Terbiumzouten in water: oplosbaarheid, verwijdering en concentratie
Terbiumchloride, -nitraat en -sulfaat kunnen opgelost terbium aan water toevoegen. Carbonaat, oxalaat en fluoride zijn slecht oplosbare verbindingen. De behandeling hangt af van de aanwezige chemische vorm, niet alleen van de naam van het oorspronkelijk toegevoegde zout.
Deze gids behandelt veelvoorkomende, in de handel verkrijgbare terbiumzouten, aandachtspunten bij de behandeling en concentratieberekeningen. Zie voor bronnen en verspreidingsroutes in het milieu terbium in water.
Veelvoorkomende terbiumzouten en hun oplosbaarheid in water
De volgende beschrijvingen zijn kwalitatief. Het zijn geen verzadigingsconcentraties of doseervoorschriften. Gebruik oplosbaarheidsgegevens voor het specifieke hydraat, de temperatuur en de samenstelling van de oplossing; de zuurgraad en complexvormende stoffen kunnen de concentratie van opgeloste stoffen veranderen.
| Zout | Representatieve formule | Gedrag in water | Praktische relevantie |
|---|---|---|---|
| Terbium(III)chloride-hexahydraat | TbCl3·6H2O | Oplosbaar in water. | Een bron van opgelost Tb(III). De hydratatie beïnvloedt de massafractie terbium. |
| Terbium(III)nitraat-hexahydraat | Tb(NO3)3·6H2O | Oplosbaar in water. | Zowel terbium als nitraat komen in de oplossing terecht. Controleer de hydraatvorm en het gehalte op het productcertificaat. |
| Terbium(III)sulfaat-octahydraat | Tb2(SO4)3·8H2O | Oplosbaar in water. | Controleer de temperatuur en de sulfaatsamenstelling bij het bereiden of concentreren van oplossingen. |
| Terbium(III)carbonaathydraat | Tb2(CO3)3·xH2O | Slecht oplosbaar in water. | Een suspensie is iets anders dan een oplossing. Een variabele hydratatiegraad beïnvloedt de massaberekeningen. |
| Terbium(III)oxalaathydraat | Tb2(C2O4)3·xH2O | Slecht oplosbaar in water. | Relevant voor neerslagvorming en terugwinning; meet de resterende concentratie opgelost terbium in plaats van aan te nemen dat al het terbium is afgevangen. |
| Terbium(III)fluoride | TbF3 | Slecht oplosbaar in water. | Houd bij de beoordeling van de waterkwaliteit en reststoffen rekening met zowel fluoride als terbium. |
Wat gebeurt er nadat een zout is opgelost?
Deze zouten bevatten driewaardig terbium, Tb(III). Opgelost terbium kan voorkomen als gehydrateerde ionen of complexen, en hydrolyse wordt relevant wanneer de pH verandert. Uit een oplosbaar zout bereide oplossing kan vervolgens deeltjes vormen of terbium kan zich aan andere oppervlakken binden. Organische liganden en andere ionen kunnen dit gedrag veranderen.
Maak onderscheid tussen totaal terbium en de operationeel gedefinieerde opgeloste fractie die met een gespecificeerde filtratiemethode wordt verkregen. Fijne deeltjes en colloïden kunnen dit onderscheid bemoeilijken. Leg de bemonsterings- en monstervoorbereidingsmethode vast, zodat metingen vóór en na de behandeling kunnen worden vergeleken.
Terbium uit water verwijderen
Scheiding van vaste stoffen en neerslagvorming
Bezinking en filtratie verwijderen terbiumhoudende deeltjes, mits de vaste stoffen doeltreffend kunnen worden afgescheiden. Op zichzelf tonen deze processen niet aan dat opgelost Tb(III) wordt verwijderd. Door neerslagvorming kan opgelost terbium worden omgezet in een slecht oplosbare vaste stof, als de samenstelling van de oplossing dit toelaat.
De vorming van terbiumoxalaat is toegepast bij terugwinningsprocessen. Hieruit volgt geen algemeen toepasbare reagensdosering of bedrijfs-pH voor afvalwater. Controleer de zuurgraad, complexvormende stoffen, concurrerende metalen, de resterende concentratie opgelost terbium en de filtreerbaarheid van het neerslag. Neem de toegevoegde reagentia en het gevormde slib mee in de procesbeoordeling.
Adsorptie en ionenwisseling
In oorspronkelijk onderzoek is de afvang van terbium onderzocht met adsorbentia op cellulosebasis, gefunctionaliseerde magnetische deeltjes en natuurlijk clinoptiloliet. In een onderzoek naar clinoptiloliet zijn sporenconcentraties Tb(III) onder doorstroomomstandigheden en de daaropvolgende desorptie onderzocht. Deze onderzoeken geven voorbeelden van mogelijke mechanismen voor afvang en terugwinning, geen gegarandeerde prestaties voor water met een andere samenstelling.
Test voor een praktisch ontwerp met de werkelijke toevoer de capaciteit van het medium, de contacttijd, de doorbraak, de invloed van concurrerende ionen en de regeneratie. Resultaten voor een eenvoudige terbiumzoutoplossing kunnen verschillen van die voor een uitloogoplossing met meerdere zeldzame aardmetalen of voor water met organische liganden. Beoordeel het behandelde water samen met het gebruikte medium of de regeneratievloeistof.
Concentratie: mg/L als Tb versus mg/L zout
Een concentratie uitgedrukt als elementair terbium omvat geen tegenionen of kristalwater. Uitgaande van een atoommassa van 158,925 g/mol:
mg/L als Tb = mg/L zout × (aantal Tb-atomen per formule-eenheid × 158,925) / molaire massa van het zout.
| Afgewogen zuiver zout | Molaire massa bij benadering | Terbium uit 100 mg/L zout |
|---|---|---|
| Watervrij TbCl3 | 265,28 g/mol | 59,9 mg/L als Tb |
| TbCl3·6H2O | 373,37 g/mol | 42,6 mg/L als Tb |
| Tb(NO3)3·6H2O | 453,03 g/mol | 35,1 mg/L als Tb |
Deze berekeningen gaan uit van de vermelde zuivere verbinding en volledige oplossing. Corrigeer voor het gehalte van het product, vocht en niet-opgelost materiaal. Een terbiumconcentratie van 1 mmol/L komt overeen met 158,925 mg/L als Tb. Uit alleen deze concentratie kan bij een analyse van het totale elementgehalte niet worden afgeleid welk zout oorspronkelijk is gebruikt.
Terbium concentreren en terugwinnen
Verwijdering uit de hoofdwaterstroom en terugwinning als bruikbaar product zijn verschillende doelen. Door adsorptie gevolgd door desorptie kan terbium worden overgebracht naar een kleiner vloeistofvolume. In een onderzoek met een adsorbens op cellulosebasis werd zure desorptie van een beladen adsorbens aangetoond, terwijl onderzoek naar afvalwater uit de terugwinning van schroot de afvang bij lage terbiumconcentraties bestudeerde.
Een concentraat kan ook andere zeldzame-aardelementen, opgeloste zouten en onzuiverheden bevatten. Beoordeel de selectiviteit en productzuiverheid afzonderlijk van het verwijderingspercentage. Noch concentratie, noch succesvolle adsorptie alleen toont de commerciële waarde van een teruggewonnen materiaal aan.
Voor een illustratieve massabalans bevat 1 m3 water met een concentratie van 10 mg/L als Tb 10 g terbium. Als 90% van die massa wordt teruggewonnen in een uiteindelijk vloeistofvolume van 10 L, levert dat 900 mg/L als Tb op, een concentratiefactor van 90. Dit is een berekening, geen te verwachten rendement van de behandeling. Neem in een werkelijke massabalans alle uitgaande vloeistofstromen, resterende vaste stoffen en verliezen mee.
Informatie voor de keuze van een proces
Nuttige gegevens zijn onder meer debiet, temperatuur, pH, totaal en opgelost terbium, andere zeldzame-aardelementen, de belangrijkste ionen, zwevende stoffen en bekende complexvormende stoffen. Definieer zowel de streefwaarde voor het behandelde water als eventuele terugwinningsdoelen en gebruik vervolgens laboratorium- of proefresultaten om de haalbare prestaties vast te stellen.
Bronnen
- Thermo Scientific Chemicals: terbiumchloridehexahydraat en terbiumnitraathydraat.
- Stanford Materials: terbiumsulfaat-octahydraat en terbiumcarbonaat.
- Inorganic Ventures: Gids bij het periodiek systeem, chemie van terbium in oplossing.
- American Elements: terbiumverbindingen, waaronder fluoride.
- Methoden voor de terugwinning van terbiumoxide uit glas, patent waarin oxalaatprecipitatie wordt beschreven.
- Bioadsorbens op cellulosebasis voor de terugwinning van terbiumionen.
- Sorptie van terbium op Transkarpatisch clinoptiloliet.
- Adsorptie van terbium met gefunctionaliseerde magnetische nanodeeltjes.
- Adsorptie van terbium uit afvalwater afkomstig van de terugwinning van Nd-Fe-B-schroot.
- Royal Society of Chemistry: atoomgegevens van terbium.