Powszechne sole i związki skandu w roztworach wodnych: rozpuszczalność i odzysk
Skand rzadko stanowi główny składnik zwykłych wód naturalnych. Zainteresowanie wodami zawierającymi skand wiąże się przede wszystkim z kwaśnymi roztworami po ługowaniu, wodami z odwadniania kopalń, pozostałościami metalurgicznymi i roztworami procesowymi, w których skand jest uwalniany z rud lub przemysłowych produktów ubocznych. Wymienione poniżej związki to substancje wprowadzane do procesu lub fazy stałe; po rozpuszczeniu skand występuje w postaci wodnych kompleksów Sc(III), których forma zależy od pH, kwasowości, ligandów i jonów konkurujących.
Oceniasz strumień zawierający skand? Odróżnij skand rozpuszczony od skandu związanego z koloidami i cząstkami oraz przeanalizuj pełny skład strumienia. Żelazo, glin, pierwiastki ziem rzadkich, siarczany, chlorki, fluorki, kwasowość i zasolenie mogą wpływać na separację i czystość produktu.
Powszechne związki skandu i jego formy w roztworach wodnych
| Związek lub faza | Wzór | Zachowanie w wodzie | Gdzie występuje |
|---|---|---|---|
| Siarczan skandu(III) | Sc2(SO4)3 | Rozpuszczalny w kwaśnej wodzie; tworzenie kompleksów siarczanowych i specjacja w roztworze zależą od kwasowości, temperatury i stężenia. Przy zmianie warunków może dochodzić do hydrolizy i wytrącania. | Roztwory po ługowaniu kwasem siarkowym, odpadowy kwas z procesu produkcji dwutlenku tytanu oraz obiegi odzysku hydrometalurgicznego. |
| Chlorek skandu(III) | ScCl3 | Rozpuszcza się, tworząc Sc(III) i formy wodne zawierające chlorki. Forma rozpuszczona nie jest nienaruszoną cząsteczką ScCl3; kwasowość i stężenie chlorków wpływają na tworzenie kompleksów. | Roztwory po ługowaniu chlorkowym oraz specjalistyczne roztwory laboratoryjne lub metalurgiczne. |
| Azotan skandu(III) | Sc(NO3)3 | Rozpuszczalny w wodzie związek wprowadzany do procesu; rozpuszczony skand nadal ulega hydrolizie wraz ze wzrostem pH. | Preparaty laboratoryjne oraz wybrane zastosowania procesowe lub w chemii materiałowej; nie jest typową solą występującą w wodach naturalnych. |
| Fluorek skandu | ScF3 | Słabo rozpuszczalny w wodzie. Nadmiar fluorków w odpowiednich warunkach kwaśnych może jednak tworzyć rozpuszczalne kompleksy fluorkowe, dlatego zależnie od warunków fluorki mogą ograniczać lub zwiększać mobilność skandu. | Przeróbka minerałów zawierających fluorki oraz specjalistyczne roztwory do separacji lub analiz. |
| Wodorotlenek / oksywodorotlenek skandu | Sc(OH)3 / ScO(OH) | Fazy stałe o małej rozpuszczalności, które mogą powstawać wskutek hydrolizy lub kontrolowanej regulacji pH. Mogą zawierać współstrącone żelazo, glin lub inne metale. | Neutralizacja, strącanie i odzysk skandu z roztworów po ługowaniu. |
| Tlenek skandu | Sc2O3 | Produkt nierozpuszczalny w wodzie; podczas odzysku stosuje się ługowanie kwasowe, aby przenieść skand do roztworu. | Wytwarzanie produktów skandowych, kalcynacja i przygotowanie surowca do procesów hydrometalurgicznych. |
| Stałe szczawiany, węglany i fosforany skandu | Sc2(C2O4)3; Sc2(CO3)3; ScPO4 (przykładowe) | Na ogół fazy o małej rozpuszczalności w odpowiednich warunkach strącania. Rzeczywiste produkty mogą być uwodnionymi, mieszanymi lub niestechiometrycznymi substancjami stałymi. | Selektywne strącanie, oczyszczanie oraz badania nad odzyskiem lub etapy procesów odzysku. |
Opisy te mają charakter jakościowy i nie stanowią granicznych wartości rozpuszczalności do projektowania procesów. Rozpuszczalność zależy od konkretnej fazy stałej, temperatury, pH, stężeń ligandów i siły jonowej. W szczególności określenie „siarczan skandu” nie definiuje jednoznacznie form rozpuszczonych w roboczym roztworze po ługowaniu.
Możliwości separacji, odzysku i oczyszczania wody
Dobór procesu zależy od tego, czy celem jest odzysk skandu, zmniejszenie jego stężenia w wodzie, czy oba te działania. Skand często występuje w małych stężeniach obok znacznie większych ilości żelaza, glinu i innych metali, dlatego istotne są selektywność i dalsze postępowanie z pozostałościami.
| Metoda | Możliwe zastosowanie | Najważniejsze kwestie |
|---|---|---|
| Regulacja pH, strącanie i oddzielanie faz stałych | Przeniesienie skandu do fazy stałej bogatej w wodorotlenki lub innej fazy o małej rozpuszczalności w celu jego zatężenia lub usunięcia. | Skand może współstrącać się z żelazem, glinem i pierwiastkami ziem rzadkich. Należy zbadać pH, zapotrzebowanie na odczynniki, przebieg filtracji, czystość produktu i jakość oczyszczonej wody. |
| Wymiana jonowa i selektywna adsorpcja | Wychwytywanie i zatężanie skandu z odpowiednich kwaśnych roztworów procesowych, w tym niektórych roztworów siarczanowych po ługowaniu. | Skuteczność żywicy lub sorbentu zależy od kwasowości, jonów konkurujących, pojemności i elucji. Żelazo(III) i inne metale trójwartościowe mogą zmniejszać selektywność. |
| Ekstrakcja rozpuszczalnikowa | Oddzielanie i wzbogacanie skandu w obiegach hydrometalurgicznych przed jego reekstrakcją i odzyskiem produktu. | Dobór ekstrahenta, kwasowości i konfiguracji stopni zależy od składu surowca; współekstrakcja, postępowanie z odczynnikami i pozostałościami wodnymi wymagają oceny procesu. |
| Filtracja lub separacja membranowa | Usuwanie zawiesin, osadów lub części materiału związanego z koloidami zawierających skand po odpowiednim przygotowaniu strumienia. | Konwencjonalna filtracja ani separacja membranowa same w sobie nie usuwają rozpuszczonych jonów Sc(III). Niezbędne są wstępne przygotowanie strumienia i postępowanie z fazami stałymi; skuteczność membrany trzeba wykazać dla danego strumienia. |
Badania laboratoryjne na reprezentatywnych próbkach pozwalają porównać odzysk, selektywność, zużycie odczynników, jakość wody i pozostałości. Jeśli skład surowca jest zmienny lub czystość produktu ma kluczowe znaczenie, przed zwiększeniem skali procesu mogą być wskazane badania pilotażowe. Wyniku uzyskanego dla roztworu syntetycznego lub pojedynczego odcieku nie należy traktować jako uniwersalnej gwarancji usuwania skandu.
Omów wyzwanie związane z uzdatnianiem wody zawierającej skand
Aby ocenić konkretny strumień, przekaż wyniki reprezentatywnych analiz oraz cel oczyszczania, w tym informację, czy wymagany jest odzysk skandu. Skontaktuj się z Lenntech za pomocą formularza: Omów wyzwanie związane z uzdatnianiem wody.
Źródła i dalsza lektura
- Odzysk skandu z odpadów górniczych, metalurgicznych i przemysłowych: przegląd metod separacji i oczyszczania.
- Przegląd ekstrakcji rozpuszczalnikowej skandu.
- Żywice jonowymienne do odzysku skandu z roztworów po ługowaniu kwasem siarkowym.
- Thermo Fisher Scientific: przygotowanie próbek i stabilność skandu względem hydrolizy.