Veelvoorkomende praseodymiumzouten in water: oplosbaarheid, verwijdering en concentrering
Veelvoorkomende praseodymiumzouten zijn onder meer chloride, nitraat en sulfaat, terwijl carbonaat, oxalaat, fosfaat en fluoride relevant zijn als slecht oplosbare vaste stoffen. Deze gids vergelijkt hun gedrag in water en legt uit hoe de praseodymiumconcentratie wordt gerapporteerd, hoe praseodymium uit water wordt verwijderd en hoe het voor terugwinning wordt geconcentreerd.
Zie voor het voorkomen en de milieucontext praseodymium in water. ‘Veelvoorkomend’ verwijst hier naar laboratorium- en proceschemie, niet naar een rangorde van zouten die in natuurlijk water worden aangetroffen. Zodra een zout oplost, beschrijft de oorspronkelijke formule niet alle aanwezige chemische vormen: Pr(III) kan opgeloste complexen vormen of overgaan in vaste stoffen.
Veelvoorkomende zouten en oplosbaarheid in water
| Zout | Voorbeelden van formules en hydraten | Oplosbaarheid in water | Praktische betekenis |
|---|---|---|---|
| Praseodymium(III)chloride | PrCl3; PrCl3·6H2O of ·7H2O | Oplosbaar in water; controleer welk hydraat is gespecificeerd. | Een oplosbaar Pr-zout voor toevoer. Verwijdering van Pr betekent niet noodzakelijk dat ook chloride wordt verwijderd. |
| Praseodymium(III)nitraat | Pr(NO3)3; doorgaans gehydrateerd | Oplosbaar in water. | Wordt gebruikt om Pr-oplossingen te bereiden; nitraat blijft een afzonderlijk aandachtspunt voor de waterkwaliteit. |
| Praseodymium(III)sulfaat | Pr2(SO4)3; octahydraat | Beperkte oplosbaarheid; sterk afhankelijk van de omstandigheden en de vaste fase. | Sulfaat vormt ook opgeloste complexen; in sulfaathoudend water slaat niet automatisch al het Pr neer. |
| Praseodymium(III)carbonaat | Pr2(CO3)3·xH2O | Slecht oplosbaar in water; zuur bevordert het oplossen. | Mogelijk product van neerslagvorming en terugwinning. |
| Praseodymium(III)oxalaat | Pr2(C2O4)3·xH2O | Slecht oplosbaar; de pH en een overmaat aan ligand beïnvloeden de hoeveelheid opgelost Pr. | Relevant voor het neerslaan en concentreren van zeldzame aardmetalen. |
| Praseodymium(III)fosfaat | PrPO4 | Weinig oplosbaar; zuurgraad en complexvorming beïnvloeden het oplossen. | Kan Pr in een vaste fase immobiliseren. |
| Praseodymium(III)fluoride | PrF3 | Slecht oplosbaar in water. | Een mogelijk neerslagproduct; toevoeging van fluoride brengt een extra verontreinigende stof in en is geen algemene aanbeveling voor waterbehandeling. |
Dit zijn kwalitatieve vergelijkingen, geen verzadigingsconcentraties. Bij een numerieke oplosbaarheidswaarde moeten temperatuur, pH, 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 van Pr zijn eveneens relevante vaste stoffen, maar zijn in deze tabel niet als zouten opgenomen. [1–4]
Wat bepaalt de hoeveelheid opgelost praseodymium?
Oplosbaarheid is een evenwichtseigenschap; de gemeten concentratie hangt ook af van de toegevoegde hoeveelheid, de verblijftijd en de scheiding van vaste stoffen. Zuurgraad, carbonaat, sulfaat, fosfaat, fluoride en organische liganden kunnen de verhouding veranderen tussen vrij Pr3+, opgeloste complexen en neerslagen. Een lage concentratie vrije ionen betekent niet noodzakelijk dat de totale concentratie opgelost Pr laag is. Bij voorspellingen van neerslagvorming moet rekening worden gehouden met complexvorming en de daadwerkelijk aanwezige vaste fasen. [3,4]
Concentratie: mg/L als Pr versus mg/L zout
Rapporteer resultaten als elementair praseodymium, bijvoorbeeld in µg/L als Pr of mg/L als Pr, en vermeld of het monster de opgeloste of de totale hoeveelheid betreft. Stel een zoutdosering niet gelijk aan de hoeveelheid opgelost Pr die na instelling van het evenwicht overblijft. Er is niet één representatieve concentratie voor alle natuurlijke of industriële wateren.
Berekende Pr-concentratie (mg/L) = zoutdosering (mg/L) × n × 140,90766 / molaire massa van het zout (g/mol).
Hierbij is n het aantal Pr-atomen per formule-eenheid. Neem het kristalwater mee in de molaire massa en corrigeer waar nodig voor het gehalte van het product.
| Gespecificeerd zout | Molaire massa bij benadering (g/mol) | Berekend Pr uit 100 mg/L zout |
|---|---|---|
| PrCl3, watervrij | 247.26 | 57,0 mg/L als Pr |
| PrCl3·6H2O | 355.35 | 39,7 mg/L als Pr |
| Pr(NO3)3·6H2O | 435.01 | 32,4 mg/L als Pr |
Deze stoichiometrische voorbeelden gaan uit van zuiver materiaal, volledige oplossing en geen daaropvolgend verlies; het zijn noch oplosbaarheidsmetingen noch concentraties in het milieu. Eén mmol/L Pr komt overeen met ongeveer 140,91 mg/L als Pr. Omgekeerd is 1 mg/L als Pr ongeveer 7,10 µmol/L.
Verwijdering uit water
- Neerslagvorming en scheiding van vaste stoffen: beoordeel pH-aanpassing en geschikte neerslagmiddelen met het betreffende water. Carbonaat-, oxalaat- en fosfaatchemie kunnen zeldzame aardmetalen naar de vaste fase overbrengen. Laat op de neerslagvorming bezinking of filtratie volgen; alleen een neerslag vormen verwijdert deze nog niet uit de waterstroom. Bij co-precipitatie kan slib ontstaan dat meerdere metalen bevat. [4]
- Ionenwisseling: vang opgelost Pr op met een geschikte hars en elueer het bij regeneratie in een kleiner vloeistofvolume. De opname van Pr(III) is onderzocht met een zure kationenwisselaarhars; zuurgraad, concurrerende ionen en belading beïnvloeden de prestaties. De in het laboratorium gemeten capaciteit is geen gegarandeerde bedrijfscapaciteit voor een installatie. [5]
- Adsorptie: adsorbentia kunnen Pr binden, maar de pH, contacttijd en watersamenstelling zijn van belang. Onderzoek naar de adsorptie van Pr aan sediment onderstreept de noodzaak van tests, in plaats van uit te gaan van universele verwijdering. Beoordeel de regeneratie of afvoer van het gebruikte adsorbens. [6]
Filtratie alleen verwijdert vooral deeltjes, geen vrij opgeloste Pr-ionen. De keuze van de behandeling moet worden gebaseerd op het gemeten influent, de vereiste uitlaatconcentratie, concurrerende metalen en de resulterende afval- of terugwinningsstromen. De verwijdering van Pr betekent op zichzelf niet dat chloride, nitraat, sulfaat of andere opgeloste bestanddelen aan de vereiste waterkwaliteit voldoen.
Concentratie en terugwinning
Verwijdering verlaagt de Pr-concentratie in het behandelde water; bij terugwinning wordt Pr verzameld in een bruikbaar product. Elutie bij ionenwisseling kan Pr concentreren in een kleiner vloeistofvolume, terwijl neerslagvorming het in een vaste stof concentreert. Geen van beide stappen op zichzelf garandeert scheiding van verwante zeldzame aardmetalen of een productzuiverheid die verkoop mogelijk maakt. [4,5]
Concentratiefactor in de vloeistof = Pr-concentratie in het opgevangen eluaat / Pr-concentratie in de voeding. Bepaal de terugwinning afzonderlijk als de massa van het opgevangen Pr gedeeld door de massa Pr in de voeding. Bijvoorbeeld: 1 m³ met 10 mg/L als Pr bevat 10 g Pr. Als 90% wordt teruggewonnen in 10 L, levert dat 900 mg/L als Pr en een concentratiefactor van 90 op. Dit is een illustratieve massabalans, geen voorspelling van de behandelingsprestaties.
Gegevens voor de beoordeling van de behandeling
Nuttige invoergegevens zijn onder meer het debiet, opgelost en totaal Pr, de pH, temperatuur, belangrijkste anionen, concurrerende metalen, zwevende stoffen en de beoogde uitlaatconcentratie. Stem de monstername en analytische monstervoorbereiding af met het laboratorium, zodat resultaten voor opgelost en totaal Pr vergelijkbaar blijven. Laboratoriumproeven moeten het resterende Pr, de scheiding van vaste stoffen, het verbruik van reagentia en de samenstelling van eventuele concentraten meten.
Bronnen en verder lezen
- Stanford Materials: productinformatie over praseodymiumchloride.
- CDH: specificatie van praseodymiumnitraat.
- Inorganic Ventures: gids bij het periodiek systeem, compatibiliteit en oplosbaarheid van praseodymium.
- Han (2020): Kenmerken van de neerslagvorming van zeldzame aardmetalen met verschillende neerslagmiddelen.
- Modellerings- en evenwichtsstudies naar de terugwinning van praseodymium(III), dysprosium(III) en yttrium(III) met behulp van een zure kationenwisselaarhars (2022).
- Natuurlijk sediment bij een dam en de anorganische bestanddelen ervan als adsorbentia voor praseodymium (Pr(III)) (2023).