Terbium (Tb) en water: voorkomen, chemie en verwijdering

Terbium is een zeldzaam aardmetaal dat wordt gebruikt in fosforen en andere technische materialen. In waterbehandelings- en recyclingstromen bepaalt de chemische vorm of het opgelost blijft, zich aan een oppervlak bindt of deel gaat uitmaken van een vaste stof. Alleen de totale hoeveelheid terbium meten, maakt niet duidelijk welke behandeling zal werken.

Hoe kan terbium in water terechtkomen?

Terbium komt samen met andere zeldzame aardmetalen voor in mineralen zoals monaziet en bastnäsiet. Water dat in contact komt met mineraalhoudend materiaal kan terbium in opgeloste of deeltjesgebonden vorm bevatten. Ook mineraalverwerking en recycling kunnen waterige stromen met terbium opleveren. Onderzoek naar afvalwater uit de terugwinning van Nd-Fe-B-schroot heeft specifiek de afvang van Tb(III) in lage concentraties onderzocht.

Dit zijn mogelijke bronnen om te onderzoeken, geen bewijs voor verontreiniging op een bepaalde locatie. Bij een bemonsteringsprogramma moeten de analyseresultaten in verband worden gebracht met de verwerkte materialen, de waterchemie en de procesgeschiedenis. Zie voor algemene eigenschappen van het element terbium.

De chemie van terbium in water

In onderzoek naar behandelingsmethoden wordt vaak driewaardig terbium, Tb(III), bestudeerd. De opgeloste vormen ervan veranderen met de pH en de stoffen die in het water aanwezig zijn. Door hydrolyse kunnen hydroxospecies ontstaan, terwijl complexvormende stoffen de adsorptie en neerslagvorming kunnen beïnvloeden. Laboratoriumonderzoek naar de sorptie van terbium laat zien dat de pH de verwijdering beïnvloedt.

Oplosbare zouten kunnen opgelost terbium leveren, terwijl slecht oplosbare verbindingen als zwevende vaste stoffen kunnen voorkomen. Het zout waarmee een oplossing oorspronkelijk is bereid, blijft niet noodzakelijk de enige chemische vorm. Daarom moet bij de interpretatie van oplosbaarheid of behandelingsresultaten rekening worden gehouden met temperatuur, zuurgraad, concurrerende ionen en organische liganden.

Hoe kan terbium uit water worden verwijderd?

Maak onderscheid tussen deeltjesgebonden en opgelost terbium. Bezinking en filtratie kunnen deeltjes verwijderen die het element bevatten. Voor opgelost terbium is een proces nodig dat de betreffende opgeloste species afvangt of omzet in vaste stoffen die kunnen worden afgescheiden.

Adsorptie en ionenwisseling zijn mogelijkheden om te onderzoeken. In primaire studies is de afvang van Tb(III) onderzocht met materialen op basis van cellulose, gemodificeerde magnetische deeltjes en natuurlijk clinoptiloliet. Deze resultaten tonen mogelijkheden onder de beschreven experimentele omstandigheden; ze bewijzen geen universeel verwijderingspercentage en bieden geen gegarandeerd ontwerp voor industrieel water.

Test bij een voorgestelde behandeling het water in kwestie op de haalbare restconcentratie, contacttijd, capaciteit van het medium, effecten van concurrerende ionen en regeneratiegedrag. Als neerslagvorming wordt overwogen, controleer dan de daaropvolgende afscheiding van vaste stoffen en de resterende opgeloste fractie. Bij verwijdering komt terbium terecht in slib, uitgeput medium of een andere stroom; het element wordt niet vernietigd.

Verwijdering, concentrering en terugwinning

Het verlagen van de terbiumconcentratie in behandeld water is iets anders dan het terugwinnen van een bruikbaar terbiumproduct. Door desorptie van een beladen adsorbens kan het afgevangen terbium in een kleiner vloeistofvolume terechtkomen. In een adsorptiestudie met een materiaal op basis van cellulose is desorptie met zuur aangetoond, als voorbeeld van een mogelijke terugwinningsstap.

Een geconcentreerde stroom kan nog steeds andere zeldzame aardmetalen en onzuiverheden bevatten. Beoordeel de terugwinning met een massabalans over de toevoer, het behandelde water, de vaste stoffen en de regeneratiestromen. De productzuiverheid en de scheiding van terbium van verwante zeldzame aardmetalen moeten afzonderlijk worden beoordeeld.

Informatie voor de beoordeling van behandelingsmethoden

Debiet, temperatuur, pH en variatie in de samenstelling van het bronwater.
Concentraties van totaal en opgelost terbium, met vermelding van de bemonsterings- en filtratiemethode.
Andere zeldzame aardmetalen, hoofdionen, zwevende vaste stoffen en organische of complexvormende stoffen.
De vereiste concentratie in het behandelde water en of terugwinning een doel is.
De samenstelling en bestemming van slib, uitgeputte media en regeneratievloeistoffen.

Vergelijk resultaten die als elementair Tb zijn uitgedrukt op dezelfde basis. De concentratie van een zout omvat ook de tegenionen en eventueel kristalwater en is daarom niet gelijk aan de concentratie uitgedrukt als terbium.