Typowe sole europu w wodzie: rozpuszczalność, usuwanie i zatężanie

Do typowych soli europu należą chlorek, azotan i siarczan. Węglan, fosforan i fluorek to istotne formy słabo rozpuszczalne. Ważne jest również rozróżnienie między Eu(III) a Eu(II): stopień utlenienia może wpływać na rozpuszczalność europu i sposób jego rozdzielania.

Informacje o występowaniu i kontekście środowiskowym można znaleźć na stronie europ w wodzie. Określenie „typowe” odnosi się tutaj do chemii laboratoryjnej i procesowej, a nie do częstości wykrywania tych soli w wodach naturalnych. Po rozpuszczeniu soli jej pierwotny wzór nie opisuje wszystkich form chemicznych obecnych w roztworze.

Typowe sole i ich rozpuszczalność w wodzie

SólWzór i przykłady hydratówRozpuszczalność w wodzieZnaczenie praktyczne
Chlorek europu(III)EuCl3; EuCl3·6H2ORozpuszczalny w wodzie; należy sprawdzić wskazany hydrat [1].Rozpuszczalna sól stosowana do wprowadzania Eu. Usunięcie Eu nie oznacza koniecznie usunięcia chlorków.
Azotan europu(III)Eu(NO3)3·6H2ORozpuszczalny w wodzie [2].Stosowany do przygotowywania roztworów Eu; azotany pozostają osobnym zagadnieniem dotyczącym jakości wody.
Siarczan europu(III)Eu2(SO4)3·8H2OPodawany jako rozpuszczalny w wodzie; stężenie nasycenia zależy od temperatury, hydratu i składu roztworu [3].Nie należy mylić tej soli europu trójwartościowego z siarczanem Eu(II).
Siarczan europu(II)EuSO4Trudno rozpuszczalny; stosowany do selektywnego strącania po redukcji [4].Specjalistyczna metoda odzysku wymagająca kontroli stopnia utlenienia europu.
Węglan europu(III)Eu2(CO3)3·xH2OSłabo rozpuszczalny w wodzie [5].Postać stała istotna w procesach technologicznych; roztwory kwaśne lub zawierające czynniki kompleksujące wymagają odrębnej oceny.
Fosforan europu(III)EuPO4Podawany jako nierozpuszczalny w wodzie [6].Faza stała mogąca zatrzymywać Eu; nierozpuszczalność nie oznacza zerowego stężenia w formie rozpuszczonej.
Fluorek europu(III)EuF3Nierozpuszczalny w wodzie [7].Dodanie fluorków wprowadza kolejne zanieczyszczenie i nie jest ogólnym zaleceniem dotyczącym uzdatniania wody.

Są to porównania jakościowe, a nie liczbowe wartości stężenia nasycenia. Przy wartości liczbowej należy podać temperaturę, pH, stopień utlenienia, hydrat lub fazę stałą, skład roztworu oraz jednostki. Wartości wyrażonych w g na 100 g wody nie można bezpośrednio zastępować wartościami w g/L roztworu. Wodorotlenki i tlenki są istotnymi substancjami stałymi, ale nie uwzględniono ich w tej tabeli jako soli.

Eu(III), Eu(II) i formy rozpuszczone

Eu(III) może tworzyć rozpuszczone kompleksy lub przechodzić do cząstek i osadów. Hydroliza, równowagi węglanowe i sorpcja wpływają na jego zachowanie w wodzie [8]. Stężenie wolnych jonów, całkowitego rozpuszczonego Eu i całkowitego Eu to różne wielkości pomiarowe. Ligandy organiczne i jony konkurencyjne mogą zmieniać skuteczność uzdatniania.

Redukcję do Eu(II) stosowano przed selektywnym strącaniem siarczanu [4]. Nie oznacza to, że po redukcji wszystkie sole Eu stają się nierozpuszczalne. EuCl2 jest rozpuszczalny w wodzie: wyników odzysku opartych na strącaniu chlorku z mieszanin alkoholowych o małej zawartości wody nie można bezpośrednio przenosić na proces uzdatniania wody [9]. Oprócz pH należy ocenić warunki utleniająco-redukcyjne oraz kontakt z tlenem.

Stężenie: mg/L w przeliczeniu na Eu a mg/L soli

Należy podawać stężenie europu jako pierwiastka, na przykład w µg/L w przeliczeniu na Eu lub mg/L w przeliczeniu na Eu, oraz określić badaną frakcję próbki. Masa dodanej soli obejmuje jej aniony i wodę krystalizacyjną. Obliczenie dawki nie określa stężenia rozpuszczonego Eu pozostającego po ustaleniu się równowagi.

Obliczone stężenie Eu (mg/L) = dawka soli (mg/L) × n × 151,964 / masa molowa soli (g/mol).

Tutaj n oznacza liczbę atomów Eu w jednostce wzoru. Należy uwzględnić wodę krystalizacyjną i w razie potrzeby skorygować obliczenie o oznaczoną zawartość substancji w produkcie.

Określona sólPrzybliżona masa molowa (g/mol)Eu ze 100 mg/L soli, wartość obliczona
EuCl3, bezwodny258.3158,8 mg/L w przeliczeniu na Eu
EuCl3·6H2O366.4041,5 mg/L w przeliczeniu na Eu
Eu(NO3)3·6H2O446.0634,1 mg/L w przeliczeniu na Eu

W tych przykładach obliczeniowych założono użycie czystej substancji, całkowite rozpuszczenie i brak późniejszych strat. Nie są to wyniki pomiarów rozpuszczalności ani stężenia występujące w środowisku. Stężenie Eu wynoszące 1 mmol/L odpowiada około 151,964 mg/L w przeliczeniu na Eu; 1 mg/L w przeliczeniu na Eu odpowiada około 6,58 µmol/L. Przyjęta masa atomowa wynosi 151,964 [10].

Usuwanie europu z wody

  • Strącanie i oddzielanie fazy stałej: należy zbadać odpowiednie dostosowanie pH i zastosowanie środków strącających na reprezentatywnej próbce wody. Strącanie wodorotlenku europu badano w roztworach procesowych [11]. Po strąceniu należy zastosować sedymentację lub filtrację; samo utworzenie osadu nie usuwa go ze strumienia wody.
  • Adsorpcja i wymiana jonowa: należy ocenić odpowiedni sorbent lub żywicę do usuwania rozpuszczonego Eu, uwzględniając konkurujące metale, ligandy, kwasowość i regenerację. Wychwyt Eu(III) badano z użyciem eksperymentalnych sorbentów na bazie alginianu [8]. Pojemność stwierdzona w laboratorium nie gwarantuje skuteczności w instalacji ani selektywnego oddzielania od innych pierwiastków ziem rzadkich.
  • Separacja oparta na reakcjach redoks: redukcja i strącanie EuSO4 mogą umożliwiać selektywny odzysk z odpowiednich roztworów procesowych [4]. Odczynniki, trwałość stopnia utlenienia i strumienie pozostałości wymagają oceny właściwej dla danego procesu.

Sama filtracja usuwa przede wszystkim cząstki, a nie swobodnie rozpuszczone jony Eu. Usunięcie Eu nie oznacza, że stężenia chlorków, azotanów, siarczanów lub innych składników spełniają wymagania dotyczące jakości wody.

Zatężanie i odzysk

Usuwanie obniża stężenie Eu w oczyszczonej wodzie; odzysk polega na zebraniu Eu w innym strumieniu lub produkcie. Strącanie powoduje jego zatężenie w fazie stałej. Elucja ze złoża żywicy może umożliwić zebranie Eu w mniejszej objętości cieczy, co wymaga potwierdzenia w badaniach. Uzyskanie przydatnego produktu może wymagać dalszego oczyszczania.

Współczynnik zatężenia w cieczy = stężenie Eu w zebranej cieczy / stężenie Eu w strumieniu zasilającym. Odzysk należy wyznaczać osobno jako stosunek masy zebranego Eu do masy Eu w strumieniu zasilającym. Na przykład 1 m³ zawierający 10 mg/L w przeliczeniu na Eu zawiera 10 g Eu. Odzyskanie 90% do 10 L daje 900 mg/L w przeliczeniu na Eu i współczynnik zatężenia równy 90. Jest to przykładowy bilans masy, a nie prognoza skuteczności procesu.

Informacje potrzebne do oceny metody oczyszczania

Przydatne dane obejmują natężenie przepływu, stężenie Eu rozpuszczonego i całkowitego, pH, temperaturę, warunki redoks, główne aniony, ligandy organiczne, konkurujące metale, zawiesiny oraz docelowe stężenie na wylocie. Sposób pobierania próbek i przygotowania ich do analizy należy uzgodnić z laboratorium. Należy zbadać pozostałe stężenie Eu, oddzielanie fazy stałej, zużycie odczynników i skład koncentratów.

Źródła i dalsza lektura

  1. ProChem: sześciowodny chlorek europu.
  2. ProChem: sześciowodny azotan europu.
  3. Thermo Scientific: ośmiowodny siarczan europu(III).
  4. Oddzielanie europu z koncentratu średnich pierwiastków ziem rzadkich otrzymanego z monacytu z egipskich piasków czarnych.
  5. American Elements: uwodniony węglan europu.
  6. ProChem: fosforan europu(III).
  7. ProChem: fluorek europu(III).
  8. Usuwanie Eu(III) za pomocą aerożeli alginianowych sieciowanych polimocznikiem.
  9. Fotochemiczny odzysk europu z roztworów niewodnych.
  10. Królewskie Towarzystwo Chemiczne: europ.
  11. Rozdzielanie itru i europu metodą ekstrakcji rozpuszczalnikowej z użyciem nierozcieńczonych tiocyjanianowych cieczy jonowych.