Erb (Er) i woda: występowanie, chemia i usuwanie

Erb jest pierwiastkiem ziem rzadkich, który może występować w wodzie w postaci rozpuszczonej lub w cząstkach stałych. Jego postać chemiczna, inne substancje obecne w wodzie oraz zamierzony cel odzysku decydują o tym, które metody uzdatniania warto przetestować.

Jak erb może przedostawać się do wody?

Erb występuje w minerałach, między innymi w monacycie i bastnazycie. Woda mająca kontakt z minerałami lub materiałami zawierającymi erb może przenosić rozpuszczony erb albo cząstki minerałów. Przeróbka minerałów, prace laboratoryjne i recykling materiałów zawierających erb to potencjalne drogi przedostawania się erbu do wody, które warto zbadać tam, gdzie prowadzi się takie działania. Sama obecność tych działań nie dowodzi zanieczyszczenia w danym miejscu; konieczne jest pobranie próbek.

Erb stosuje się we wzmacniaczach światłowodowych i niektórych szkłach specjalnych. Ogólne właściwości tego pierwiastka opisano na stronie poświęconej erbowi.

Chemia erbu w wodzie

Typowym stopniem utlenienia jest Er(III). Kwasowość, substancje kompleksujące i inne jony wpływają na ilość erbu pozostającego w roztworze. Wytyczne dotyczące roztworów analitycznych wskazują na słabą rozpuszczalność węglanu, szczawianu i fluorku erbu oraz ostrzegają przed stosowaniem środowiska obojętnego lub zasadowego przy utrzymywaniu takich roztworów.

Rozpuszczalna w wodzie sól nie gwarantuje, że erb pozostanie rozpuszczony po zmieszaniu z innym strumieniem. Zmiana pH lub dodanie substancji wiążącej erb może zmienić jego podział między fazę ciekłą a stałą. Należy ocenić rzeczywisty skład wody, zamiast przewidywać skuteczność oczyszczania wyłącznie na podstawie nazwy pierwotnie użytego odczynnika.

Należy odróżniać całkowitą zawartość erbu od frakcji rozpuszczonej zdefiniowanej przez sposób pobierania i filtrowania próbek. Drobne cząstki i koloidy mogą utrudniać to rozróżnienie. Porównując wodę przed oczyszczaniem i po nim, należy stosować jednakowy sposób przygotowania próbek.

Usuwanie erbu z wody

Sedymentacja i filtracja mogą oddzielać cząstki zawierające erb, jeśli pozwalają na to ich rozmiar i właściwości sedymentacyjne. Usunięcie rozpuszczonego erbu wymaga wychwycenia jego rozpuszczonych form lub przekształcenia go w możliwe do oddzielenia ciało stałe. Strącanie należy oceniać na podstawie pomiarów pozostałego rozpuszczonego erbu oraz skuteczności oddzielania fazy stałej, uwzględniając wpływ jonów konkurujących i substancji kompleksujących.

W badaniach dotyczących erbu analizowano adsorpcję i desorpcję z użyciem żywicy D113-III w układach porcjowych i kolumnowych. W odrębnym badaniu oceniono usieciowane kulki serycynowo-alginianowe, w tym wpływ pH, dawki, czasu kontaktu, temperatury, jonów konkurujących i ponownego użycia. Badania te wykazują skuteczność w zastosowanych warunkach doświadczalnych; nie wyznaczają uniwersalnej wartości pH pracy, pojemności ani procentowej skuteczności usuwania dla wody o innym składzie.

Zatężanie i odzysk

Adsorpcja, po której następuje desorpcja, lub wymiana jonowa, po której następuje elucja, mogą przenieść wychwycony erb do innego strumienia cieczy. Mniejsza objętość końcowa może zwiększyć jego stężenie. Badanie kulek serycynowo-alginianowych wykazało zatężenie dzięki ponownemu użyciu eluentu, ilustrując różnicę między usunięciem erbu z wody a zebraniem go w strumieniu przeznaczonym do odzysku.

Usuwanie erbu, odzysk masowy i czystość produktu należy mierzyć oddzielnie. Jednocześnie mogą ulegać zatężeniu inne pierwiastki ziem rzadkich i sole. Bilans masowy powinien obejmować strumień dopływowy, wodę oczyszczoną, fazę stałą, zużyte materiały sorpcyjne oraz ciecze regeneracyjne.

Informacje przydatne do oceny metod oczyszczania

Przepływ, temperatura, pH i zmienność składu wody.
Całkowita zawartość erbu i zawartość erbu rozpuszczonego wraz z opisem sposobu pobierania i filtrowania próbek.
Inne pierwiastki ziem rzadkich, jony główne, zawiesiny i znane substancje kompleksujące.
Docelowe parametry wody oczyszczonej i pożądany produkt odzysku.
Skład i dalsze postępowanie z osadem, zużytymi materiałami sorpcyjnymi i cieczami regeneracyjnymi.

Stężenia należy podawać na jednolitej podstawie. Wartość wyrażona jako zawartość pierwiastkowego Er nie uwzględnia przeciwjonów ani wody krystalizacyjnej i różni się od stężenia masowego soli erbu.