Borat Üretimi ve Bor’un Kimyâsal Özellikleri

Dünyanın pek az yerinde bulunan, ülkemizde ise en fazla miktarda bulunan borun kullanım alanları aslında bor ürünlerinin üretim miktârına göre değişkenlik gösterebilmektedir. Ülkemiz ve sanâyi için önemli bir rol oynayan bor öncelikle cam katkı malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bu amaç doğrultusunda daha çok boratlar, borik asit ve bor trioksit bileşiklerinin kullanıldığı bilinmektedir. Bu konudan da anlaşılacağı üzere bor ürünlerinin üretimi çok önemlidir.

Bor madenleri iki farklı şekilde çıkarılmaktadır. Bunlardan birisi açık ocak madenciliği iken diğer yöntem ise yer altı madenciliğidir. Daha önceden de bilindiği üzere hem mâliyet açısından hem de uygulanabilirliği açısından en çok tercîh edilen yöntem açık ocak madenciliğidir. Bor madeninin elde edilmesi ve saflaştırılmış rafine borat üretiminde bir takım kurallar uygulanmaktadır. Bu kurallardan ilki, madenin bulunduğu bölgenin tespit edilmesidir. Bunun için çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Bunlar sondaj araması, radyoaktif araştırma, elektrikli arama, delme ve patlatma gibi çeşitli yöntemlerdir. Tespit işleminin gerçekleşmesinden sonra maden yatağının büyüklüğü matematiksel yöntemlerle belirlenir. Elde edilen bu bilgiler netîcesinde fizibilite çalışması yapılarak elde edilecek olan madenin mâlî ve teknik açıdan değerlendirmeleri gerçekleştirilir. Tüm koşullar madenin çıkartılması için elverişliyse maden üretimine başlanır. 

Madenin elde edilmesi ilk olarak delme ve/veya patlatma işlemi ile başlar. Bu şekilde maden yataktan çıkartılarak ezme/öğütme birimine taşınır. Öğütme işlemiyle birlikte maden yaklaşık 2 cm boyutuna kadar küçültülür. Küçültülen maden sonraki aşamada konsantör ünitesine aktarılır. Saf bor cevheri ise ham madenin bir takım işlemlere tâbi tutulmasıyla elde edilir.

• Çözelti Hazırlanması

Borat üretiminin ilk basamağında, öğütülmüş ham bor madeni sıcak su veya borat içeren sıcak su ile karıştırılır. Böylece madende bulunan borat suda çözünerek sıvı faza geçer. Çözünme işleminden sonra kalan kum, taş gibi artıklar süzülerek ayrılır. 

• Faz Ayrımı

Elde edilen çözelti her ne kadar da süzme işleminden sonra elde edilmiş olsa da hâlen saf değildir. Çünkü çözelti fazında hâlâ taş ve kil parçaları bulunmaktadır ve bu safsızlıklardan kurtulmak için çözelti çöktürme kazanlarına aktarılır. Tankın alt kısmında safsızlıklar çöker ve doymuş borat çözeltisi bu safsızlıklardan arındırılarak elde edilir.

• Kristalizasyon

Doymuş borat çözeltisi kristalizasyon tanklarına aktarılır ve düşük derecelerde kristalize edilir.

• Filtrasyon

Kristallenen borat, karışımdan özel filtrasyon işlemleri kullanılarak ayrılır. 

• Kurutma ve Depolama

Filtrasyon işleminden sonra elde edilen borat kristallerinde bulunan nem kurutucularda kurutulur ve saf boratlar silolarda depolanır.

Eti Maden’in Bor Sektör Raporuna göre 2020 yılında dünyânın bor üretim kapasitesi 5.4 milyon ton olup, fiilî olarak üretilen bor 3.07 milyon tondur. Söz konusu bu üretimin %56’sı ülkemizde gerçekleştirilmekte olup dünyâda da birinci sırada yer almaktadır. Bor tüketimi yıllara göre değişkenlik göstermektedir. Özellikle COVID-19 salgınıyla tüketim bir hayli azalmıştır. 2000 yılında dünyâda bor tüketiminin 3.1 milyon ton; 2014 yılında 4.3 milyon ton, 2020 yılında ise 3.07 milyon ton olduğu belirtilmiştir. Yâni geniş açıdan bakıldığında üretilen tüm borun kullanıldığı görülmektedir. Yıllara göre bor tüketimi Şekil 1’de gösterildi.

Şekil 1. Yıllara göre dünyada bor tüketimi.

Ülkemizde ve dünyâda adından söz ettiren Eti Maden 5 farklı tesisle ülkemizde üretim yapmaktadır. Sözü edilen bu tesisler:

• Kırka Bor İşletmesi,
• Bigadiç Bor İşletmesi,
• Kestelek Bor İşletmesi,
• Emet Bor İşletmesi,
• Bandırma Bor ve Asit Fabrikaları İşletmesi.

O zaman aklımıza gelen soru 'Nedir bor’u üstün kılan?' olmalıdır. Bor, basit bir şekilde periyodik tablonun 3. ana grubunun ilk elementidir. Periyodik çizelgenin beşinci elementi olan bor’un iki kararlı izotopu bulunmaktadır. Bunlar ¹⁰B ve ¹¹B’dur. Fakat doğada bulunmayan radyoaktif izotopları (⁸B, ¹²B ve ¹³B) da mevcuttur. 3. ana grupta bor (B), alüminyum (Al), galyum (Ga), indiyum (In) ve talyum (Tl) bulunmaktadır. Bunların doğadaki bulunma oranları sırasıyla 300:1.000.000:300:1:20’dir. Buradan da anlaşılacağı üzere bor elementi periyodik cetveldeki diğer elementlere göre nispeten düşük miktârda bulunmaktadır. Bu durumun tamâmen, dünyânın oluşumunda bor’un kolayca başka elementlere dönüşmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir.

Bor, kendi grubunda metal olmayan tek elementtir ve grubun diğer üyelerine karşı hiçbir zaman katyon olarak davranış sergilememiştir. Yapmış olduğu bileşiklerinde her zaman kovalent bağlar oluşturmuştur. Aslında bor elementinin farklı oluşu ve üstün özellikler sergilemesi kimyâsal ve elektronik özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Toplamda 3 değerlik elektronu bulunan bor’a âit elektron konfigürasyonu Şekil 2’de gösterildi. 

Şekil 2. ₅B elementinin elektron konfigürasyonu 

Bilindiği üzere 4’ten daha az değerlik elektronu içeren moleküller metalik bağlanmayı tercîh ederler. Fakat bor elementinin hem küçük boyutta oluşu, hem de yüksek iyonizasyon enerjisine sâhip kovalent bağlanmaları oluşturması farklı özellik sergilemesine sebep olmaktadır. Şekil 2’de görülen elektronik konfigürasyona bakıldığında bor’un tek bağlı bileşikler oluşturması beklenmektedir. Böyle bir yapı ile daha önce karşılaşılmamış olup, üç bağlı yapıları oluşturduğu gözlenmiştir. Bu da bağlanmada sp² hibrit orbitalleri kullanmasından kaynaklanır. Borun bu şekilde oluşturmuş olduğu yapılar eksik oktet yapıları olmakla birlikte elektronsekstet kuralına uyduğu da söylenmektedir. Eksik oktet yapıdan daha kararlı olan oktet kuralına erişebilmek için farklı mekanizmalar vardır.

1. p_π - p_π Bağları Oluşturmak
2. Üç Merkezli Yapılar Oluşturmak
3. Bor Komplekslerini Oluşturmak
4. İyonik Kompleksleri Oluşturmak

Bu yöntemler ile kararlı bor bileşiklerinin nasıl elde edilebileceği ifâde edilmektedir. Her ne kadar teorisi sonradan söylenmiş olsa da bor bileşikleri üzerine çalışmalar 1700’lü yılların başında Homberg’in, boraks ile FeSO₄ bileşiğini tepkimeye sokarak borik asit sentezlemesiyle başlamıştır. Yapılan bu deneyler sonrasında L. Lemery ve C.J. Geoffroy tarafından borik asitin boraks ve mineral asitlerle tepkimeye sokularak da elde edilebileceği tespit edilmiştir. Elementel bor ancak 1808 yıllarında Humphry Davy, Joseph Gay-Lussac ve Louis Jacques Thenard tarafından tespit edilmiştir. Fakat ilginç olan şudur ki bu bilim adamları da elde ettikleri ürünün elementel bor olduğunun farkında değillerdi. Söz konusu bu ürünün elementel bor olduğu ancak 1824 yılında Berzelius tarafından ortaya konmuştur. İlk etapta elementel olarak sentezlenen borun

veriminin çok düşük olduğu da belirlenmiştir. Lâkin yapılan araştırmalar netîcesinde %99.9 verimle elementel bor üretimi 1909 yılında Ezekiel Weintraub (Şekil 3) tarafından gerçekleştirilmiştir. Fakat günümüzde elementel borun fazla sayıda allotroplarının olduğu bilinmektedir. Yapılan bu deneyler sonucunda hangi allotropun sentezlendiği o zamanlar bilinmemektedir.

Bor târihinde ilk defa bor kompleksi J.L. Gay-Lussac ve J. Davy tarafından sentezlenmiştir. Yaptıkları deneyde bor triflorür (BF₃) ile amonyak (NH₃) tepkimeye sokularak BF₃.NH₃ kompleks bileşiği elde edilmiştir. Ayrıca bu ürün kimyâ târihinin de ilk koordinasyon bileşiği olarak da bilinmektedir. Tahmin edileceği gibi bor bileşikleri üzerine araştırmalar ve elde edilen sonuçlar gün geçtikçe artmış ve her biri uygun bir şekilde rapor edilmiştir. Elde edilen sonuçlar aşağıda maddeler hâlinde özet olarak sunuldu. 

• 1910 yılında Alfred Stock boranlar üzerine çalıştı ve ürünler geliştirdi.
• 1940 yılında H.I. Schlesinger ve H.C. Brown sodyum bor hidrür (NaBH₄) sentezledi.
• 1950 yılında Amerikan Askeriyesi, boranları roket yakıtı olarak kullandı.
• 1962 yılında karboranlar üzerine çalışmalar raporlandı.

Bor bileşikleri üzerine çok fazla sayıda araştırmalar yapıldığı bilinmektedir. Özellikle bor üzerine yapılan çalışmalardan dolayı 1976 yılında W.N. Lipscomb ve 1979 yılında ise H.C. Brown Nobel Ödülü almaya hak kazandı. 

Özellikle 1980’li yıllardan sonra bor bileşikleri üzerine çalışmaların arttığı yayınlanan raporlar doğrultusunda görülmektedir. Özellikle gelişmiş ülkelerde bor, devlet politikası hâline gelmiş, bu konuda enstitüler kurulmuş ve araştırma hedefleri konulmuştur. Daha önceden de söylediğim gibi bor, tahmin edilemeyecek özellikler sergilemesinden dolayı sürekli araştırmacıların ilgisini çekmektedir. Bu durum nano-bor materyallerin geliştirilmesinden tutun borfiber üretimine kadar da uzanmıştır. Bor yalnızca kimyâ ve mühendislik alanında değil sağlık alanında da etkili olmuştur. Sağlık alanında, organobor bileşiklerin, organik bileşiklere göre 2 kat daha etkili oldukları da rapor edilmiştir. Yayımlanan birçok raporlarda borik asidin yara iyileşmesinde oldukça etkili bulunduğu da bildirilmektedir. Bu verilen örnekler çoğu akademisyen ve vatandaş tarafından bilinen örneklerdir. Peki aşağıdaki sorular? 

• Bor fiberlerin, karbon fiberlere göre daha esnek ve güçlü olduğunu biliyor musunuz?
• Bazı uçakların kanat aksamlarında bor fiberlerin kullanıldığını biliyor musunuz?
• Kaza ânında ortaya çıkan ve insan hayâtının kurtulmasında başrol oynayan hava yastıklarında bor’un olduğunu biliyor musunuz?

Bu sorular daha da çoğaltılabilir. Fakat boğucu olmamak adına, Türkiye’nin yüzyılına yakışır bir şekilde davranmak ve destek olmak için önce mevcûdu iyi öğrenmek daha sonra da araştırmalar yapmak gerektiğini bir kez daha hatırlatmak isterim. Dünyânın mumla aradığı, Rabbimizin bize lütfettiği bor'un, gerçekten de teknolojik gelişimde nasıl bir rol alacağı kafalarda hâlen soru işâretini korumaktadır. Fakat unutulmamalıdır ki bor, gelecek Türkiyesi’nde; Türkiye’nin yüz yılında oldukça etkili olacaktır. "Bor'un allotropları nelerdir, bor fiberler nasıl üretilir, teknolojide gizlenmiş olan bor nerede etkilidir?" sorularını gelecek sayımıza bırakıyorum. Rabbimin bizlere hayırlı işler yapmayı nasîp etmesi ve hayırlı işlere bizleri vesîle kılması dileğimle… 

Kaynaklar
Yünlü, K. (2016). Bor: Bileşikleri, Sentez Yöntemleri, Özellikleri, Uygulamaları. Ankara: BOREN.
http://www.thermobor.com.tr/sayfa/bor-madeninin-tarihcesi.html
https://boren.tenmak.gov.tr/tr/tarihce.html
Pehlivan, Y. (2014). Geleceğin Elementi Bor. Aydınlanma 1923, 47(47), 28-39.
Kistler, R. B., & Helvaci, C. (1994). Boron and borates. Industrial minerals and rocks, 6, 171-186.

Haziran 2024, sayfa no: 68-69-70-71