Sali di erbio nell'acqua: solubilità, rimozione e concentrazione
Il cloruro e il nitrato di erbio sono fonti idrosolubili di Er(III), mentre il carbonato, l'ossalato e il fluoruro sono composti poco solubili. La forma chimica presente dopo la miscelazione con l'acqua determina il comportamento durante il trattamento; il nome del sale iniziale non è sufficiente.
Per le fonti e le vie di diffusione nell'ambiente, vedere l'erbio nell'acqua.
Sali di erbio comuni e solubilità
Queste descrizioni qualitative non indicano concentrazioni di saturazione né specifiche di dosaggio. Verificare i dati relativi all'idrato specifico, alla temperatura e alla composizione della soluzione. L'acidità, le sostanze complessanti e altri ioni possono modificare la quantità di erbio che rimane disciolta.
| Sale | Formula rappresentativa | Comportamento in acqua | Rilevanza pratica |
|---|---|---|---|
| Cloruro di erbio(III) anidro | ErCl3 | Solubile in acqua. | Fornisce Er(III) disciolto. Prima di calcolare una dose, verificare se il prodotto è anidro o idrato. |
| Nitrato di erbio(III) pentaidrato | Er(NO3)3·5H2O | Solubile in acqua. | Sia l'erbio sia il nitrato passano in soluzione. Verificare la forma idrata e il titolo sul certificato del prodotto. |
| Solfato di erbio(III) ottaidrato | Er2(SO4)3·8H2O | Solubile in acqua secondo le informazioni del fornitore. | Verificare la forma idrata, la temperatura e la composizione in solfati prima di preparare o concentrare una soluzione. |
| Carbonato di erbio(III) idrato | Er2(CO3)3·xH2O | Poco solubile in acqua. | Una sospensione non è una soluzione in cui il composto è disciolto. L'idratazione variabile influisce sui calcoli della massa. |
| Ossalato di erbio(III) idrato | Er2(C2O4)3·xH2O | Poco solubile in acqua. | Possibile prodotto di precipitazione; misurare l'erbio disciolto residuo anziché presumere una rimozione completa. |
| Fluoruro di erbio(III) | ErF3 | Poco solubile in acqua. | Includere sia il fluoruro sia l'erbio nella valutazione della qualità dell'acqua e dei residui. |
Che cosa accade dopo la dissoluzione?
Questi composti contengono erbio trivalente, Er(III). Variazioni dell'acidità o delle sostanze complessanti possono modificare le specie disciolte e la tendenza a formare particelle o a legarsi alle superfici. Una soluzione preparata da un sale solubile può quindi cambiare dopo la miscelazione con un'altra corrente.
Misurare l'erbio totale e, ove pertinente, la frazione disciolta definita mediante un metodo specificato di campionamento e filtrazione. Le particelle fini e i colloidi possono influire su questa distinzione. Registrare i metodi di preparazione affinché i risultati prima e dopo il trattamento siano confrontabili.
Rimozione dell'erbio dall'acqua
Separazione dei solidi e precipitazione
La sedimentazione e la filtrazione possono rimuovere le particelle contenenti erbio se queste possono essere separate efficacemente. Da sole non dimostrano la rimozione dell'Er(III) disciolto. La precipitazione può trasferire l'erbio disciolto in un solido poco solubile quando la chimica della soluzione lo consente.
Per qualsiasi fase di precipitazione proposta, verificare l'acidità, le sostanze complessanti, gli ioni concorrenti, l'erbio disciolto residuo e la filtrabilità dei solidi. Una descrizione qualitativa della solubilità non stabilisce una dose o un pH operativo universale. Includere i reagenti aggiunti e i fanghi nel bilancio del trattamento.
Adsorbimento e scambio ionico
Una ricerca sulla resina D113-III ha esaminato l'adsorbimento e il desorbimento dell'erbio in sistemi discontinui e a colonna. Uno studio separato su perle di sericina-alginato reticolate ha esaminato la cattura, il desorbimento, il riutilizzo e la selettività. Questi risultati giustificano la sperimentazione dei meccanismi di adsorbimento e scambio ionico sull'acqua effettiva, compresi gli effetti dei metalli concorrenti e delle sostanze complessanti.
Lo scambio ionico è utilizzato per separare le terre rare, ma la scelta pratica richiede prove sulla miscela effettiva. Valutare capacità, tempo di contatto, sfondamento, effetti degli ioni concorrenti e rigenerazione. Una semplice soluzione di un sale di erbio può comportarsi diversamente da una soluzione mista di terre rare o da un'acqua contenente leganti organici.
Concentrazione: mg/L come Er rispetto a mg/L di sale
Un valore espresso come erbio elementare esclude i controioni e l'acqua di cristallizzazione. Utilizzando una massa atomica dell'erbio di 167,259 g/mol:
mg/L come Er = mg/L di sale × (numero di atomi di Er per unità di formula × 167,259) / massa molare del sale.
| Sale puro | Formula | Massa molare approssimativa | Er da 100 mg/L di sale |
|---|---|---|---|
| Cloruro di erbio anidro | ErCl3 | 273,62 g/mol | 61,1 mg/L come Er |
| Cloruro di erbio esaidrato | ErCl3·6H2O | 381,71 g/mol | 43,8 mg/L come Er |
| Nitrato di erbio pentaidrato | Er(NO3)3·5H2O | 443,35 g/mol | 37,7 mg/L come Er |
Questi esempi presuppongono il composto puro indicato e la completa dissoluzione; non rappresentano limiti di solubilità. Correggere i calcoli in base al titolo del prodotto, all'umidità, alla forma idrata effettiva e al materiale non disciolto. Una concentrazione di erbio pari a 1 mmol/L corrisponde a 167,259 mg/L come Er. La sola analisi elementare totale non permette di identificare il sale originario.
Concentrazione e recupero dell'erbio
L'adsorbimento seguito dal desorbimento o lo scambio ionico seguito dall'eluizione possono trasferire l'erbio catturato in un altro flusso liquido. Un volume finale minore può aumentarne la concentrazione. Un concentrato può contenere anche altre terre rare, sali e impurità; pertanto, il recupero e la purezza richiedono misurazioni separate.
Per un esempio di bilancio di massa, 1 m3 di acqua con una concentrazione di 10 mg/L come Er contiene 10 g di erbio. Recuperando il 90% di tale massa in un volume liquido finale di 10 L si otterrebbero 900 mg/L come Er, con un fattore di concentrazione pari a 90. Si tratta di un calcolo, non della resa attesa del trattamento. In un bilancio effettivo, considerare tutte le uscite liquide, i solidi residui e le perdite.
I dati utili per il processo comprendono portata, temperatura, pH, erbio totale e disciolto, altri elementi delle terre rare, ioni principali, solidi sospesi e sostanze complessanti note. Definire sia l'obiettivo per l'acqua trattata sia l'eventuale obiettivo di recupero prima di valutare le prestazioni mediante prove di laboratorio o pilota.
Fonti
- Thermo Scientific Chemicals: cloruro di erbio anidro, nitrato di erbio pentaidrato e solfato di erbio ottaidrato.
- Inorganic Ventures: Guida alla tavola periodica, chimica dell'erbio in soluzione.
- Adsorbimento dell'erbio(III) su resina D113-III da soluzioni acquose: studi in batch e in colonna.
- Biosorbimento di europio ed erbio da soluzioni acquose mediante sfere di sericina-alginato reticolate.
- Royal Society of Chemistry: dati atomici e separazione dell'erbio.