Typowe sole renu w wodzie: rozpuszczalność, usuwanie i stężenie
Sole renu w wodzie mają znaczenie przede wszystkim w przypadku specjalistycznych odczynników i procesów odzysku metali. W roztworach natlenionych rozpuszczony ren często występuje w postaci jonu nadrenianowego, ReO4−. Nazwa rozpuszczonej soli określa materiał wyjściowy lub produkt; nie oznacza, że w roztworze pozostają nienaruszone cząsteczki tej soli.
Informacje o renie w wodzie obejmują jego występowanie i chemię w środowisku wodnym, a informacje o renie w wodach górniczych i procesowych — źródła przemysłowe i obiegi odzysku.
Przykładowe sole renu i ich rozpuszczalność w wodzie
| Związek | Wzór | Zachowanie w wodzie | Znaczenie praktyczne |
|---|---|---|---|
| Nadrenian amonu (APR) | NH4ReO4 | Dostawca podaje rozpuszczalność w wodzie wynoszącą 62,3 g/L w temperaturze 20 °C. Temperatura i inne rozpuszczone sole amonowe wpływają na stan nasycenia. | Krystaliczny produkt pośredni odzyskiwany z oczyszczonych roztworów bogatych w ren. |
| Nadrenian sodu | NaReO4 | Bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie. W opublikowanych badaniach krystalizacji podano ponad 1130 g/L w temperaturze 298 K; nie jest to wartość graniczna dla mieszanych roztworów procesowych. | Odczynnik oraz roztwory odzyskowe zawierające sód. |
| Nadrenian potasu | KReO4 | Rozpuszczalność w wodzie ograniczona w porównaniu z nadrenianem sodu; przy projektowaniu krystalizacji należy korzystać z danych pomiarowych dla danej temperatury. | Odczynnik oraz wybrane metody strącania lub oczyszczania. |
Są to przykładowe sole stosowane w procesach technologicznych, a nie ranking substancji występujących w wodach naturalnych. Kwas nadrenowy, HReO4, jest kwasem, a nie solą; kwaśne roztwory odzyskowe często opisuje się w tych kategoriach. Rozpuszczalności wyrażonej w gramach soli na litr nie należy interpretować jako gramów renu pierwiastkowego na litr. Wartości podane na litr roztworu i na kilogram wody mają też różne podstawy odniesienia.
Dane dla czystej wody stanowią punkt wyjścia. Rzeczywisty stan nasycenia zależy od temperatury, kwasowości, przeciwjonów i pozostałych rozpuszczonych soli. Badania nadrenianu amonu w obecności chlorku, azotanu i siarczanu amonu pokazują, dlaczego mieszany roztwór wymaga osobnej oceny równowagi.
Usuwanie renu z wody
- Oddzielanie zawiesin: klarowanie i filtracja usuwają cząstki zawierające ren. Zwykła filtracja cząstek nie usuwa rozpuszczonego jonu nadrenianowego.
- Wychwytywanie rozpuszczonego jonu nadrenianowego: wymiana anionowa i wybrane adsorbenty mogą przenieść go z wody do fazy stałej. Pojemność, selektywność i moment przebicia należy badać na rzeczywistej wodzie, uwzględniając siarczany, molibdeniany i inne konkurujące jony.
- Rozdzielanie i oczyszczanie roztworów procesowych: ekstrakcję rozpuszczalnikową stosuje się w hydrometalurgii renu. Wymaga ona odpowiedniego roztworu zasilającego oraz kontrolowanego układu ekstrakcji i reekstrakcji; nie należy bezpośrednio przenosić tej metody na uzdatnianie wody pitnej.
- Odzyskiwanie produktu krystalicznego: strącanie lub krystalizacja umożliwiają odzysk soli nadrenianowych z odpowiednio stężonych i przygotowanych roztworów. Usunięcie śladowego stężenia to inny cel niż wytworzenie soli o wysokiej czystości.
Metodę oczyszczania należy dobierać na podstawie stężenia renu rozpuszczonego i całkowitego, natężenia przepływu, pH, warunków redoks, zasolenia, obecności konkurujących metali oraz wymagań dotyczących zrzutu, ponownego wykorzystania lub odzysku. Skuteczność ustala się w badaniach laboratoryjnych i, w stosownych przypadkach, w próbach pilotażowych. Należy uwzględnić zużyte złoża, roztwory regeneracyjne, rafinat i osady; przeniesienie renu do strumienia pozostałości nie oznacza jego zniszczenia.
Stężenie: mg/L w przeliczeniu na Re a mg/L soli
Dla czystej soli o znanym wzorze:
mg/L w przeliczeniu na Re = mg/L soli × liczba atomów Re w jednostce wzoru × 186,207 ÷ masa molowa soli.
Masa molowa nadrenianu amonu wynosi około 268,24 g/mol, a każda jednostka jego wzoru zawiera jeden atom renu. Teoretyczny udział masowy renu wynosi 69,42%. Zatem 100 mg/L czystego nadrenianu amonu odpowiada około 69,42 mg/L w przeliczeniu na Re, jeśli cały zawarty w nim ren należy do oznaczanej frakcji. Jeden mmol/L renu odpowiada 186,207 mg/L w przeliczeniu na Re.
Są to obliczenia składu, a nie granice rozpuszczalności. Należy uwzględnić oznaczoną czystość odczynnika, stopień uwodnienia i dokładny wzór chemiczny. Trzeba określić, czy wynik analizy dotyczy renu rozpuszczonego, czy całkowitego. Wynik podany jako nadrenian obejmuje masę tlenu i nie może być bezpośrednio użyty jako wynik podany w przeliczeniu na Re.
Zatężanie renu i obliczanie odzysku
Elucja ze złoża jonowymiennego lub reekstrakcja z fazy stosowanej w ekstrakcji rozpuszczalnikowej może przenieść wychwycony ren do mniejszej objętości cieczy. Dalsze oczyszczanie i krystalizacja mogą prowadzić do otrzymania nadrenianu amonu. Stężenie zależy od odzyskanej masy i objętości końcowej:
Stężenie w strumieniu odzyskowym = stężenie w strumieniu zasilającym × objętość strumienia zasilającego × odzyskana część masy ÷ objętość strumienia odzyskowego.
Na przykład 1000 L roztworu o stężeniu 10 mg/L w przeliczeniu na Re zawiera 10 g renu. Odzyskanie 90% do objętości 10 L daje stężenie 900 mg/L w przeliczeniu na Re i 90-krotny wzrost stężenia. Jest to ilustracja bilansu masowego, a nie gwarantowana skuteczność oczyszczania.
Skuteczność usuwania, odzysk masowy i czystość produktu należy podawać oddzielnie. W bilansie objętości trzeba uwzględnić ciecze po płukaniu i regeneracji, a przed uznaniem zatężonego strumienia za produkt handlowy sprawdzić zawartość zanieczyszczeń.
Omów zastosowanie dotyczące oczyszczania lub odzysku renu
Omów problem związany z uzdatnianiem wody
Źródła i dalsza lektura
- Todini Chemicals: rozpuszczalność nadrenianu amonu.
- Carl Roth: karta charakterystyki nadrenianu amonu, rozpuszczalność w wodzie w temperaturze 20 °C.
- Casas i współautorzy: krystalizacja nadrenianu sodu w temperaturze 298 K.
- Badanie doświadczalne: rozpuszczalność i gęstość roztworów nadrenianów amonu i potasu.
- Badanie doświadczalne: rozpuszczalność nadrenianu amonu w mieszaninach soli amonowych.
- Badanie doświadczalne: odzysk renu z przemysłowych roztworów ługujących metodą ekstrakcji rozpuszczalnikowej.
- Przegląd technologii ekstrakcji i recyklingu renu.
- Thermo Scientific: wzór i masa molowa nadrenianu amonu.
- CIAAW: standardowa masa atomowa renu.