bir kolemanit cevherinin satış bedeli 1 birim ise, bu cevher zenginleştirme prosesine tabi tutulduktan sonraki konsantre ürünün satış bedeli 5 birim, bu konsantreden basit kimyasal-metalurjik işlemler sonucu elde edilebilecek borik asit ürününün satış bedeli 10 birim ve bundan elde edilmesi muhtemel diğer uç ürünlerin satış bedeli ise yaklaşık 50 birim kadar olabilmektedir. 17

18 BOR Cam ve Cam Elyafı, Deterjan Sanayii, Seramik ve Emaye Sanayii, Tekstil Sanayii, Metalürji, Tarım m ve Tarım İlaçları, Nükleer Uygulamalar, Süper İletken Alaşı şım Üretimi 18