Hafniumzouten in water: oplosbaarheid, verwijdering en concentratie
Hafniumzouten gedragen zich verschillend in water. Sommige lossen op, sommige reageren met water en andere zijn slecht oplosbaar. Op basis van alleen de naam van de verbinding kunnen de concentratie opgelost hafnium en de benodigde behandeling niet worden voorspeld.
Zie voor het voorkomen en de algemene waterchemie de pagina hafnium in water.
Veelvoorkomende hafniumverbindingen en hun gedrag in water
De tabel behandelt commercieel verkrijgbare hafniumreagentia die relevant zijn voor de chemie in waterige oplossingen. Het is geen rangschikking naar verbruik. Productspecificaties beschrijven specifieke materialen; ze geven geen algemeen geldende verzadigingsconcentratie voor proceswater aan.
| Verbinding | Formule | Gedrag in water | Praktische implicatie |
|---|---|---|---|
| Hafnium(IV)chloride | HfCl4 | Reageert met water volgens de aangehaalde productinformatie van Thermo Scientific. | Er moet rekening worden gehouden met hydrolyse. Het reagens beschouwen als een onveranderd opgelost zout is niet juist. |
| Hafniumoxychloride-octahydraat | HfOCl2·8H2O | Door Thermo Scientific als oplosbaar in water vermeld; de aangehaalde specificatie geeft geen kwantitatieve verzadigingswaarde. | Controleer de hydratatietoestand en het gehalte. De opgeloste soorten hangen af van de samenstelling van de oplossing. |
| Hafnium(IV)fluoride | HfF4 | Als onoplosbaar vermeld in het aangehaalde veiligheidsinformatieblad van ProChem. | Deze kwalitatieve classificatie betekent niet dat onder alle omstandigheden geen hafnium is opgelost. Complexvorming met fluoride en de zuurgraad zijn van belang. |
Ook nitraat-, sulfaat-, chloride- en fluoridemedia komen voor in onderzoek naar de chemie van hafnium in oplossing. De aanwezigheid van een anion in water duidt niet op één specifiek opgelost zout en bepaalt niet de oplosbaarheid van een bepaald vast hydraat.
Waarom de oplosbaarheid afhangt van het water
Hafnium komt vaak voor in de oxidatietoestand +4. Hydrolyse en complexvorming beïnvloeden de chemie ervan in waterige oplossingen. Bij het interpreteren van een oplosbaarheidsmeting moeten de zuurgraad, ligandconcentraties, temperatuur, contacttijd en vaste fase worden gespecificeerd. Gegevens voor een geconcentreerde zure oplossing mogen niet rechtstreeks op neutraal water worden toegepast.
Een heldere oplossing bewijst niet dat al het hafnium als vrije ionen aanwezig is. Rapporteer totaal hafnium en operationeel bepaald opgelost hafnium afzonderlijk, met vermelding van de filtratie- en analysemethoden. Colloïden kunnen door een filter gaan en een verandering van de pH tijdens de bemonstering kan de verdeling tussen vloeistof en vaste stoffen veranderen.
Hafnium uit water verwijderen
- Deeltjes en neerslagen: bezinking en filtratie kunnen geschikte vaste stoffen afscheiden. Bij neerslagproeven moet het resterende opgeloste hafnium worden gemeten en moet worden bevestigd dat de vaste stoffen kunnen worden afgescheiden.
- Adsorptie: onderzoek naar gehydrateerd titaniumoxide toont sorptie van hafnium uit verdunde oplossingen aan. Tests met het werkelijke voedingswater zijn nodig om de capaciteit, contacttijd en effecten van concurrerende stoffen vast te stellen.
- Ionenwisseling: de keuze van de hars hangt af van de chemische verschijningsvorm van hafnium en de samenstelling van de oplossing. Onderzoek naar zirkonium en hafnium in zure media ondersteunt het testen van geschikte harsen, maar de verwijdering van beide elementen toont niet aan dat ze van elkaar worden gescheiden.
- Membranen: beoordeel de retentie van de daadwerkelijk aanwezige soorten en de compatibiliteit van het membraan met het voedingswater. Een stroom waarin hafnium wordt vastgehouden, moet nog steeds worden beheerd; er wordt niet uitgegaan van een algemeen geldend verwijderingspercentage voor hafnium.
Gebruik gemeten prestaties voor het betreffende water. Volg hafnium in behandeld water, slib, verbruikte media, spoelwater en regeneratievloeistoffen. Verwijdering brengt hafnium over naar een andere stroom; het element wordt niet vernietigd.
Concentratie: mg/L als Hf versus mg/L verbinding
Concentraties uitgedrukt als elementair hafnium verschillen van concentraties uitgedrukt als de volledige verbinding. Voor een zuivere verbinding met één hafniumatoom per formule-eenheid geldt:
mg/L als Hf = mg/L verbinding × 178,49 ÷ molaire massa van de verbinding.
| Verbinding | Benaderende molaire massa (g/mol) | Massafractie hafnium | Elementair Hf in 100 mg zuivere verbinding |
|---|---|---|---|
| Hafnium(IV)chloride | 320.29 | 55.7% | 55,7 mg |
| Hafniumoxychloride-octahydraat | 409.52 | 43.6% | 43,6 mg |
| Hafnium(IV)fluoride | 254.48 | 70.1% | 70,1 mg |
Dit zijn theoretische hoeveelheden elementair hafnium, geen oplosbaarheidswaarden of instructies voor het bereiden van oplossingen. Corrigeer voor het werkelijke gehalte en de hydratatietoestand. Een zuiverheidsopgave op metaalbasis is niet noodzakelijk gelijk aan de massazuiverheid van de volledige verbinding, vooral wanneer zirkonium van de specificatie is uitgesloten. Eén mmol/L elementair Hf komt overeen met ongeveer 178,49 mg/L als Hf, ongeacht het oorspronkelijke reagens.
Hafnium concentreren en terugwinnen
Afvangen gevolgd door elutie kan hafnium naar een kleiner vloeistofvolume overbrengen. De concentratie hangt af van zowel de teruggewonnen massa als de volumereductie:
Concentratie na terugwinning = concentratie in het voedingswater × volume voedingswater × teruggewonnen massafractie ÷ teruggewonnen volume.
Bijvoorbeeld: 1.000 L met 10 mg/L als Hf bevat 10 g hafnium. Terugwinning van 90% van die massa in 10 L levert 900 mg/L als Hf op, een concentratiefactor van 90. Dit is een massabalansvoorbeeld, geen gegarandeerd behandelingsresultaat. Neem bij een werkelijke berekening de spoelvolumes en niet-teruggewonnen stof mee.
Rapporteer verwijderingsrendement, massaterugwinning en productzuiverheid afzonderlijk. Concentratie van hafnium samen met zirkonium of andere opgeloste stoffen levert geen gezuiverd hafniumproduct op.
Benodigde informatie voor de beoordeling van de behandeling
Geef het debiet, de pH, temperatuur, totaal en opgelost hafnium en zirkonium, zwevende stoffen, belangrijkste ionen en complexvormende stoffen op. Definieer de doelstelling voor het behandelde water en het beoogde terugwinningsproduct. Test het proces met representatief water en houd rekening met alle reststromen.
Bronnen
- Royal Society of Chemistry: hafnium.
- Thermo Scientific: hafnium(IV)chloride.
- Thermo Scientific: hafniumoxychloride-octahydraat.
- ProChem: veiligheidsinformatieblad voor hafnium(IV)fluoride.
- De chemie van hafnium(IV) in waterige oplossingen: onderzoek naar oplosmiddelextractie en ionenwisseling.
- Sorptie van hafnium aan gehydrateerd titaniumoxide met behulp van een radiotracermethode.
- Scheiding van zirkonium en hafnium met behulp van Diphonix-chelerende ionenwisselaarhars.