Bor ve Bor Ürünlerinin Uygulama Alanları

Bor ve Bor Ürünlerinin Uygulama Alanları
  • Makale
  • Ziyaret: 3502
  • element, bor
  • Son Güncelleme: 11-10-2013
  • (Puanı 0.0/5 Yıldız) Toplam Oy: 0

Özet

Bor elementi, endüstri için öneminin günden güne artmasının yanısıra çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Bor bileşiklerinin üretimi doğadaki bor minerallerinin madencilik, cevher hazırlama ve metalürjik işlemlerden geçirilmesinden sonra gerçekleştirilmektedir. Bor mineral veya cevherleri doğadaki halleriyle ticari önem taşıyabilirler ancak farklı tipteki rafine bor bileşiklerinin üretilmesi için bazen teknolojik işlemlere tabi tutulurlar. Bu bileşikler içerdikleri B2O3 miktarlarına ve/veya taşıdıkları fiziksel veya kimyasal özelliklerine göre farklı alanlarda kullanım alanı bulurlar. Metalürji ve malzemeden başlayan, yangın geciktirici olarak kullanılan, savunma ve uzay teknolojilerinde, tarım, temizlik, sağlık maddelerine kadar yayılan ve çok geniş bir alanda kullanılan bir madde olarak ortaya çıkmaktadır. Dünyanın en büyük bor rezervlerinin Türkiye’de bulunması açısından da büyük önem taşımaktadır.


1. Giriş

Yer kabuğunda 51. yaygın element olarak boratlar ve borosilikatlar halinde yer alan bor elementinin kimyasal sembolü "B’’ olup, bu element periyodik cetvelde IIIA grubunun metal olmayan tek elementidir. Bor, tabiatta serbest halde bulunmayıp her zaman oksijene bağlı olarak bulunmaktadır. Bor elementinin amorf bir toz halindeki rengi koyu kahverengidir. Ancak çok gevrek ve sert yapılı monoklinik kristal halinin rengi ise sarımsı-kahverengidir [1].

Morfolojisine ve tane büyüklüğüne bağlı olarak bor elementinin kimyasal özellikleri değişir. Mikron boyutundaki amorf bor kolaylıkla reaksiyona girerken kristalin bor daha zor reaksiyon verir. Bor yüksek sıcaklıkta su ile reaksiyon vererek borik asit ve diğer bazı ürünleri oluşturur. Amorf metal formu, seyreltik mineral asitlerle oda sıcaklığında reaksiyona yavaş girer, kristalize formu inerttir. Ancak, konsantre nitrik asit çözeltisiyle reaksiyon verir [2].

 

2. Bor Ürünleri

2.1. Ham Bor Ürünleri

Dünyada üretilen bor cevherlerinin birçoğu zenginleştirme işlemi yapıldıktan sonra, ya parça ya da öğütülmüş konsantre halinde kullanılmaktadır. Bu tür ürünler ham borolarak tanımlanabilmektedir.


2.2. Rafine Bor Ürünleri

Temel kullanım alanları olarak, cam ve cam elyafı, sabun ve deterjan, seramik, yangın geciktirici gereçler, tarım, nükleer uygulamalar, metalürji, ilaç ve kozmetik, elektronik, bilgisayar sanayi dalları sayılabilmektedir. Rafine bor ürünleri,borun en çok tüketilen türevlerini oluşturmaktadır.


3. Boratlar

Boratlar bor içerikli doğanın oluşturduğu minerallerdendir. Bor elementi, doğada yalnız olarak bulunmaz ve genelde oksijen, hidrojen atomları ve metaller ile az miktarda toprak, kaya ve su içerdiğinden diğer elementlerle de birleşerek borik asit ve borat adı verilen inorganik tuzları oluştururlar. Böyle bir tuz olan çinko boratlar toprakta bitkiler için besin değeri taşıyabilecek maddeler verir. Ayrıca alev geciktirici olarak halojenürlerin yerine kullanılmasıyla zehirli ve aşındırıcı gazların açığa çıkmasını da engellemektedir [3]. Her yıl milyonlarca ton borat madeninin çıkarılıp işlenmesi ve dünyaya dağıtılmasına rağmen yağmur, volkanik faaliyetler, yoğuşma ve diğer atmosferik hareketler gibi doğal kuvvetlerle gezegenimizde kullanılan ticari boratın en az iki katı yeniden oluşur. Borun endüstride yaygın olarak kullanılmasının iki temel nedeni vardır. Birincisi; bor zararsızdır. Yüzyıllardır kullanılan boratların normal koşullarda kullanımında doğaya, insanlara ya da diğer canlılara zehirli etkisi yoktur. İkinci nedense; bor kullanışlıdır. Çevresel sağlık ve güvenlik avantajlarının yanı sıra doğada bol miktarda bulunması, ekonomik olması, performansı ve hiçbir şeyin borun yerini tutamayacağı uygulamaların varlığı ile bor oldukça kullanışlıdır [4].


3.1 Boratların Kullanım Alanları

3.1.1 Cam Endüstrisi

Boratların ana kullanım alanı cam endüstrisidir. Bütün dünyada bor kullanımının % 42’si cam endüstrisindedir. Bor oksit; borosilikat camlar, tekstil cam elyafı ve yalıtım cam elyafının önemli bir bileşiğidir. Bu üç ürün cam endüstrisinde bor bileşiklerinin ana tüketim yeridir. Bor oksit, susuz boraks, borik asit gibi bor bileşikleri halinde veya boraks ya da kolemanit gibi mineraller şeklinde cama katılır. Bor oksit, genleşmeyi düşürdüğünden ısıl şoklara dayanımı arttırır [1, 5].


3.1.2 Deterjan Endüstrisi

Bor bileşiklerinin, güçlü beyazlatıcı ve antibakteriyel etkisi, pH’ı dengeleyerek suyu yumuşatması ve aktif oksijeni dengelemesi gibi özellikleri nedeniyle temizleme ve beyazlatma sanayinde önemli yeri vardır. Sabun ve deterjanlara; antibakteriyel ve su yumuşatıcı etkisi nedeniyle % 10 boraks dekahidrat katılmaktadır. Beyazlatıcı etkisini arttırmak için toz deterjanlara % 10-20 oranında sodyum per borat katılmaktadır ancak aktif bir oksijen kaynağı olduğundan ağartıcı özelliği de vardır. Perboratın % 90’ı deterjan üretiminde kullanılmaktadır. Perborata alternatif kimyasallar hidroksit, sodyum hipoklorit ve hidrojen peroksittir. 55°C’nin altında aktif halde olmadıkları için sıcak veya soğuk su kullanımına bağlı olarak perboratlar, klorlu temizleyicilerin yerini alabilmektedir. Ayrıca kağıda daha fazla parlaklık kazandırmak amacıyla kağıt hamuruna sodyum borohidrit katılmaktadır [2, 6].

 

3.1.3 Sır ve Emaye

Sır ve emaye, sabit bir alt tabaka üzerinde erimiş ince bir cam kaplamadır. Sır ve emaye hammaddeleri pişirme sıcaklığında erimeli ve cam oluşturmalıdır. Boratların erime noktası 741ºC’dir. Erime noktası silikadan düşük olduğundan düşük sıcaklıkta cam yapabilir. Böylece az bir miktar bor katkısı düşük sıcaklıkta cam oluşumunu sağlar. Borosilikat camlar kimyasal şoklara dayanıklıdır. Bu yüzden yüksek sıcaklık seramiklerinde değerlidir. Az bir miktar bor katkısı, eriyiğin viskozitesini azaltırken akıcılığını arttırır. Böylece düzgün yüzey oluşur. Boratlar termal genleşme katsayısını düşürerek bünye ile cam tabaka arasında iyi bir uyum sağlar. Böylece yüzey termal şoklara dayanıklı hale gelir [7,8].


3.1.4 Alev Geciktiriciler

Polietilenik polimerler, ev eşyaları, taşıma, elektrik mühendisliği gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Bu polimerler kimyasal bileşimi nedeniyle kolayca alevlenebilmektedir. Bu yüzden alev geciktiriciler söz konusu polimerler için önemli bir gereklilik haline gelmiştir. Birçok alev geciktirici madde vardır. Günümüzde bu amaçla halojen bileşikler yaygın olarak kullanılmaktadır; ancak korozif olması, yanma ürünlerinin ve dumanının zehirli olması dikkatleri bu alana çekmiştir. Sonuç olarak bu endüstrideki sektörler, halojen içermeyen çinko borat, alüminyum hidroksit veya magnezyum hidroksit gibi alev geciktiriciler ile ilgilenmektedirler. Çinko boratlar, alüminyum hidroksit ve magnezyum hidroksit dolgulu PVA ile birlikte çalışan alev geciktiricilerdir [9].


3.1.5 Tarım

Bitki gelişimi için önemli olan 16 temel besin maddesinden biri bordur. Bitkilerde şekerin hormon faaliyeti üzerine etkisini, fotosentez miktarını, köklerin büyümesini ve havadan emilen karbondioksit miktarını arttırır; ayrıca hücre büyümesine ve hücre yapısına katılır. Bor eksikliği bitkilerde hücre duvarlarını inceltici etki yaptığından dolayı tarımsal uygulamalarda susuz boraks ve boraks pentahidrat içeren karışık gübre kullanılmaktadır. Suda çabuk eriyebilen sodyum pentaborat veya disodyum oktoborat tarım ürünlerinin üzerine püskürtülür [10].


3.1.6 Metalurji

Bor bileşikleri demir-çelik hammaddelerinin erime sıcaklığını düşürür. Yüksek sertliği sebebiyle aşındırıcı ve kesici aletlerde kullanılır. Kaplama sanayinde ise elektrolitlerin oluşturulması ve lehimleme işlemlerinde kullanılmaktadır. Boratlar; yüksek sıcaklıklarda düzgün, yapışkan, koruyucu ve temiz bir sıvı oluşturma özelliği sebebiyle demir dışı metal sanayinde koruyucu bir cüruf oluştururlar. Cürufun akışkanlığını arttırırlar [10].


4. Kimyasal ve Yapısal Özellikleri

Borat mineral yapılarını, köşelerine oksijen ya da hidroksil gruplarının yerleşmiş olduğu bor merkezli üç yüzlü BO3 ya da dört yüzlü BO4 grupları oluşturmaktadır [11]. B-O üç yüzlüleri ve dört yüzlüleri köşe paylaşarak çoklu çekirdek yapısındaki anyonları oluşturup aynı yapıda bulunduğunda tek oksijen paylaşımıyla ya da hidroksil grubu içeren metal iyonlarıyla bağlanarak ileri bor-oksijen ağ yapılarını meydana getirebilmektedir [12]. Böylece bu gruplar birbirine bağlı olmayan çok yüzlü birimler veya polimerleşerek sonlu/sonsuz yumaklar, zincirler, sonsuz düzlemler veya sonsuz çerçeveler oluşturmaktadır [13].


Sonuç

Sonuç olarak, borun geniş kullanım alanları incelendiğinde, bu çalışma alanı, araştırmacıları ve sanayicileri daha çok araştırmaya ve yatırıma yöneltmiştir. Bu alana yönelik yapılan çalışmalar büyük umutlar vaad etmekte, yapılan projeler, araştırmalar ve uygulamaların önümüzdeki 10 yıl içerisinde toplumların ihtiyaçlarının daha da fazla karşılanabilir duruma geleceğini göstermektedir. Ülkemizde bu alanda gerçekleştirilen birçok araştırmanın sanayiye uyarlanmaya başlanmasının zamanının geldiği düşüncesindeyiz.