Popularne sole lutetu w wodzie: rozpuszczalność, usuwanie i stężenie
Sole lutetu różnią się zachowaniem w wodzie. Odczynniki chlorkowe, azotanowe i siarczanowe mogą dostarczać rozpuszczonego lutetu, natomiast węglan, szczawian i fluorek lutetu są słabo rozpuszczalne. Sposób uzdatniania zależy od formy chemicznej obecnej po zmieszaniu, a nie tylko od nazwy soli wyjściowej.
Informacje o źródłach i ogólnych właściwościach chemicznych w roztworach wodnych podano na stronie Lutet w wodzie.
Popularne sole lutetu i ich rozpuszczalność w wodzie
| Sól | Wzór | Zachowanie w wodzie | Uwagi praktyczne |
|---|---|---|---|
| Sześciowodny chlorek lutetu(III) | LuCl3·6H2O | Rozpuszczalny | Uwodnienie zmienia masę odczynnika potrzebną do uzyskania danego stężenia Lu. |
| Uwodniony azotan lutetu(III) | Lu(NO3)3·xH2O | Rozpuszczalny | Należy korzystać z podanego stopnia uwodnienia lub certyfikowanej zawartości Lu; hydrat o nieokreślonym składzie nie ma jednej ustalonej masy molowej. |
| Ośmiowodny siarczan lutetu(III) | Lu2(SO4)3·8H2O | Rozpuszczalny | Temperatura i inne rozpuszczone sole wpływają na rozpuszczalność w danych warunkach. |
| Uwodniony węglan lutetu(III) | Lu2(CO3)3·xH2O | Słabo rozpuszczalny | Dodanie kwasu może zmienić rozpuszczanie i rozkład form chemicznych. |
| Uwodniony szczawian lutetu(III) | Lu2(C2O4)3·xH2O | Słabo rozpuszczalny | Po wytrąceniu konieczne jest oddzielenie fazy stałej. |
| Fluorek lutetu(III) | LuF3 | Słabo rozpuszczalny | Fluorek może utrudniać utrzymanie lutetu w roztworze do analizy. |
Są to opisy jakościowe, a nie stężenia nasycenia ani gwarancje skuteczności uzdatniania. Przy projektowaniu przygotowania roztworu lub procesu należy korzystać z danych o rozpuszczalności dla konkretnego produktu, temperatury i składu roztworu. Słaba rozpuszczalność nie oznacza braku rozpuszczonego lutetu.
Co dzieje się po rozpuszczeniu soli?
Lutet występuje zazwyczaj na +3 stopniu utlenienia. Jego rozkład między formy rozpuszczone a fazę stałą zależy od pH, substancji kompleksujących i jonów konkurujących. Rozpuszczalny odczynnik może po zmieszaniu z innym strumieniem utworzyć osad. Z kolei kwas lub substancja kompleksująca mogą zmienić rozpuszczanie fazy stałej.
Należy oznaczać lutet całkowity i rozpuszczony, stosując jasno określoną metodę przygotowania próbek. Koloidy i drobne cząstki mogą wpływać na frakcję rozpuszczoną określaną zgodnie z przyjętą procedurą. Sam wzór soli nie identyfikuje wszystkich form występujących w uzdatnianej wodzie.
Usuwanie lutetu z wody
Sedymentacja i filtracja mogą usuwać cząstki dające się oddzielić. Same w sobie nie dowodzą jednak usunięcia rozpuszczonego Lu(III). Wytrącanie przekształca rozpuszczony lutet w fazę stałą, którą można oddzielić; w rzeczywistej wodzie należy zbadać pH, dawkę odczynnika, resztkowe stężenie rozpuszczonego lutetu i zachowanie osadu.
Wymiana jonowa i adsorpcja mogą wychwytywać rozpuszczony lutet. W badaniach z użyciem aktywowanych wymieniaczy kationowych i anionowych analizowano wychwyt z roztworów azotanowych. Konkurujące pierwiastki ziem rzadkich, kwasowość i substancje kompleksujące mogą zmieniać skuteczność, dlatego wyników laboratoryjnych nie należy bezpośrednio przenosić na inny strumień.
Można również rozważyć specjalistyczne procesy membranowe. W badaniach nad polimerową membraną inkluzyjną analizowano transport Lu(III) i regenerację membrany. Jest to mechanizm odmienny od zwykłej filtracji cząstek. Przed wyborem procesu należy ocenić selektywność, odzysk i skład wszystkich strumieni wylotowych.
Stężenie: mg/L w przeliczeniu na Lu a mg/L soli
Stężenie wyrażone w przeliczeniu na pierwiastkowy Lu uwzględnia tylko masę lutetu. Stężenie soli obejmuje również przeciwjony i ewentualną wodę krystalizacyjną. Dla czystej soli o znanym składzie:
mg/L w przeliczeniu na Lu = mg/L soli × (liczba atomów Lu we wzorze × 174,9668) / masa molowa soli.
| Postać odczynnika przyjęta do obliczeń | Przybliżona masa molowa (g/mol) | Udział masowy Lu | Ilość Lu odpowiadająca 100 mg/L soli |
|---|---|---|---|
| Bezwodny LuCl3 | 281.32 | 62.2% | 62,2 mg/L w przeliczeniu na Lu |
| LuCl3·6H2O | 389.41 | 44.9% | 44,9 mg/L w przeliczeniu na Lu |
Jeden mmol/L lutetu odpowiada około 174,97 mg/L w przeliczeniu na Lu. W przypadku uwodnionego azotanu o nieokreślonej wartości x obliczenia należy oprzeć na certyfikowanej zawartości Lu lub potwierdzonym stopniu uwodnienia. W obliczeniach ilości odczynnika należy uwzględnić czystość oraz podstawę oznaczenia podaną w certyfikacie.
Zatężanie i odzysk lutetu
Po wychwyceniu desorpcja lub elucja mogą przenieść lutet do mniejszej objętości cieczy. Usunięcie ze strumienia zasilającego, odzysk do tej cieczy oraz czystość odzyskanego produktu są odrębnymi miarami. Współwychwycone pierwiastki ziem rzadkich i sole mogą obniżać czystość produktu, nawet gdy stężenie Lu wzrasta.
Przykładowy bilans masy: 1 m³ wody dopływającej o stężeniu 10 mg/L w przeliczeniu na Lu zawiera 10 g Lu. Jeśli 90% tej masy zostanie odzyskane w 10 L roztworu końcowego, roztwór będzie zawierał 9 g Lu, czyli 900 mg/L w przeliczeniu na Lu: stężenie 90 razy większe niż w wodzie dopływającej. Jest to obliczenie, a nie prognoza wydajności procesu.
Uwzględnij lutet w wodzie oczyszczonej, osadach, zużytych materiałach, popłuczynach i cieczach poregeneracyjnych. W bilansie objętości uwzględnij dodaną wodę i odczynniki, a produkt końcowy zweryfikuj metodą analityczną.
Źródła
- Royal Society of Chemistry: właściwości lutetu i masa atomowa.
- Inorganic Ventures: Przewodnik po układzie okresowym, chemia lutetu w roztworze.
- Thermo Scientific Chemicals: specyfikacja sześciowodnego chlorku lutetu(III); uwodniony azotan lutetu(III); ośmiowodny siarczan lutetu(III).
- Zwiększona sorpcja jonów lutetu z roztworów wodnych z zastosowaniem aktywowanych wymieniaczy jonowych.
- Wstępne badanie zastosowania membrany z inkluzją polimerową do separacji lutetu(III) i regeneracji membrany.