Tantaalzouten in water: oplosbaarheid, verwijdering en concentratie
Tantaalverbindingen kunnen met water reageren en daarbij van chemische vorm veranderen. Bij oplosbaarheidsgegevens moet daarom onderscheid worden gemaakt tussen eenvoudig oplossen en hydrolyse of ontleding. De keuze van de behandeling hangt af van het daadwerkelijk opgeloste en deeltjesgebonden tantaal in het voedingswater.
Zie voor het voorkomen en de algemene chemie tantaal in water.
Veelvoorkomende tantaalverbindingen en hun gedrag in water
De volgende commercieel verkrijgbare verbindingen zijn relevant voor de verwerking van tantaal en voor laboratoriumchemie. De tabel beschrijft de aangehaalde producten; zij geeft geen rangschikking naar wereldwijd verbruik en vermeldt geen niet-onderbouwde verzadigingsconcentratie.
| Verbinding | Formule | Gedrag in water | Gevolgen voor de behandeling |
|---|---|---|---|
| Tantaal(V)chloride | TaCl5 | Volgens Thermo Scientific reageert het met water. | Houd rekening met hydrolyse. De oorspronkelijke formule beschrijft niet alle chemische vormen die na contact met water aanwezig zijn. |
| Tantaal(V)fluoride | TaF5 | Volgens Gelest reageert het met water. | De zuurgraad en fluorideconcentratie beïnvloeden de chemie in water. De toegevoegde hoeveelheid reagens is geen gemeten concentratie van opgelost tantaal. |
| Kaliumheptafluorotantalaat(V) | K2TaF7 | Volgens de aangehaalde productspecificatie van Thermo Scientific ontleedt het in water. | Beschouw een eenvoudige aanduiding als oplosbaar of onoplosbaar niet als bewijs van chemische stabiliteit in het betreffende water. |
Deze kwalitatieve beschrijvingen zijn geen numerieke oplosbaarheidsgrenzen. Gebruik gegevens voor de exacte vaste vorm, temperatuur, zuurgraad en samenstelling van de oplossing. Het gedrag van een fluoridecomplex in een zure procesoplossing verschilt van dat van een vaste verbinding die aan gewoon water wordt toegevoegd.
Oplosbaarheid en opgeloste chemische vormen
In deze verbindingen komt tantaal doorgaans voor als Ta(V). Hydrolyse, complexvorming en neerslagvorming beïnvloeden de verdeling tussen opgelost materiaal, colloïden en vaste stoffen. Fluoride- en chloridemedia zijn onderzocht voor de terugwinning van tantaal; de omstandigheden beïnvloeden het extractiegedrag. Laboratoriumwaarnemingen laten ook zien dat tijdens de opslag van oplossingen van tantaalhalogeniden neerslag kan ontstaan.
Rapporteer totaal tantaal en operationeel gedefinieerd opgelost tantaal afzonderlijk, met vermelding van de filterspecificatie, de conservering van het monster en de analysemethode. Een gefilterde fractie kan colloïden en complexen bevatten. Meet niobium en andere begeleidende elementen wanneer de zuiverheid van het teruggewonnen product van belang is.
Tantaal uit water verwijderen
- Deeltjes en neerslagen: beoordeel bezinking, waar passend coagulatie, en filtratie. Meet bij onderzoek naar het neerslaan van een opgeloste fractie het resterende opgeloste tantaal en beoordeel de afscheiding van de vaste stoffen.
- Ionenwisseling: onderzoek naar de verwerking van tantaal en niobium toont het belang aan van de harskeuze en de chemische samenstelling van het voedingswater. Verifieer capaciteit, selectiviteit, doorslag en regeneratie met representatief voedingswater.
- Oplosmiddelextractie: onderzoek toont aan dat terugwinning uit specifieke halogenideoplossingen mogelijk is. Beoordeel fasescheiding, terugextractie en oplosmiddelbeheer. Dergelijke resultaten tonen geen algemeen geldend verwijderingspercentage voor afvalwater aan.
- Adsorptie en membranen: bepaal de prestaties experimenteel voor de daadwerkelijk aanwezige chemische vormen en watersamenstelling. Controleer materiaalcompatibiliteit, concurrerende ionen, vervuiling en de resulterende reststroom.
Bij verwijdering van tantaal komt het terecht in vaste stoffen, filter- of adsorptiematerialen, een extractiefase of een concentraat. Neem deze stromen op in de massabalans. Tantaal en niobium samen verwijderen is iets anders dan de twee elementen van elkaar scheiden.
Concentratie: mg/L als Ta versus mg/L verbinding
Voor een zuivere verbinding met één tantaalatoom per formule-eenheid:
mg/L als Ta = mg/L verbinding × 180,948 ÷ molaire massa van de verbinding.
| Verbinding | Benaderde molaire massa (g/mol) | Massafractie tantaal | Elementair Ta in 100 mg zuivere verbinding |
|---|---|---|---|
| Tantaal(V)chloride | 358.20 | 50.5% | 50,5 mg |
| Tantaal(V)fluoride | 275.94 | 65.6% | 65,6 mg |
| Kaliumheptafluorotantalaat(V) | 392.13 | 46.1% | 46,1 mg |
Deze berekeningen beschrijven theoretische hoeveelheden van het element. Het zijn geen oplosbaarheidswaarden of instructies voor het bereiden van oplossingen. Corrigeer voor de werkelijke zuiverheid en hydratatietoestand van de verbinding; een gehalte bepaald op metaalbasis is niet noodzakelijk gelijk aan de massazuiverheid van de volledige verbinding. Eén mmol/L elementair Ta komt overeen met ongeveer 180,948 mg/L als Ta, ongeacht het oorspronkelijke reagens.
Tantaal concentreren en terugwinnen
Afvangen gevolgd door terugextractie of elutie kan tantaal overbrengen naar een kleiner vloeistofvolume. De concentratie hangt af van de daadwerkelijk teruggewonnen massa:
Concentratie van het teruggewonnen product = concentratie in het voedingswater × volume van het voedingswater × teruggewonnen massafractie ÷ volume van het teruggewonnen product.
Bijvoorbeeld: 1.000 L met 10 mg/L als Ta bevat 10 g tantaal. Als 90% van die massa wordt teruggewonnen in 10 L, bedraagt de concentratie 900 mg/L als Ta, een concentratiefactor van 90. Dit is een voorbeeld van een massabalans, geen gegarandeerd procesresultaat. Neem spoelstromen, verdunning en niet-teruggewonnen tantaal mee in de berekening.
Rapporteer verwijderingsrendement, teruggewonnen massa en zuiverheid van het teruggewonnen product afzonderlijk. Het concentreren van een gemengde oplossing zuivert tantaal op zichzelf niet. Houd rekening met tantaal in behandeld water, vaste stoffen, verbruikte materialen, extractiefasen en regeneratievloeistoffen.
Gegevens voor de beoordeling van de behandeling
Verstrek gegevens over debiet, pH, temperatuur, totaal en opgelost tantaal en niobium, zwevende stoffen, belangrijke ionen en complexvormende stoffen. Definieer de gewenste kwaliteit van het behandelde water en het gewenste teruggewonnen product. Proeven met representatief voedingswater en een volledige massabalans zijn nodig om de behandelingsprestaties te beoordelen.
Bronnen
- Royal Society of Chemistry: tantaal.
- Thermo Scientific: tantaal(V)chloride.
- Gelest: veiligheidsinformatieblad voor tantaalpentafluoride.
- Thermo Scientific: kaliumheptafluorotantalaat(V).
- Terugwinning van tantaal door vloeistof-vloeistofextractie: chloride is beter dan fluoride.
- Scheiding en isolatie van tantaal en niobium uit tantaliet door middel van vloeistof-vloeistofextractie en ionenwisseling.