BORUN KULLANIM ALANLARI
Sanem Yıldırım, Ayça Aydın
Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü,
Kurupelit/Samsun
[email protected], [email protected]
Bu çalışmada borun kullanım alanları hakkında bilgiler verildi.
GİRİŞ
Bor bileşiklerini değişik endüstriyel kullanımlara uygun hale getirmek için gereken işlemlerin
derecesi çok çeşitlilik göstermektedir. Bazı sanayi dalları mineral konsantreleri kullanırken,
diğerleri rafine bor ürünleri kullanır. Bazı durumlarda tüketiciler bulunabilirlik ve fiyata göre
mineral konsantrelerle veya rafine Borlar ile farklı rafine Borlar arasında tercih
yapabilmektedirler. Üleksit, Borik asit ve Boraks üretiminde ayrıca Sodyum'un bulunması
istenilmeyen çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Boraks pentahidrat, Boraks dekahidrat,
Susuz Boraks, Borik asit, Bor oksit, zenginleştirilmiş Kolemanit ve zenginleştirilmiş Üleksit gibi
Bor ürünleri tüketilen toplam Bor'un yüksek bir oranını oluşturmaktadır. Çok çeşitli
sektörlerde kullanılan Bor mineralleri ve ürünlerinin kullanım alanları giderek artmaktadır.
Üretilen Bor minerallerinin % 10'a yakın bir bölümü doğrudan mineral olarak tüketilirken
geriye kalan kısmı Bor ürünleri elde etmek için kullanılmaktadır[1].
YANMAYI ÖNLEYİCİ ve GEÇİKTİRİCİ MALZEME OLARAK KULLANIMI
Polietilenik polimerler, ev eşyaları, tasıma, 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[3].
Bir çok alev geciktirici madde vardır. Günümüzde bu amaçla halojen bileşikleri yaygın olarak
kullanılmaktadır; ancak korozif (aşındırıcı) 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(polivinil asetat-polimer türü) ile birlikte çalışan alev geciktiricilerdir (Bourbigot, 1999).
Boratlar, yanmayı geciktirici özelliğinden dolayı, cam elyafı halinde tekstil üretiminde
kullanılır. Alev geciktiriciler, malzemelerin alev alabilme seviyesini
azaltmak için
kullanılmaktadır. Alevlenebilmenin azaltılması malzemeye alev geciktiricilerin ilavesiyle olur.
1
Alev geciktiriciler, tutuşmayı ve alevin yayılmasını önlerler. Çinkoborat, borik asit ile çinko
oksidin reaksiyonu sonucu üretilen bir bor bileşiğidir. Çinkoboratın, alümina hidratlar ile
birlikte alev geciktirici olarak kullanımı artmaktadır. Çünkü bu iki malzeme üretim sırasında
yanarak kömür halinde halojen vermez ve yanma durumunda az bir duman ve toksit içerir.
Boratlar, değişik malzemelerde alev geciktirici olarak kullanılır. Boratlar eriyerek malzemenin
üzerini kaplar ve oksijenle alevin temasını keserek alev almayı önler. Çinko boratlar,
plastiklerde kullanılır. Çinko boratlar, borik asit, boraks pentahidrat ve boraks dekahidrat gibi
çözünen boratlar selülozik malzemelerde işlenerek kullanılır. (Smith, 1992; Acarkan, 2002).
Son elli yılda kaplamalar ve polimerlerde alev geciktirici olarak kullanılan hidrate boratlar
geliştirilmiştir. Çinko boratların, dünyada yılda birkaç bin ton civarında yaygın bir tüketimi
vardır. Çinko boratların en yaygın kullanım yeri vinil plastiklerdir. Vinil plastiklerde çinko
boratlar tek baslarına kullanılmakta veya plastiğe antimon oksit gibi diğer alev geciktiricilerle
birlikte eklenmektedir[5].
METALURJİ
Boratlar yüksek sıcaklıklarda düzgün, yapışkan, koruyucu ve temiz, çapaksız bir sıvı oluşturma
özelliği nedeniyle demir dışı metal sanayiinde koruyucu bir cüruf oluşturucu ve ergitmeyi
hızlandırıcı madde olarak kullanılmaktadır.Bor bileşikleri, elektrolit kaplama sanayiinde,
elektrolit elde edilmesinde sarf edilmektedir[1].
Borik asit nikel kaplamada, fluoboratlar ve fluoborik asitler ise; kalay kurşun, bakır, nikel gibi
demir dışı metaller için elektrolit olarak kullanılmaktadır. Alaşımlarda, özellikle çeliğin
sertliğini artırıcı olarak kullanılmaktadır. Paslanmaz ve Alaşımlı Çelik, Sürtünmeye-Aşınmaya
Karşı Dayanıklı Malzemeler, Kaynak Elektrotları, Refrakterler, Briket Malzemeleri,
Lehimleme, Döküm Malzemelerinde Katkı Maddesi olarak, Kesiciler Kompozit Malzemeler,
Zımpara ve Aşındırıcılar vb.
Bor normalde ferrobor yapısında çeliklere uygulanmaktadır. Karbotermik yöntemi ile
ferrobor üretimi, bor oksitin yüksek sıcaklıkta karbon ile redüksiyonu saglanarak yapılır.
Alüminotermik yöntemi ile ferrobor üretiminde, borat konsantresi, alümina ve hematit
fırında eritilir ve ferrobor alasımı elde edilir. Alümina ile indirgenmis bor, demir ile reaksiyona
girer ve % 0,25 -24 B, yaklasık % 0,5 Al ve % 2,5 Si içeren bir alasım olusur (Rhodes, 1958,
Özpeker, 2002, Acarkan, 2002). Bor karbür asındırıcı zımpara taneleri veya tozu olarak
kullanılır. Ticari zımpara taneleri 1 – 1000 Rm boyutlarındadır (Ulrich, 1985). Bor karbür
tozları çelik ve diger demir malzemelerin yüzeyini sertlestirmek için kullanılır. Bu islem borun
metal yüzeyine difüzyonu ile olmaktadır. Böylece 10 – 1000 Rm ferrobor tabaka kalınlıgı
2
olusur. Bu tabaka sert olması dolayısı ile asınmaya dayanıklı bir Fe2B tabakasıdır. Ticari
EKabortozu bu amaçla kullanılmaktadır. EKabor %90 SiC, %5 B4C ve %5NaBF4 içermektedir
(Ulrich, 1985)[6].
NÜKLEER REAKTÖRLER
Atom reaktörlerinde borlu çelikler, bor karbürler ve titan bor alaşımları kullanılır.Paslanmaz
borlu çelik, nötron absorbani olarak tercih edilmektedir. Yaklaşık her bir bor atomu bir
nötron absorbe etmektedir.
Atom reaktörlerinin kontrol sistemleri ile soğutma havuzlarında ve reaktörün alarm ile
kapatılmasında (B10) bor kullanılır*1+.
Bor mineral ve bileşikleri 10B ve 11B izotoplarını içerirler. B'un nötron emme gücü çok
yüksektir. Bor izotopları nükleer reaksiyon sırasında denetim kurulmasına olanak verdiği gibi,
dimetil eter, elementer bor, zenginleştirilmiş bor oksit veya asit veya ferroboron haline
dönüştürüldüğünde nükleer reaktörün kontrol çubuklarının yapımında da kullanılır. Bu
çubuklar % 2 bor içeren çelik/alüminyum alaşımlarıdır. 10B nükleer reaktörlerde koruyucu
kabuk olarak işe yaramaktadır.
Bor karpitler Phenix reaktörlerinde koruyucu kabuk olarakta kullanılmaktadır. Bor 304 adı
verilen yeni bir paslanmaz çelik atık nükleer yakıtı taşırken, içine konulduğu kapların
yapımında kullanılır. Nükleer sanayiinde borun en yakın rakibi gadolinyum ve samaryumdur.
Kaliforniya üniversitesi'ndeki 11B araştırmalarda 11B'in proton fizyonlanması sırasında
radyoaktivitesiz enerji açığa çıkmıştır. Böylece temiz nükleer enerji elde edilmektedir*2+.
Bor, termal nötronları emme kabiliyeti açısından tektir. Sadece hafif bir gama ışını
çıkarmakta ve alfa parçacıklarını kolayca emmektedir. Tüketim miktarı yönünden önemli
olmamasına rağmen teknolojik ilerleme açısından büyük önemi olan bir kullanım alanıdır.
YARI İLETKENLER
Yarı iletken aygıtlar günlük hayatta sık olarak kullandığımız bilgisayar, telefon vs. gibi
cihazların elektronik bileşenlerini oluşturur. Yarı iletkenler boron ve indiyum gibi 3 valensli*
maddelerin katkısıyla elde edilirler. Japon bilim adamlarınca, 2001 yılı Şubat ayında,
magnezyum diboridin geleceğin süper iletkeni olabileceği keşfedilmiştir.
3
Süper iletkenliğin genellikle -273 0C olan mutlak sıfır noktasına yakın sıcaklıkta gerçekleşmesi
ve bu derece düşük bir sıcaklığı gerçekleştirmenin pahalı oluşu, çok daha yüksek kritik
sıcaklığa sahip olan magnezyum diboridi ucuz ve verimli bir alternatif haline getirmektedir.
Süper iletkenler, çok yüksek akım yoğunluklarını hiçbir enerji kaybına neden olmadan
taşıyabildikleri için santrallerden şehirlere verimli enerji iletimi, güçlü mıknatıs isteyen
uygulamalar (magnetik rezonans, maglev trenleri vs.), büyük miktarlarda enerjinin manyetik
alan depolanması ya da mikro elektronikte istenmeyen ısının önlenmesi gibi bir çok
uygulama alanına sahiptir.
YÜKSEK SERTLİK DERECESİNE SAHİP BİLEŞİKLER VE AŞINDIRICILAR
Bazı Bor bileşikleri yüksek sertlik derecesine sahiptir. (Mohs cetveline göre 9). Bu nedenle,
aşındırıcı ve ışık kıran olarak, metalleri ve süper alaşımları kesme, bileme ve cilalamada
kullanılmaktadır. Hafifliği, gerilmeye olan direnci ve kimyasal etkilere dayanıklılığı sebebiyle
bor kullanılmaktadır[4].
Bor ilavesi çeliğin sertlik ve mukavemetini artırmaktadır. Çelikler 50 ppm düzeyine kadar bor
ihtiva edebilirler. Borlu çeliklerin sertleşebilme kabiliyetleri daha yüksektir.
Camın sıcaklık ile genleşmesini önemli ölçüde indirgediği, camı asite ve çizilmeye karşı
koruduğu, titreşim, yüksek sıcaklık ve sıcaklık şoklarına karşı dayanıklılığı sağladığı için
sıcaklığa dayanıklı cam gereçler, elektronik ve uzay araştırmalarında kullanılacak üstün
nitelikli camların üretiminde de önemli yeri vardır. Bor bileşikleri Tungsten karbür’e göre
daha yüksek kesme oranına ve sürekli ağır iş görme yeteneğine sahiptir ayrıca soğutuculara
da gereksinim duymamaktadır[8].
YAKIT
1.Borun Yakıt Pili Yakıtı Olarak Kullanımı
Doğrudan sodyum borhidrurlu yakıt pillinde, hidrojen uretim ara kademesi olmadan elektrik
uretilmektedir. Hidrojen uretim ve depolama birimleri olmaksızın doğrudan sodyum
borhidrur yakıt olarak kullanılmaktadır[1].
Doğrudan sodyum borhidrurlu yakıt pili ozellikle guc gereksinimi dusuk olan tasınabilir sivil
(telefon,radyo, kucuk televizyon, el supurgesi, vb) ve askeri (lokal aydınlatma (varta, vb),
seyyar telsiz, telefon, elektronik harp cihazları (radyo alıcıları, vb), personel ısıtma,insansız
araclar, sensor vb.) uygulamalarda oneme sahiptir.
4
Yakıt pillerinde hidrojen gazı yerine sodyum borhidrur kullanımının bircok avantajı vardır.
Depolama problemi yoktur. Mobil uygulamalar icin tehlikeli yuksek basınc tankları veya
enerji tuketen soğutucu ekipmanlara gerek yoktur. Sodyum borhidrur yakıtı guvenlidir, dusuk
sıcaklıkta yanar, yuksek hidrojen kapasitesine sahiptir[2].
2.Borun Motor Yakıtı Olarak Kullanımı
Bir metal olarak bor, yandığı zaman diğer metallerden, petrolden ve hidrojenden daha fazla
enerji acığa cıkarır. Bor yandığında, petrole gore 5 kez fazla enerji salar.
Motorlarda potansiyel kullanıma sahip bor yakıtı bor elementinden ibarettir. Motor icinde
saf oksijen ile karıstırılır. Cok zor tutusması sebebiyle guvenlidir ve kaza durumunda tehlike
olusturmaz[8].
3.Borun Motor Yakıtı Katkı Maddesi Olarak Kullanımı
Metal hale getirilmis bor, sıvı veya katı yakıtlara katkı maddesi olarak ilave edilebilir. Sıvı
yakıtlara ilave edildiğinde homojen bir suspansiyon sağlamak icin jellestirici madde ilave
edilirken, katı roket yakıtları icin, metal tozu haline getirilip bir oksitleyici ve polimer olmayan
yakıt ile karıstırılması gerekmektedir.
Bor katı roket yakıtlarının yanma sıcaklığını artırır ve yanmada homojenlik sağlar*7+.
ENERJİ
Bor, demir ve nadir toprak elementleri kombinasyonu (METGLAS) % 70 enerji tasarrufu
sağlamaktadır. Bu güçlü manyetik ürün; bilgisayar disk sürücüleri, otomobillerde doğru akımmotorları ve ev eşyaları ile portatif güç aletlerinde kullanılmaktadır.
Son yıllarda , borların piller/aküler de kullanılması ile maliyetler düşürülmüş ve çevre dostu
piller/aküler üretilmeye başlanmıştır*6+.
Enerji sektöründe ; hidrojen üretimi ve depolamasında , motor yakıtı olarak ,motor yakıtı
katkı maddesi olarak kullanılmaktadır.Enerji ile ilgili araştırmalar ve projeler henüz deney
aşamasında olmakla birlikte ancak temiz bir çevreyle birlikte düşünülebilecek gelişimin ve
üretimin içinde yerini alacaktır*7+.
5
DİĞER KULLANIM ALANLARI
Ahşap, malzeme prezervasyonu için sodyum oktaborat kullanilir. % 30'luk sodyum oktaborat
çözeltisi ile muamele görmüs tahta malzeme yavaş yavaş kurutulursa bozunmadan ve
küllenmeden uzun süre kullanılabilir. Silisyum üretiminde bor triklorür, polimer sanayiinde,
esterleme ve alkilleme islemlerinde ve etil benzen üretiminde bor trifluorür katalizör olarak
kullanılmaktadır. Bor karbür ve bor nitrür; döküm çeperlerinde yüksek sıcakliğa dayanıklı
(refrakter) malzeme püskürtme memelerinde de aşinmaya dayanıklı (abrasif) malzeme
olarak kullanılan önemli bileşiklerdir.
Araçların soğutma sistemlerinde korozyonu önlemek üzere boraks, antifiriz karışımına katkı
maddesi olarak da kullanılır. Tekstil sanayiinde, nisastalı yapistırıcıların viskozitlerinin
ayarlanmasinda, kazeinli yapıstırıcıların çözücülerinde, proteinlerin ayrıştırılmasında yardımcı
madde boru ve tel çekmede akılcılığı sağlayıcı madde, dericilikte kireç çöktürücü madde
olarak boraks kullanılmaktadır*5+.
Fiber Optik, Kozmetik, Kauçuk ve Plastik Sanayii, Fotoğrafçılık, Patlayıcı Maddeler (havai fişek
vb.), Antifirizler, hidrolik yağlar, Petrol Boyaları, yanmayan ve erimeyen boyalar, tekstil
boyaları, Zımpara ve aşındırıcılar, Kompozit malzemeler, Manyetik cihazlar, İleri Teknoloji
Araştırmaları (moleküler biyoloji vb.), Mumyalama[6].
6
KAYNAKLAR
[1] http://www.mta.gov.tr
[2] http://80.251.40.59/eng.ankara.edu.tr
[3] www.tesam.org.tr
[4] http://dergiler.ankara.edu.tr
[5] http://www.delinetciler.net/forum/maden-ve-elementler/82692-bor-kullanimalanlari.html
[6] http://www.etimaden.gov.tr/bor-kullanim-alanlari-77k.htm
[7] http://w3.gazi.edu.tr/~mkaradag/tezler/cigdemyenialaca.pdf
[8] http://www.boren.gov.tr/icerik.php?id=36
7
Download

borun kullanım alanları