Veelgebruikte europiumzouten in water: oplosbaarheid, verwijdering en concentratie
Veelgebruikte europiumzouten zijn onder meer chloriden, nitraten en sulfaten. Carbonaten, fosfaten en fluoriden zijn relevante, slecht oplosbare vormen. Bij europium is ook het onderscheid tussen Eu(III) en Eu(II) van belang: de oxidatietoestand kan de oplosbaarheid en het scheidingsgedrag beïnvloeden.
Zie voor het voorkomen en de milieucontext europium in water. ‘Veelgebruikt’ verwijst hier naar laboratorium- en proceschemie, niet naar een rangschikking van zouten die in natuurlijk water zijn aangetroffen. Zodra een zout oplost, beschrijft de oorspronkelijke formule niet alle opgeloste chemische vormen.
Veelgebruikte zouten en oplosbaarheid in water
| Zout | Formule en voorbeelden van hydraten | Oplosbaarheid in water | Praktische betekenis |
|---|---|---|---|
| Europium(III)chloride | EuCl3; EuCl3·6H2O | Oplosbaar in water; controleer het vermelde hydraat [1]. | Een oplosbaar Eu-zout als uitgangsstof. Verwijdering van Eu betekent niet noodzakelijk dat ook chloride wordt verwijderd. |
| Europium(III)nitraat | Eu(NO3)3·6H2O | Oplosbaar in water [2]. | Wordt gebruikt om Eu-oplossingen te bereiden; nitraat blijft een afzonderlijk aandachtspunt voor de waterkwaliteit. |
| Europium(III)sulfaat | Eu2(SO4)3·8H2O | Vermeld als oplosbaar in water; de verzadiging hangt af van temperatuur, hydraat en samenstelling van de oplossing [3]. | Verwar dit driewaardige zout niet met Eu(II)sulfaat. |
| Europium(II)sulfaat | EuSO4 | Weinig oplosbaar; gebruikt voor selectieve neerslag na reductie [4]. | Een gespecialiseerde terugwinningsmethode waarvoor beheersing van de oxidatietoestand van europium nodig is. |
| Europium(III)carbonaat | Eu2(CO3)3·xH2O | Slecht oplosbaar in water [5]. | Een voor verwerking relevante vaste vorm; zure of complexvormende oplossingen moeten afzonderlijk worden beoordeeld. |
| Europium(III)fosfaat | EuPO4 | Vermeld als onoplosbaar in water [6]. | Een vaste fase die Eu kan vasthouden; onoplosbaar betekent niet dat de opgeloste concentratie nul is. |
| Europium(III)fluoride | EuF3 | Onoplosbaar in water [7]. | Toevoeging van fluoride introduceert een andere verontreinigende stof en is geen algemene aanbeveling voor waterbehandeling. |
Dit zijn kwalitatieve vergelijkingen, geen numerieke verzadigingsconcentraties. Bij een numerieke waarde moeten temperatuur, pH, oxidatietoestand, hydraat of vaste fase, samenstelling van de oplossing en eenheden worden vermeld. Waarden in g per 100 g water kunnen niet rechtstreeks worden gebruikt als g/L oplossing. Hydroxiden en oxiden zijn relevante vaste stoffen, maar zijn in deze tabel niet als zouten opgenomen.
Eu(III), Eu(II) en opgeloste chemische vormen
Eu(III) kan opgeloste complexen vormen of overgaan naar deeltjes en neerslagen. Hydrolyse, carbonaatchemie en sorptie beïnvloeden het gedrag in water [8]. De concentratie vrije ionen, de totale concentratie opgelost Eu en de totale Eu-concentratie zijn verschillende meetgrootheden. Organische liganden en concurrerende ionen kunnen de prestaties van de behandeling beïnvloeden.
Reductie tot Eu(II) is toegepast vóór selectieve sulfaatneerslag [4]. Dit betekent niet dat alle Eu-zouten na reductie onoplosbaar worden. EuCl2 is oplosbaar in water: resultaten voor terugwinning op basis van chlorideneerslag uit alcoholmengsels met weinig water kunnen niet rechtstreeks worden toegepast op een waterbehandelingsproces met waterige oplossingen [9]. Beoordeel naast de pH ook de redoxomstandigheden en blootstelling aan zuurstof.
Concentratie: mg/L als Eu tegenover mg/L zout
Rapporteer elementair europium, bijvoorbeeld in µg/L als Eu of mg/L als Eu, en definieer de onderzochte fractie van het monster. De massa van een toegevoegd zout omvat de anionen en het kristalwater. Een doseringsberekening geeft niet aan hoeveel opgelost Eu na het bereiken van evenwicht overblijft.
Berekende Eu-concentratie (mg/L) = zoutdosering (mg/L) × n × 151,964 / molaire massa van het zout (g/mol).
Hier is n het aantal Eu-atomen per formule-eenheid. Neem het kristalwater mee en corrigeer waar nodig voor het gehalte van het product.
| Gespecificeerd zout | Molaire massa bij benadering (g/mol) | Berekende hoeveelheid Eu uit 100 mg/L zout |
|---|---|---|
| EuCl3, watervrij | 258.31 | 58,8 mg/L als Eu |
| EuCl3·6H2O | 366.40 | 41,5 mg/L als Eu |
| Eu(NO3)3·6H2O | 446.06 | 34,1 mg/L als Eu |
Deze berekende voorbeelden gaan uit van zuiver materiaal, volledige oplossing en geen daaropvolgend verlies. Het zijn geen oplosbaarheidsmetingen of concentraties in het milieu. Een concentratie van 1 mmol/L Eu komt overeen met ongeveer 151,964 mg/L als Eu; 1 mg/L als Eu komt overeen met ongeveer 6,58 µmol/L. De gebruikte atoommassa is 151,964 [10].
Verwijdering van europium uit water
- Neerslagvorming en scheiding van vaste stoffen: test geschikte pH-aanpassingen en neerslagmiddelen met representatief water. Neerslag van europiumhydroxide is onderzocht in procesoplossingen [11]. Laat op de neerslagvorming bezinking of filtratie volgen; de vorming van een vaste stof verwijdert deze op zichzelf niet uit de waterstroom.
- Adsorptie en ionenwisseling: beoordeel een geschikt sorptiemiddel of hars voor opgelost Eu, rekening houdend met concurrerende metalen, liganden, zuurgraad en regeneratie. De opname van Eu(III) is onderzocht met experimentele sorptiemiddelen op basis van alginaat [8]. Capaciteit in het laboratorium garandeert geen prestaties op praktijkschaal of selectieve scheiding van andere zeldzame aardmetalen.
- Scheiding op basis van redoxreacties: reductie en neerslagvorming van EuSO4 kunnen selectieve terugwinning uit geschikte procesoplossingen ondersteunen [4]. Reagentia, stabiliteit van de oxidatietoestand en reststromen vereisen een processpecifieke beoordeling.
Filtratie alleen richt zich op deeltjes en niet op vrij opgeloste Eu-ionen. Verwijdering van Eu betekent niet dat chloride, nitraat, sulfaat of andere bestanddelen aan de vereiste waterkwaliteit voldoen.
Concentratie en terugwinning
Verwijdering verlaagt de Eu-concentratie in behandeld water; bij terugwinning wordt Eu in een andere stroom of een product opgevangen. Door neerslagvorming wordt Eu in een vaste stof geconcentreerd. Elutie van een beladen hars kan Eu in een kleiner vloeistofvolume opvangen, mits dit door tests wordt bevestigd. Verdere zuivering kan nodig zijn voordat een bruikbaar product wordt verkregen.
Concentratiefactor van de vloeistof = Eu-concentratie in de opgevangen vloeistof / Eu-concentratie in de voedingsstroom. Bepaal de terugwinning afzonderlijk als de opgevangen Eu-massa gedeeld door de Eu-massa in de voedingsstroom. Bijvoorbeeld: 1 m³ met 10 mg/L als Eu bevat 10 g Eu. Bij terugwinning van 90% in 10 L bedraagt de concentratie 900 mg/L als Eu en de concentratiefactor 90. Dit is een illustratieve massabalans, geen voorspelling van de prestaties.
Gegevens voor de beoordeling van de behandeling
Nuttige invoergegevens zijn onder meer het debiet, de concentraties opgelost en totaal Eu, de pH, temperatuur, redoxomstandigheden, belangrijkste anionen, organische liganden, concurrerende metalen, zwevende stoffen en de gewenste uitlaatconcentratie. Stem de monstername en monstervoorbereiding voor analyse af met het laboratorium. Test de resterende Eu-concentratie, de scheiding van vaste stoffen, het reagensverbruik en de samenstelling van de concentraten.
Bronnen en aanvullende literatuur
- ProChem: europiumchloride-hexahydraat.
- ProChem: europiumnitraat-hexahydraat.
- Thermo Scientific: europium(III)sulfaat-octahydraat.
- Scheiding van europium uit een concentraat van middelzware zeldzame aardmetalen afkomstig van monaziet uit Egyptisch zwart zand.
- American Elements: europiumcarbonaathydraat.
- ProChem: europium(III)fosfaat.
- ProChem: europium(III)fluoride.
- Verwijdering van Eu(III) met alginaataerogels die met polyureum zijn vernet.
- Fotochemische terugwinning van europium uit niet-waterige oplossingen.
- Royal Society of Chemistry: europium.
- Scheiding van yttrium en europium door vloeistof-vloeistofextractie met onverdunde ionische vloeistoffen op basis van thiocyanaat.