Sole terbu w wodzie: rozpuszczalność, usuwanie i stężenie
Chlorek, azotan i siarczan terbu mogą być źródłem rozpuszczonego terbu w wodzie. Węglan, szczawian i fluorek to związki słabo rozpuszczalne. Sposób uzdatniania zależy od występującej formy chemicznej, a nie tylko od nazwy pierwotnie dodanej soli.
Ten przewodnik omawia powszechnie dostępne w handlu sole terbu, kwestie związane z uzdatnianiem oraz obliczenia stężeń. Informacje o źródłach i drogach przemieszczania się w środowisku znajdują się na stronie terb w wodzie.
Popularne sole terbu i ich rozpuszczalność w wodzie
Poniższe opisy mają charakter jakościowy. Nie określają stężeń nasycenia ani dawek dozowania. Należy korzystać z danych o rozpuszczalności dla konkretnego hydratu, temperatury i składu roztworu; kwasowość i substancje kompleksujące mogą zmieniać stężenie rozpuszczonego terbu.
| Sól | Przykładowy wzór | Zachowanie w wodzie | Znaczenie praktyczne |
|---|---|---|---|
| Chlorek terbu(III) sześciowodny | TbCl3·6H2O | Rozpuszczalny w wodzie. | Źródło rozpuszczonego Tb(III). Uwodnienie wpływa na udział masowy terbu. |
| Azotan terbu(III) sześciowodny | Tb(NO3)3·6H2O | Rozpuszczalny w wodzie. | Do roztworu przechodzą zarówno terb, jak i azotany. Sprawdź postać uwodnioną i oznaczoną zawartość substancji w certyfikacie produktu. |
| Siarczan terbu(III) ośmiowodny | Tb2(SO4)3·8H2O | Rozpuszczalny w wodzie. | Podczas przygotowywania lub zatężania roztworów sprawdź temperaturę i skład roztworu pod względem siarczanów. |
| Uwodniony węglan terbu(III) | Tb2(CO3)3·xH2O | Słabo rozpuszczalny w wodzie. | Zawiesina różni się od roztworu. Zmienny stopień uwodnienia wpływa na obliczenia masy. |
| Uwodniony szczawian terbu(III) | Tb2(C2O4)3·xH2O | Słabo rozpuszczalny w wodzie. | Istotny dla strącania i odzysku; należy mierzyć stężenie pozostałego rozpuszczonego terbu, zamiast zakładać jego całkowite wychwycenie. |
| Fluorek terbu(III) | TbF3 | Słabo rozpuszczalny w wodzie. | Przy ocenie jakości wody i pozostałości należy uwzględnić zarówno fluorki, jak i terb. |
Co dzieje się po rozpuszczeniu soli?
Sole te zawierają trójwartościowy terb, Tb(III). Rozpuszczony terb może występować w postaci uwodnionych jonów lub kompleksów, a wraz ze zmianą pH znaczenia nabiera hydroliza. W roztworze przygotowanym z rozpuszczalnej soli mogą następnie powstawać cząstki lub może dochodzić do wiązania terbu na innych powierzchniach. Ligandy organiczne i inne jony mogą zmieniać ten przebieg.
Należy odróżniać terb całkowity od frakcji rozpuszczonej zdefiniowanej operacyjnie przez zastosowanie określonej metody filtracji. Drobne cząstki i koloidy mogą utrudniać to rozróżnienie. Zapisuj metodę pobierania i przygotowania próbek, aby możliwe było porównanie wyników pomiarów przed uzdatnianiem i po nim.
Usuwanie terbu z wody
Oddzielanie cząstek stałych i strącanie
Sedymentacja i filtracja usuwają cząstki zawierające terb, pod warunkiem że można skutecznie oddzielić fazę stałą. Same w sobie nie dowodzą usunięcia rozpuszczonego Tb(III). Strącanie może przenieść rozpuszczony terb do słabo rozpuszczalnej fazy stałej, jeśli pozwala na to skład chemiczny roztworu.
Powstawanie szczawianu terbu wykorzystywano w procesach odzysku. Nie wyznacza to uniwersalnej dawki odczynnika ani roboczego pH dla ścieków. Sprawdź kwasowość, obecność substancji kompleksujących i konkurujących metali, stężenie pozostałego rozpuszczonego terbu oraz podatność osadu na filtrację. W ocenie procesu należy uwzględnić dodane odczynniki i powstający osad.
Adsorpcja i wymiana jonowa
W badaniach pierwotnych analizowano wychwytywanie terbu za pomocą adsorbentów na bazie celulozy, funkcjonalizowanych cząstek magnetycznych i naturalnego klinoptylolitu. W badaniu klinoptylolitu analizowano śladowe ilości Tb(III) w warunkach przepływowych oraz późniejszą desorpcję. Badania te przedstawiają przykłady możliwych mechanizmów wychwytywania i odzysku, a nie gwarantowaną skuteczność dla wody o innym składzie.
Na potrzeby praktycznego projektu należy zbadać pojemność materiału, czas kontaktu, przebicie złoża, wpływ konkurujących jonów i regenerację przy użyciu rzeczywistego strumienia zasilającego. Wyniki dla prostego roztworu soli terbu mogą różnić się od wyników dla odcieku zawierającego mieszaninę pierwiastków ziem rzadkich lub wody zawierającej ligandy organiczne. Oceniaj łącznie oczyszczoną wodę oraz zużyty materiał lub ciecz po regeneracji.
Stężenie: mg/L w przeliczeniu na Tb a mg/L soli
Stężenie wyrażone jako terb pierwiastkowy nie obejmuje przeciwjonów ani wody krystalizacyjnej. Przyjmując masę atomową 158,925 g/mol:
mg/L w przeliczeniu na Tb = mg/L soli × (liczba atomów Tb w jednostce wzoru chemicznego × 158,925) / masa molowa soli.
| Odważona czysta sól | Przybliżona masa molowa | Ilość terbu ze 100 mg/L soli |
|---|---|---|
| Bezwodny TbCl3 | 265,28 g/mol | 59,9 mg/L w przeliczeniu na Tb |
| TbCl3·6H2O | 373,37 g/mol | 42,6 mg/L w przeliczeniu na Tb |
| Tb(NO3)3·6H2O | 453,03 g/mol | 35,1 mg/L w przeliczeniu na Tb |
Obliczenia te zakładają użycie wskazanego czystego związku i jego całkowite rozpuszczenie. Należy uwzględnić oznaczoną zawartość substancji w produkcie, wilgoć i nierozpuszczony materiał. Stężenie terbu wynoszące 1 mmol/L odpowiada 158,925 mg/L w przeliczeniu na Tb. Na podstawie samego tego stężenia analiza całkowitej zawartości pierwiastka nie pozwala ustalić, jaka sól została pierwotnie użyta.
Zatężanie i odzysk terbu
Usuwanie terbu z głównego strumienia wody i odzyskiwanie go jako użytecznego produktu to odrębne cele. Adsorpcja, po której następuje desorpcja, może przenieść terb do mniejszej objętości cieczy. W badaniu z użyciem materiału celulozowego wykazano desorpcję kwasem ze zużytego adsorbentu, natomiast w badaniu ścieków z odzysku złomu analizowano wychwytywanie terbu przy jego niskich stężeniach.
Koncentrat może również zawierać inne pierwiastki ziem rzadkich, rozpuszczone sole i zanieczyszczenia. Selektywność i czystość produktu należy oceniać oddzielnie od procentowego stopnia usunięcia. Samo zatężenie ani skuteczna adsorpcja nie przesądzają o wartości handlowej odzyskanego materiału.
Dla zilustrowania bilansu masowego 1 m3 wody o stężeniu 10 mg/L w przeliczeniu na Tb zawiera 10 g terbu. Odzyskanie 90% tej masy do końcowej objętości cieczy wynoszącej 10 L dałoby stężenie 900 mg/L w przeliczeniu na Tb, czyli 90-krotne zatężenie. Jest to obliczenie, a nie przewidywana wydajność procesu oczyszczania. W rzeczywistym bilansie należy uwzględnić wszystkie strumienie odprowadzanej cieczy, pozostałe ciała stałe i straty.
Informacje przydatne przy doborze procesu
Przydatne dane wejściowe obejmują przepływ, temperaturę, pH, całkowitą i rozpuszczoną zawartość terbu, inne pierwiastki ziem rzadkich, główne jony, zawiesiny oraz znane substancje kompleksujące. Należy określić zarówno docelową jakość oczyszczonej wody, jak i ewentualny cel odzysku, a następnie na podstawie wyników badań laboratoryjnych lub pilotażowych ustalić możliwą do osiągnięcia skuteczność.
Źródła
- Thermo Scientific Chemicals: sześciowodny chlorek terbu oraz hydrat azotanu terbu.
- Stanford Materials: ośmiowodny siarczan terbu oraz węglan terbu.
- Inorganic Ventures: Przewodnik po układzie okresowym, chemia terbu w roztworze.
- American Elements: związki terbu, w tym fluorek.
- Metody odzyskiwania tlenku terbu ze szkła, patent opisujący wytrącanie szczawianu.
- Bioadsorbent na bazie celulozy do odzyskiwania jonów terbu.
- Sorpcja terbu na klinoptylolicie zakarpackim.
- Adsorpcja terbu z wykorzystaniem funkcjonalizowanych nanocząstek magnetycznych.
- Adsorpcja terbu ze ścieków z odzysku złomu Nd-Fe-B.
- Royal Society of Chemistry: dane atomowe terbu.