Veelvoorkomende rutheniumvormen in natuurlijk en industrieel water

Ruthenium is een zeldzaam metaal uit de platinagroep. De vormen waarin het in water voorkomt, hangen af van de redoxomstandigheden, de pH en de aanwezige liganden. Natuurlijk water en industriële raffinageoplossingen bevatten daardoor sterk verschillende vormen; de beste terugwinningsmethode hangt af van de chemische samenstelling van de betreffende stroom.

Deze pagina geeft een overzicht van representatieve rutheniumvormen en terugwinningsmethoden. Zie voor algemene informatie over het voorkomen, de chemie in water en de behandeling Ruthenium in water.

Rutheniumvormen per watertype

Water- of procesomgevingRepresentatieve rutheniumvormenPraktische context
Natuurlijk oppervlaktewater en grondwaterSporen van ruthenium kunnen gebonden zijn aan minerale deeltjes of sedimenten; de opgeloste vormen zijn in veel situaties onvoldoende gekarakteriseerd.Ruthenium is zeldzaam en er zijn weinig metingen in natuurlijk water beschikbaar. Ga zonder locatiespecifieke gegevens niet uit van één dominante vorm of een universele achtergrondconcentratie.
Zure chloridehoudende uitloog- en raffinageoplossingenChlorocomplexen kunnen onder meer [RuCl6]2− (Ru(IV)) en [RuCl6]3− (Ru(III)) omvatten, afhankelijk van de redoxpotentiaal, de zuurgraad en de chlorideconcentratie.Deze anionische complexen kunnen in hydrometallurgische procescircuits worden gescheiden. De werkelijke speciatie en het scheidingsgedrag hangen af van de samenstelling van de oplossing en de bedrijfsomstandigheden.
Nitraatrijke of nitrosylhoudende procesoplossingenRutheniumnitrosylcomplexen kunnen voorkomen in bepaalde procesoplossingen uit salpeterzuurbehandeling en de opwerking van kernbrandstof.Complexvorming kan de scheiding bemoeilijken. Welke vormen aanwezig zijn, hangt af van de procesgeschiedenis en de nitraat-, chloride- en redoxomstandigheden; salpeterzuur alleen bepaalt niet één universele rutheniumvorm.
Sterk oxiderende alkalische procesoplossingenOxovormen zoals ruthenaat, RuO42−, kunnen zich onder geschikte omstandigheden vormen. Vluchtig RuO4 wordt geassocieerd met gespecialiseerde oxidatieve raffinageprocessen.Rutheniumtetroxide is een gevaarlijk, vluchtig oxidatiemiddel. Het mag uitsluitend worden gevormd en afgevangen in speciaal daarvoor ontworpen, gesloten raffinagesystemen met passende insluiting en gaswassing.

Mogelijkheden voor terugwinning en scheiding

Ruthenium is waardevol; industriële stromen worden daarom vaak behandeld om het metaal te concentreren en terug te winnen. De keuze van een behandelmethode moet gebaseerd zijn op representatieve bemonstering en analyse, waaronder de zuurgraad, chloride- en nitraatgehalten, redoxomstandigheden, concurrerende metalen, zwevende stoffen en de gewenste productkwaliteit of lozingskwaliteit.

TechnologieMogelijke toepassingBelangrijke beperking
Precipitatie met ammoniumchlorideIn geschikte, geconcentreerde chloridehoudende raffinageoplossingen kan ammoniumchloride ammoniumhexachlororuthenaat, (NH4)2[RuCl6], laten neerslaan als tussenproduct voor verdere raffinage.Dit is een processtap voor terugwinning uit geschikte, geconcentreerde oplossingen, geen algemene behandeling voor verdund water uit het milieu.
AnionenwisselingGeselecteerde anionenwisselaarharsen kunnen anionische rutheniumchlorocomplexen uit geschikte chloridehoudende stromen afvangen.De prestaties hangen af van de speciatie, zuurgraad, chloride en concurrerende anionen; de keuze en regeneratie van de hars moeten met de betreffende oplossing worden getest.
OplosmiddelextractieExtractiemiddelen kunnen rutheniumcomplexen tussen de waterige en organische fase overbrengen binnen een hydrometallurgisch scheidingsproces.De scheidingsselectiviteit hangt af van de oxidatietoestand, de ligandomgeving en de overige aanwezige metalen uit de platinagroep en onedele metalen.
Cementatie of elektrodepositieOnder geschikte omstandigheden kan ruthenium door reductie worden teruggewonnen uit bepaalde processtromen of verdunde reststromen.Deze methoden zijn afhankelijk van de specifieke stroom en vereisen controle van resterende reagentia, vaste stoffen en de kwaliteit van het teruggewonnen materiaal.
BiosorptieIn laboratoriumonderzoek is onderzocht hoe microbiële biomassa ruthenium uit verdunde effluenten kan binden en terugwinnen.Dit is nog een onderzoeksbenadering in ontwikkeling; zonder bewijs uit pilotproeven mag deze niet als reguliere optie op praktijkschaal worden gepresenteerd.
Oxidatieve destillatieBij gespecialiseerde raffinageprocessen kan ruthenium worden geoxideerd tot vluchtig RuO4, dat vervolgens in een gecontroleerd stroomafwaarts systeem wordt afgevangen.RuO4 is giftig, vluchtig en sterk oxiderend. Dit is geen algemene methode voor afvalwaterbehandeling en vereist speciale insluiting en gaswassing.

Proceskeuze: De totale rutheniumconcentratie alleen volstaat niet om een scheidingsproces te kiezen. Bepaal of ruthenium opgelost, in deeltjes of in complexen aanwezig is en beoordeel vervolgens de terugwinningsmogelijkheden met representatieve laboratoriumproeven. Zorg voor een veilige verwerkingsroute voor procesresiduen en verbruikte procesmedia.

Bespreek een uitdaging op het gebied van waterbehandeling

Neem voor een specifieke water- of processtroom met ruthenium contact op met Lenntech om de samenstelling en het scheidingsdoel te bespreken.

Bespreek een uitdaging op het gebied van waterbehandeling

Bronnen en aanvullende literatuur