Veelvoorkomende lutetiumzouten in water: oplosbaarheid, verwijdering en concentratie
Lutetiumzouten gedragen zich verschillend in water. Chloride-, nitraat- en sulfaatreagentia kunnen opgelost lutetium leveren, terwijl carbonaat, oxalaat en fluoride slecht oplosbaar zijn. De behandeling hangt af van de chemische vorm na het mengen, niet alleen van de naam van het oorspronkelijke zout.
Zie voor bronnen en algemene chemie in water lutetium in water.
Veelvoorkomende lutetiumzouten en hun oplosbaarheid in water
| Zout | Formule | Gedrag in water | Praktisch aandachtspunt |
|---|---|---|---|
| Lutetium(III)chloride-hexahydraat | LuCl3·6H2O | Oplosbaar | Door hydratatie verandert de hoeveelheid reagens die nodig is voor een gegeven Lu-concentratie. |
| Lutetium(III)nitraathydraat | Lu(NO3)3·xH2O | Oplosbaar | Gebruik de opgegeven hydratatiegraad of het gecertificeerde Lu-gehalte; een hydraat met niet-gespecificeerde hydratatiegraad heeft geen eenduidige formulemassa. |
| Lutetium(III)sulfaat-octahydraat | Lu2(SO4)3·8H2O | Oplosbaar | De temperatuur en de andere opgeloste zouten beïnvloeden de relevante oplosbaarheid. |
| Lutetium(III)carbonaathydraat | Lu2(CO3)3·xH2O | Slecht oplosbaar | Toevoeging van zuur kan het oplossen en de verdeling over chemische vormen veranderen. |
| Lutetium(III)oxalaathydraat | Lu2(C2O4)3·xH2O | Slecht oplosbaar | Na precipitatie moeten de vaste stoffen worden afgescheiden. |
| Lutetium(III)fluoride | LuF3 | Slecht oplosbaar | Fluoride kan het moeilijk maken om lutetium in een oplossing voor analyse opgelost te houden. |
Dit zijn kwalitatieve beschrijvingen, geen verzadigingsconcentraties of garanties voor de behandeling. Gebruik bij het ontwerpen van een bereiding of proces oplosbaarheidsgegevens voor het specifieke product, de temperatuur en de samenstelling van de oplossing. Slecht oplosbaar betekent niet dat er geen opgelost lutetium aanwezig is.
Wat gebeurt er nadat een zout is opgelost?
Lutetium komt doorgaans voor in oxidatietoestand +3. De verdeling tussen opgeloste chemische vormen en vaste stoffen hangt af van de pH, complexvormende stoffen en concurrerende ionen. Een oplosbaar reagens kan na menging met een andere stroom een neerslag vormen. Omgekeerd kan een zuur of complexvormende stof het oplossen van een vaste stof veranderen.
Meet totaal en opgelost lutetium met een duidelijk omschreven monstervoorbereiding. Colloïden en fijne deeltjes kunnen de operationeel gedefinieerde opgeloste fractie beïnvloeden. De zoutformule alleen maakt niet duidelijk welke chemische vormen allemaal in het behandelde water aanwezig zijn.
Lutetium uit water verwijderen
Bezinking en filtratie kunnen af te scheiden deeltjes verwijderen. Daarmee is op zichzelf niet aangetoond dat opgelost Lu(III) wordt verwijderd. Bij precipitatie wordt opgelost lutetium omgezet in een vaste stof die kan worden afgescheiden; test in het betreffende water de pH, de reagensdosering, het resterende opgeloste lutetium en het gedrag van het slib.
Ionenwisseling en adsorptie kunnen opgelost lutetium afvangen. In onderzoek met geactiveerde kationen- en anionenwisselaars is de opname uit nitraatoplossingen bestudeerd. Concurrerende zeldzame aardmetalen, zuurgraad en complexvormende stoffen kunnen de prestaties veranderen; laboratoriumresultaten mogen daarom niet rechtstreeks op een andere stroom worden toegepast.
Ook gespecialiseerde membraanprocessen kunnen worden onderzocht. In onderzoek naar een polymeerinsluitingsmembraan zijn het transport van Lu(III) en de regeneratie van het membraan bestudeerd. Dit werkt anders dan gewone deeltjesfiltratie. Beoordeel de selectiviteit, terugwinning en samenstelling van alle uitgaande stromen voordat u een proces kiest.
Concentratie: mg/L als Lu versus mg/L zout
Een concentratie uitgedrukt als elementair Lu omvat alleen de massa van het lutetium. Een zoutconcentratie omvat ook tegenionen en eventueel kristalwater. Voor een zuiver zout met een bekende samenstelling geldt:
mg/L als Lu = mg/L zout × (aantal Lu-atomen in de formule × 174,9668) / molaire massa van het zout.
| Uitgangsvorm van het reagens | Benaderde molaire massa (g/mol) | Massafractie Lu | Lu geleverd door 100 mg/L zout |
|---|---|---|---|
| Watervrij LuCl3 | 281.32 | 62.2% | 62,2 mg/L als Lu |
| LuCl3·6H2O | 389.41 | 44.9% | 44,9 mg/L als Lu |
Eén mmol/L lutetium komt overeen met ongeveer 174,97 mg/L als Lu. Bereken voor nitraathydraat met een niet-gespecificeerde x de waarde op basis van het gecertificeerde Lu-gehalte of een geverifieerde hydratatiegraad. Corrigeer reagensberekeningen voor de zuiverheid en de op het certificaat vermelde grondslag van de gehaltebepaling.
Lutetium concentreren en terugwinnen
Na het afvangen kan lutetium door desorptie of elutie worden overgebracht naar een kleiner vloeistofvolume. Verwijdering uit de toevoerstroom, terugwinning in die vloeistof en de zuiverheid van het teruggewonnen product zijn afzonderlijke maatstaven. Tegelijk afgevangen zeldzame aardmetalen en zouten kunnen de productzuiverheid verlagen, ook wanneer de Lu-concentratie stijgt.
Voor een illustratieve massabalans bevat 1 m³ voedingswater met 10 mg/L als Lu 10 g Lu. Als 90% van die massa wordt teruggewonnen in 10 L eindoplossing, bevat die oplossing 9 g Lu, ofwel 900 mg/L als Lu: een concentratiefactor van 90 ten opzichte van het voedingswater. Dit is een berekening, geen voorspelling van de procesopbrengst.
Houd rekening met lutetium in het behandelde water, vaste stoffen, verbruikte media, spoelvloeistoffen en regeneratievloeistoffen. Neem toegevoegd water en reagentia mee in de volumebalans en controleer het eindproduct door analyse.
Bronnen
- Royal Society of Chemistry: eigenschappen en atoomgewicht van lutetium.
- Inorganic Ventures: Periodic Table Guide, oplossingschemie van lutetium.
- Thermo Scientific Chemicals: specificatie van lutetium(III)chloride-hexahydraat; nitraathydraat; sulfaat-octahydraat.
- Verbeterde sorptie van lutetiumionen uit waterige oplossingen met geactiveerde ionenwisselaars.
- Een verkennend onderzoek naar een polymeerinsluitingsmembraan voor de scheiding van lutetium(III) en de regeneratie van het membraan.