Enerji Sistemleri Mühendisliği

Bor Elementi

Önsöz: Evaporasyon yoluyla oluşan Bor mineralleri Sodyum, Kalsiyum veya Magnezyum içermektedirler. Doğada 150 den fazla Bor minerali olmakla beraber ekonomik öneme sahip olanlarının başlıcaları Tinkal, Kolemanit ve Üleksit’tir. Tarih boyunca kullanılmasına rağmen gelişen teknoloji ile Bor’un önemi daha da artmıştır. Deterjandan silah ve uzay sanayine kadar hemen hemen her alanda kullanılan Bor madeni bakımından Türkiye büyük bir öneme sahiptir. Türkiye dünyadaki en büyük Bor rezervlerine sahip bulunmaktadır.

Bor, periyodik tabloda B simgesi ile gösterilen , yerkabuğunda yaygın olarak bulunan 51. Elementtir.Atom numarası 5, atom ağırlığı 10.81, ergime noktası 2190±20 ºC olan, metalle ametal arasında,yarı iletken özellikte bir elementtir. Periyodik cetvelin 3A grubunun ilk ve en hafif üyesidir.

Bor, bileşiklerinde metal dışı bileşikler gibi davranır, ancak, farklı olarak saf bor, karbon gibi elektrik iletkenidir. Kristalize bor, görünüm ve optik özellikleri açısından elmasa benzer ve neredeyse elmas kadar serttir.Borun saf elementi ilk kez, 1808 yılında Fransız kimyager J.L. Gay-Lussac ve Baron L.J.Thenard ile İngiliz kimyager H. Davy tarafından elde edilmiştir.

Bor tabiatta hiçbir zaman serbest halde bulunmaz. Doğada yaklaşık 230 çeşit bor minerali olduğu bilinmektedir

Oksijenle bağ yapmaya yatkın olması sebebiyle pek çok değişik bor-oksijen bileşimi bulunmaktadır. Bor-oksit bileşimlerinin genel adı borattır. Bor madenlerinin değeri genellikle içindeki B2O3 (bor oksit) ile ölçülmekte, yüksek oranda B2O3 bileşiğine sahip olanlar daha değerli kabul edilmektedir.

 

Bor Mineralleri

Boraks (Tinkal) (Na2B4O7 .10H2O)

Doğada genellikle renksiz ve saydam olarak bulunur. Ancak içindeki bazı maddeler nedeniyle pembe, sarımsı, gri renklerde de olabilir. Kristal sistemi Monoklin, sertliği 2- 2.5, özgül ağırlığı 1.7gr/cm3, B2O3 içeriği % 36.6 dır. Borik asit elde edilmesinde kullanılır. Evaporasyonun yüksek olduğu kurak-yarıkurak bölgelerdeki tuzlu göllerde oluşur. Boraks suyunu kaybederek kolaylıkla Tinkalkonit’e dönüşebilir.Ülkemizde Eskişehir-Kırka yataklarından üretilmektedir.

 

Kernit (Razorit) (Na2B4O7 .4H2O)

Doğada renksiz, saydam, uzunlamasına iğne şeklinde küme kristaller şeklinde bulunur.Sertliği 3, özgül ağırlığı 1.95 gr/cm3 ve B2O3 içeriği %51’dir. Soğuk suda az çözünür. Eskişehir-Kırka’da Na-Borat kütlesinin alt seviyelerinde yer alır. Türkiye dışında Arjantin ve A.B.D.’de bulunur.

 

Üleksit (NaCaB5O9 .8H2O)

Doğada masif, yumrular, lifsi ve sütun şeklinde bulunur. Saf olanı, beyaz renktedir. İpek parlaklığında olanları da vardır. Kristal sistemi Triklin, sertliği 2,5 tir.Genelde Kolemanit, Hidroboraksit ve Probertit ile birlikte oluşmuştur.B2O3 içeriği % 43’tür. Ülkemizde Kırka, Bigadiç ve Emet yörelerinde, dünyada ise Arjantin’de bulunmaktadır.

 

Probertit (NaCaB509 .5H2O)

Kirli beyaz, açık sarımsı renklerde olup ışınsal ve lifsi şekilli kristaller şeklinde bulunur.Kristal boyutları 5 mm ile 5 cm arasında değişir. B2O3 içeriği%49.6’dır. Türkiye’de Kestelek yataklarında ve Emet’te görülür.

Önerilen Yazı  Doğalgaz Enerjisi

 

Kolemanit (Ca2B6O11 .5H2O)

Monoklinik sistemde kristalleşir. Sertliği 4-4.5, özgül ağırlığı 2.42’dir. B2O3 içeriği % 50.8’dir.Suda yavaş, Hidroklorik asitte hızla çözünür. Bor bileşikleri içinde en yaygın olanıdır. Oluşumunda termal kaynakların etkisi vardır. Türkiye’de Emet, Bigadiç ve Kestelek’de, dünyada ise ABD, Şili,Kazakistan ve Arjantin’de bulunmaktadır.

 

Pandermit (Priseit) (Ca4B10O19 .7H2O)

Sıcaksu kaynaklarının çevresinde oluşmuştur, çoğunlukla Kil ve Jips’le beraber bulunur.Beyaz renkli ve 3-3.5 sertliğe sahip bir mineraldir. Ülkemizde, Sultançayırı ve Bigadiç yataklarında görülmektedir. B2O3 içeriği % 49. 8’dir.

 

Hidroborasit (CaMgB6O11.6H2O)

Işınsal ve iğne şeklindeki kristaller şeklinde bulunur. Lifsi bir dokuya sahiptir. B2O3 içeriği %50.5’tir. Beyaz renkte, bazen arsenik içeriğine göre sarı ve kırmızımsı renklerde de görülür. Kolemanit,Üleksit ve Probertit ile birlikte bulunur. Ülkemizde en çok Emet, Doğanlar, İğdeköy yörelerinde ve Kestelek’de bulunmaktadır.

 

Rezervler

Bor, yeryüzünde toprak, kayalar ve suda yaygın olarak bulunan bir elementtir. ABD’nin batı bölgeleri ve Akdeniz’den Kazakistan’a kadar uzanan yörede yüksek konsantrasyonlarda bulunur. Yüksek konsantrasyonda ve ekonomik boyutlardaki bor yatakları, borun oksijen ile bağlanmış bileşikleri olarak daha çok Türkiye ve ABD’nin kurak, volkanik ve hidrotermal aktivitesinin yüksek olduğu bölgelerde bulunmaktadır.

 

ÜLKE TOPLAM REZERV TOPLAM
(Bin ton B2O3) (%B2O3)
Türkiye 953.300 %72,8
Rusya 100.000 % 7,6
A.B.D. 80.000 %6,1
Çin 47.000 %3,6
Ş ili 41.000 %3,1
Sırbistan 24.000 %1,8
Peru 22.000 %1,7
Bolivya 19.000 %1,5
Kazakistan 15.000 %1,1
Arjantin 9.000 %0,7
TOPLAM 1.310.300   %100,0

 

Kullanım Alanları

Bor mineralleri, sanayide sayısız denecek kadar çok çeşitli işlerde kullanılmaktadır. Bor minerallerinden elde edilen boraks ve borik asit; özellikle nükleer alanda, savunma sanayisinde, jet ve roket yakıtı, sabun, deterjan, lehim, fotoğrafçılık, tekstil boyaları, cam elyafı ve genellikle kağıt sanayinde kullanılmaktadır.

 

Metalürji

Bor bileşikleri, yüksek sıcaklıklarda düzgün, yapışkan, koruyucu ve çapaksız sıvı oluşturma özellikleri nedeniyle demir dışı metal sanayinde koruyucu cüruf oluşturucu ve ergitmeyi hızlandırıcı madde olarak kullanılmaktadır. Bor ilavesi çeliğin sertlik ve mukavemetini artırmaktadır. Çelikler 50 ppm düzeyine kadar bor ihtiva edebilirler. Borlu çeliklerin sertleşebilme kabiliyetleri daha yüksektir. Bor, paslanmaz çeliklere de ilave edilmektedir.

Ferrobor; çelik, dökme demir, sürekli mıknatıslar ve amorf metallerin üretiminde kullanılır. Dünya ferrobor üretiminin % 50’den fazlası çelik endüstrisinde kullanılmaktadır. Üretimin % 10’luk bir bölümü ise Nd-Fe-B sürekli mıknatıslarının üretiminde kullanılmaktadır.

Bor Fiberleri

Bor fiberleri, spor aletlerinden (balıkçılık, golf, kayak, bisikletler) uzay ve hava araçlarına kadar birçok alanda kullanılmaktadırlar.Bor fiber kompozitleri, bor fiberleri ile güçlendirilmiş polimer reçinelerden oluşmaktadır. Bor fiber kompozitleri, hava ve uzay araçlarının üretiminde kullanılan ilk ileri kompozit malzemedir. Bor fiberlerinin yüksek maliyetleri kullanım alanlarını sınırlamaktadır.

Önerilen Yazı  Güneş Enerjisi

Uzay ve Havacılık

Uçak ve havacılık endüstrisinde bor kullanımı giderek artan bir seyir izlemektedir. Aerodinamikteki gelişmeler, yüksek hız kanat uygulamaları, yüksek ısıya dayanımlı gövde, düşük ağırlık yüksek kapasite ve benzeri uygulamalar üzerinde yürütülen tasarım ve geliştirme çalışmaları havacılık ve uzay sanayinde kompozit malzeme kullanımını oldukça yaygınlaştırmıştır.Bor kimyasalları füze yakıtı olarak kullanılabilmekte olup hidrojen diboran (B H ) ve hidrojen pentaboran (B H ) gibi borhidrürlerin uçaklarda yüksek performanslı potansiyel yakıt olarak kullanımı konusunda çalışmalar mevcuttur.

Alev Geciktiriciler

Boratlar, çeşitli malzemelerde (ahşap, selülozik yalıtım, PVC ve tekstil) alev geciktirici amacıyla kullanılmaya başlanmıştır. Bor,yanan malzemenin üzerine oksijenle temasını kesecek şekilde kaplayarak yanmayı bastırır.Selülozik yalıtımda, boraks pentahidrat ve borik asit kullanılmaktadır. Bu ürünler, enerji verimliliğini artırmak, mantar ve diğer mikroorganizmaların gelişimini önlemek ve alev almaya karşı malzemenin direncini yükseltmek amacıyla kullanılmaktadır.PVC’de yanmayı önleyici olarak kullanılan bor bileşiklerinin başında çinko borat, baryum metaborat, bor fosfatlar ve amonyum fluoborat gelir. Boraks ve borik asit, tekstil alanında faydalı alev geciktiriciler olmakla birlikte, suda çözünebilme özellikleri nedeniyle üründen yıkanarak atılma sorunu ile karşılaşılabilmektedir.

Sağlık

Bor, insan vücudu tarafından az miktarlarda ihtiyaç duyulan, hücrelerde sentezlenemediği için besinlerle dışarıdan alınması gereken önemli bir besleyicidir. 1981 yılına kadar borun insanlar üzerinde bir etkisinin olmadığı düşünülmekteydi. Bu yıldan sonra yapılan çalışmalarla borun, birçok tedavi için vazgeçilmez bir element olduğu ve insan gelişiminde düşünülenin tam aksine etkin olduğu belirlendi. Metabolizmadaki bor, kalsiyum, magnezyum ve fosfor dengesini ayarlamakta olup sağlıklı kemiklerin oluşumuna, kasların ve beyin fonksiyonlarının gelişimine yardım eder. Ayrıca kesinleşmiş bir tedavi olmamakla birlikte Bor Nötron Yakalama Tedavisi (BNCT) ile sağlıklı hücrelere zarar vermeden kanserli hücrelerin imha edilmesinde görev alan bor elementi, kanser tedavisinde yeni bir umut olmuştur.

Tarım

Bitki gelişiminde önemli bir yeri olan bor elementinin mutlak gerekliliği yaklaşık 82 yıl önce belirlenmesine rağmen bitki bünyesindeki fonksiyonları halen tam olarak anlaşılamamıştır.Bor, hücredeki şeker geçişini, hücre bölünmesi ve gelişimi, fotosentez metabolizmasını düzenler. Gereken miktarlarda bor olmadan da bitkiler büyüyebilir ve yaprak açabilir ancak meyve veya tohum üretiminde kayıplar söz konusu olacaktır.

Cam Sanayi

Bor minerallerinin en fazla tüketildiği alan cam sektörüdür. Bor, ergimiş haldeki cam ara mamulüne katıldığında onun akışkanlığını artırmakta, son ürünün yüzey sertliğini ve dayanıklılığını yükseltmektedir. Bor oksit özellikle; borosilikat cam, tekstil tipi ve izolasyon tipi cam elyaflarında yoğun olarak kullanılmaktadır.Bor; borosilikat cam, tekstil tipi ve izalosyon tipi cam elyaflarında, sıvı kristal göstergelerinde,özel fırın kaplarında, laboratuvar malzemelerinde, arabaların far ve sinyal camlarında, camyününde, LCD ekranlar ve CRT cam ürünlerinde kullanılmakta ve bunun yanı sıra borlu bazı özel camlar uzay sanayinde, elektronik endüstrisinde ve nükleer reaktörlerde kullanılarak, bor araştırma fırsatlarını oluşturmaktadır.

Önerilen Yazı  Rüzgar Enerjisi

Seramik Sanayi

Bor, seramik sanayinde çoğunlukla sır ve fritlerde kullanılmaktadır. Seramik sırlarında kullanılan bor oksit oranı ağırlıkça %8-24 arasında değişir. Sırlarda bor oksitin temel fonksiyonu, esas itibarıyla cam ve malzeme arasında ısısal açıdan uyum sağlamak ve sırrın ısısal genleşme kat sayısını düzenlemektir. Sırlara, bor ilavesinin diğer bir sebebi, ergimenin ilk aşamalarında cam oluşumunu sağlamaktır.

Çimento

Bir bor minerali olan kolemanit, %8 oranında çimento üretiminde kullanılarak klinker pişirme sıcaklığını düşürmekte ve çimentonun özelliklerini iyileştirmektedir. Borlu çimento; mukavemet, su ve gaz geçirgenliği, hidratasyon ısısı gibi parametreler açısından portland çimentosuna göre daha iyi özellikler sergilemektedir. Borlu çimento üretimi, Kyoto protokolünün getirdiği sorumluluklar çerçevesinde sektör için can simidi olabilecek potansiyeli taşımaktadır.

 

Enerji

Ticari olarak üretilip kullanılan bor hidrürlerin en önemlisi olan ve iyi bir hidrojen taşıyıcısı ve depolayıcısı olarak bilinmektedir.

Sodyum borhidrür, gelecek yıllarda hidrojenin yakıt olarak kullanılmasının yaygınlaşması ile birlikte enerji alanında önemli bir ürün haline gelecektir. Hidrojeni depolama özelliğinin yanı sıra,yakıt pillerinde doğrudan yakıt olarak        da kullanılabilmektedir.

Enerji Depolama

Termal storage pillerindeki, Sodyum Sülfat ve su ile yaklaşık %3 ağırlıktaki boraks dekahidratın kimyasal karışımı gündüz güneş enerjisini depolayıp, gece ısınma amacıyla kullanılabilmektedir.

Nükleer Uygulamalar

Atom reaktörlerinde borlu çelikler, bor karbürler ve titan bor alaşımları kullanılır. Paslanmaz borlu çelik, nötron absorbanı olarak tercih edilmektedir. Yaklaşık her bir bor atomu bir nötron absorbe etmektedir. Bu nedenle, atom reaktörlerinin kontrol sistemleri ile soğutma havuzlarında ve reaktörün alarm ile kapatılmasında bor ( B) kullanılmaktadır. Ayrıca, nükleer atıkların depolanması için bor cevheri olan kolemanit kullanılmaktadır.

Savunma sanayii

‘Bor Karbür (B4C)’ bileşeninin olağanüstü sertliğinden dolayı tank zırhında ve kurşun geçirmez yeleklerde kullanılmaktadır.

Temizleme ve Beyazlatma Sanayii

Sabun ve deterjanlara mikrop öldürücü (jermisit) ve su yumuşatıcı etkisi nedeniyle % 10 boraks dekahidrat ve beyazlatıcı etkisini artırmak için toz deterjanlara  % 10-20 oranında sodyum perborat katılmaktadır.

Çamaşır yıkamada kullanılan deterjanlara katılan sodyum perborat (NaBO2H2O2.3H2O) aktifbir oksijen kaynağı olduğundan etkili bir ağartıcıdır.

 

Kaynakça
  • YİĞİTBAŞIOĞLU – Ankara Üniversitesi, Dil ve Tarih-Coğrafya Fakültesi, Coğrafya Bölümü, 06100, Sıhhiye, Ankara
  • Yasemen DENİZ – Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü
  • Boren.gov.tr -> K-1, K-2, K-3, K-4, K-5, K-6, K-7, K-8, K-9, K-10, K-11, K-12, K-13, K-14, K-15

1 Yorum

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.