Sali di afnio nell'acqua: solubilità, rimozione e concentrazione
I sali di afnio si comportano in modo diverso nell'acqua. Alcuni si dissolvono, altri reagiscono con l'acqua e altri ancora sono poco solubili. Il solo nome del composto non consente di prevedere la concentrazione di afnio disciolto né il trattamento necessario.
Per informazioni sulla presenza e sulla chimica generale in acqua, vedere l'afnio nell'acqua.
Composti comuni dell'afnio e loro comportamento nell'acqua
La tabella comprende reagenti dell'afnio disponibili in commercio e rilevanti per la chimica delle soluzioni acquose. Non è una classifica basata sui consumi. Le specifiche dei prodotti descrivono materiali particolari; non stabiliscono una concentrazione di saturazione universale per le acque di processo.
| Composto | Formula | Comportamento nell'acqua | Implicazioni pratiche |
|---|---|---|---|
| Cloruro di afnio(IV) | HfCl4 | Reagisce con l'acqua secondo le informazioni sul prodotto Thermo Scientific citate. | Occorre considerare l'idrolisi. Non è corretto trattare il reagente come un sale disciolto che rimane inalterato. |
| Ossicloruro di afnio ottaidrato | HfOCl2·8H2O | Indicato come solubile in acqua da Thermo Scientific; la specifica citata non fornisce un valore quantitativo della concentrazione di saturazione. | Verificare lo stato di idratazione e il titolo. Le specie disciolte dipendono dalla composizione della soluzione. |
| Fluoruro di afnio(IV) | HfF4 | Indicato come insolubile nella scheda di dati di sicurezza ProChem citata. | Questa classificazione qualitativa non significa che l'afnio disciolto sia assente in ogni condizione. La complessazione con il fluoruro e l'acidità sono fattori importanti. |
Anche i mezzi contenenti nitrati, solfati, cloruri e fluoruri sono oggetto di studi sulla chimica dell'afnio in soluzione. La presenza di un anione nell'acqua non identifica un unico sale disciolto né stabilisce la solubilità di un particolare idrato solido.
Perché la solubilità dipende dall'acqua
L'afnio si trova comunemente nello stato di ossidazione +4. L'idrolisi e la formazione di complessi influenzano la sua chimica in soluzione acquosa. Per interpretare una misura di solubilità occorre specificare acidità, concentrazioni dei ligandi, temperatura, tempo di contatto e fase solida. I dati relativi a una soluzione acida concentrata non devono essere applicati direttamente all'acqua neutra.
Una soluzione limpida non dimostra che tutto l'afnio sia presente sotto forma di ioni liberi. Riportare separatamente l'afnio totale e quello definito operativamente come disciolto, indicando i metodi di filtrazione e di analisi. I colloidi possono attraversare un filtro e una variazione del pH durante il campionamento può modificare la distribuzione tra fase liquida e solidi.
Rimozione dell'afnio dall'acqua
- Particelle e precipitati: la sedimentazione e la filtrazione possono separare i solidi idonei. Le prove di precipitazione devono misurare l'afnio disciolto residuo e confermare che i solidi siano separabili.
- Adsorbimento: studi sull'ossido di titanio idrato dimostrano l'adsorbimento dell'afnio da soluzioni diluite. Occorrono prove sull'acqua di alimentazione effettiva per determinare capacità, tempo di contatto ed effetti delle sostanze concorrenti.
- Scambio ionico: la scelta della resina dipende dalle specie chimiche dell'afnio e dalla composizione della soluzione. Gli studi su zirconio e afnio in mezzi acidi giustificano la sperimentazione di resine idonee, ma la rimozione di entrambi gli elementi non ne dimostra la separazione.
- Membrane: valutare la ritenzione delle specie effettivamente presenti e la compatibilità della membrana con l'acqua di alimentazione. Il flusso trattenuto richiede comunque una gestione; non si presume alcuna percentuale universale di reiezione dell'afnio.
Utilizzare le prestazioni misurate sull'acqua effettiva. Monitorare l'afnio nell'acqua trattata, nei fanghi, nei materiali filtranti esausti, nelle acque di risciacquo e nei liquidi di rigenerazione. La rimozione trasferisce l'afnio in un altro flusso; non distrugge l'elemento.
Concentrazione: mg/L come Hf rispetto a mg/L di composto
Le concentrazioni espresse come afnio elementare sono diverse da quelle espresse come composto intero. Per un composto puro contenente un atomo di afnio per unità di formula:
mg/L come Hf = mg/L di composto × 178,49 ÷ massa molare del composto.
| Composto | Massa molare approssimativa (g/mol) | Frazione massica dell'afnio | Hf elementare in 100 mg di composto puro |
|---|---|---|---|
| Cloruro di afnio(IV) | 320.29 | 55.7% | 55,7 mg |
| Ossicloruro di afnio ottaidrato | 409.52 | 43.6% | 43,6 mg |
| Fluoruro di afnio(IV) | 254.48 | 70.1% | 70,1 mg |
Queste sono quantità teoriche di elemento, non valori di solubilità né istruzioni per preparare soluzioni. Correggere i calcoli in base al titolo effettivo e allo stato di idratazione. Una dichiarazione di purezza riferita ai metalli non corrisponde necessariamente alla purezza in massa dell'intero composto, in particolare quando lo zirconio è escluso dalla specifica. Un mmol/L di Hf elementare corrisponde a circa 178,49 mg/L come Hf, indipendentemente dal reagente di partenza.
Concentrazione e recupero dell'afnio
La cattura seguita dall'eluizione può trasferire l'afnio in un volume minore di liquido. La concentrazione dipende dalla massa recuperata e dalla riduzione del volume:
Concentrazione nel liquido di recupero = concentrazione nell'alimentazione × volume dell'alimentazione × frazione di massa recuperata ÷ volume del liquido di recupero.
Per esempio, 1.000 L a 10 mg/L come Hf contengono 10 g di afnio. Il recupero del 90% di tale massa in 10 L dà 900 mg/L come Hf, con un fattore di concentrazione pari a 90. Si tratta di un esempio di bilancio di massa, non di un risultato di trattamento garantito. In un calcolo reale includere i volumi di risciacquo e il materiale non recuperato.
Riportare separatamente l'efficienza di rimozione, il recupero in massa e la purezza del prodotto. Concentrare l'afnio insieme allo zirconio o ad altre sostanze disciolte non produce un prodotto di afnio purificato.
Informazioni necessarie per valutare il trattamento
Fornire portata, pH, temperatura, afnio e zirconio totali e disciolti, solidi sospesi, ioni principali e sostanze complessanti. Definire l'obiettivo per l'acqua trattata e il prodotto che si intende recuperare. Sperimentare il processo con acqua rappresentativa e tenere conto di tutti i flussi residui.
Fonti
- Royal Society of Chemistry: afnio.
- Thermo Scientific: cloruro di afnio(IV).
- Thermo Scientific: ossicloruro di afnio ottaidrato.
- ProChem: scheda di dati di sicurezza del fluoruro di afnio(IV).
- La chimica dell'afnio(IV) in soluzione acquosa: studi sull'estrazione con solvente e sullo scambio ionico.
- Adsorbimento dell'afnio su ossido di titanio idrato mediante la tecnica dei radiotraccianti.
- Separazione dello zirconio e dell'afnio mediante resina a scambio ionico chelante Diphonix.