Tul w wodzie: występowanie, właściwości chemiczne, usuwanie i odzysk

Tul (Tm) jest lantanowcem, który może przedostawać się do wody w związku z występowaniem minerałów zawierających metale ziem rzadkich lub ze strumieni pochodzących z przeróbki tych metali. Dla inżynierów oceniających takie strumienie kluczowe jest rozróżnienie między tulem rozpuszczonym w wodzie a tulem przenoszonym przez cząstki zawieszone lub koloidy. Jego forma chemiczna i skład wody decydują o tym, które metody separacji warto rozważyć.

Występowanie i formy tulu w wodzie

Tul występuje wraz z innymi pierwiastkami ziem rzadkich w minerałach takich jak monacyt i jest pozyskiwany w procesach rozdzielania metali ziem rzadkich. W wodzie procesowej może występować w postaci rozpuszczonej, zaadsorbowanej na cząstkach stałych lub w zawieszonych cząstkach mineralnych. Jeśli ma to znaczenie dla projektowania procesu oczyszczania, pobieranie próbek i analiza powinny pozwalać na odróżnienie rozpuszczonej frakcji oznaczanej po filtracji od całkowitej zawartości tulu. Sama filtracja usuwa materiał związany z cząstkami, ale niekoniecznie usuwa tul rozpuszczony.

Informacje o właściwościach i zastosowaniach pierwiastka znajdziesz na stronie poświęconej tulowi.

Chemia tulu w roztworach wodnych

W zwykłych warunkach wodnych tul występuje głównie na stopniu utlenienia +3, jako Tm(III). Jego podział między fazę rozpuszczoną a stałą zależy od pH oraz od substancji, które wiążą metal lub z nim oddziałują. Jony wodorotlenkowe, węglanowe i fosforanowe oraz ligandy organiczne mogą wpływać na formy rozpuszczone, adsorpcję i strącanie. Ponieważ strumienie z przeróbki metali ziem rzadkich mogą zawierać inne metale i czynniki kompleksujące, sama zmiana pH nie pozwala ustalić, jaka ilość tulu będzie możliwa do oddzielenia.

Tul występujący w przyrodzie to stabilny izotop tul-169. Tul-170 jest izotopem promieniotwórczym, który można wytworzyć przez napromienianie; kwestie ochrony radiologicznej dotyczące strumienia zawierającego ten izotop różnią się od oceny stabilnego tulu jako rozpuszczonego metalu.

Możliwości usuwania i odzysku

Strącanie i oddzielanie cząstek stałych

Dostosowanie warunków w celu utworzenia nierozpuszczalnej fazy zawierającej tul może umożliwić jego usunięcie przez klarowanie i filtrację. Wynik zależy od form chemicznych tulu, konkurujących składników oraz właściwości powstałych cząstek stałych. Jeśli tul jest już związany z cząstkami, można rozważyć separację fizyczną bez wcześniejszego wywoływania strącania.

Wymiana jonowa

Materiały jonowymienne mogą wychwytywać rozpuszczony Tm(III), lecz inne jony metali ziem rzadkich i metali rozpuszczonych mogą konkurować o miejsca wymiany. Ligandy mogą również zmieniać formę dostępną do wymiany jonowej. Dlatego dobór materiału oraz możliwości jego regeneracji lub odzysku tulu wymagają oceny w odniesieniu do rzeczywistego składu strumienia.

Zatężanie membranowe

Procesy membranowe mogą oddzielać lub zatężać rozpuszczone formy zawierające tul, zależnie od doboru membrany, form chemicznych i warunków pracy. Wstępne oczyszczanie może być istotne w obecności zawiesin lub osadów. Membrana wytwarza koncentrat, dla którego nadal trzeba określić sposób zagospodarowania lub odzysku; nie niszczy tulu.

Ocena strumienia procesowego

Przed porównaniem metod oczyszczania warto określić całkowitą zawartość tulu i zawartość tulu rozpuszczonego, pH, ilość zawiesin oraz obecność konkurujących metali i istotnych ligandów. Badania laboratoryjne mogą następnie pomóc ustalić, czy zamierzonym celem jest usunięcie cząstek stałych, osiągnięcie określonej jakości oczyszczonej wody, czy zatężenie tulu z myślą o ewentualnym odzysku. Nie można zakładać, że jedna metoda separacji będzie skuteczna dla każdego strumienia zawierającego tul.