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
| Sól | Wzór i przykłady hydratów | Rozpuszczalność w wodzie | Znaczenie praktyczne |
|---|---|---|---|
| Chlorek europu(III) | EuCl3; EuCl3·6H2O | Rozpuszczalny 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)3·6H2O | Rozpuszczalny w wodzie [2]. | Stosowany do przygotowywania roztworów Eu; azotany pozostają osobnym zagadnieniem dotyczącym jakości wody. |
| Siarczan europu(III) | Eu2(SO4)3·8H2O | Podawany 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) | EuSO4 | Trudno rozpuszczalny; stosowany do selektywnego strącania po redukcji [4]. | Specjalistyczna metoda odzysku wymagająca kontroli stopnia utlenienia europu. |
| Węglan europu(III) | Eu2(CO3)3·xH2O | Słabo rozpuszczalny w wodzie [5]. | Postać stała istotna w procesach technologicznych; roztwory kwaśne lub zawierające czynniki kompleksujące wymagają odrębnej oceny. |
| Fosforan europu(III) | EuPO4 | Podawany jako nierozpuszczalny w wodzie [6]. | Faza stała mogąca zatrzymywać Eu; nierozpuszczalność nie oznacza zerowego stężenia w formie rozpuszczonej. |
| Fluorek europu(III) | EuF3 | Nierozpuszczalny 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 sól | Przybliżona masa molowa (g/mol) | Eu ze 100 mg/L soli, wartość obliczona |
|---|---|---|
| EuCl3, bezwodny | 258.31 | 58,8 mg/L w przeliczeniu na Eu |
| EuCl3·6H2O | 366.40 | 41,5 mg/L w przeliczeniu na Eu |
| Eu(NO3)3·6H2O | 446.06 | 34,1 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
- ProChem: sześciowodny chlorek europu.
- ProChem: sześciowodny azotan europu.
- Thermo Scientific: ośmiowodny siarczan europu(III).
- Oddzielanie europu z koncentratu średnich pierwiastków ziem rzadkich otrzymanego z monacytu z egipskich piasków czarnych.
- American Elements: uwodniony węglan europu.
- ProChem: fosforan europu(III).
- ProChem: fluorek europu(III).
- Usuwanie Eu(III) za pomocą aerożeli alginianowych sieciowanych polimocznikiem.
- Fotochemiczny odzysk europu z roztworów niewodnych.
- Królewskie Towarzystwo Chemiczne: europ.
- Rozdzielanie itru i europu metodą ekstrakcji rozpuszczalnikowej z użyciem nierozcieńczonych tiocyjanianowych cieczy jonowych.