Sali comuni di lutezio nell'acqua: solubilità, rimozione e concentrazione
I sali di lutezio si comportano in modo diverso nell'acqua. I reagenti a base di cloruro, nitrato e solfato possono fornire lutezio disciolto, mentre carbonato, ossalato e fluoruro sono poco solubili. Il trattamento dipende dalla forma chimica presente dopo la miscelazione, non soltanto dal nome del sale di partenza.
Per le fonti e la chimica generale delle soluzioni acquose, consultare il lutezio nell'acqua.
Sali comuni di lutezio e solubilità in acqua
| Sale | Formula | Comportamento in acqua | Considerazione pratica |
|---|---|---|---|
| Cloruro di lutezio(III) esaidrato | LuCl3·6H2O | Solubile | L'idratazione modifica la massa di reagente necessaria per una data concentrazione di Lu. |
| Nitrato di lutezio(III) idrato | Lu(NO3)3·xH2O | Solubile | Usare il grado di idratazione dichiarato o il contenuto certificato di Lu; un idrato non specificato non ha un'unica massa molare. |
| Solfato di lutezio(III) ottaidrato | Lu2(SO4)3·8H2O | Solubile | La temperatura e gli altri sali disciolti influiscono sulla solubilità pertinente. |
| Carbonato di lutezio(III) idrato | Lu2(CO3)3·xH2O | Poco solubile | L'aggiunta di acido può modificare la dissoluzione e la speciazione. |
| Ossalato di lutezio(III) idrato | Lu2(C2O4)3·xH2O | Poco solubile | La precipitazione richiede una successiva separazione dei solidi. |
| Fluoruro di lutezio(III) | LuF3 | Poco solubile | Il fluoruro può ostacolare il mantenimento del lutezio in soluzione durante l'analisi. |
Queste sono descrizioni qualitative, non concentrazioni di saturazione né garanzie di trattamento. Per progettare una preparazione o un processo, usare dati di solubilità relativi al prodotto esatto, alla temperatura e alla composizione della soluzione. Una scarsa solubilità non significa che il lutezio disciolto sia assente.
Che cosa succede dopo la dissoluzione di un sale?
Il lutezio si trova comunemente nello stato di ossidazione +3. La sua distribuzione tra specie disciolte e solidi dipende dal pH, dalle sostanze complessanti e dagli ioni concorrenti. Un reagente solubile può formare un precipitato dopo la miscelazione con un altro flusso. Viceversa, un acido o una sostanza complessante può modificare la dissoluzione di un solido.
Misurare il lutezio totale e quello disciolto con una preparazione del campione chiaramente definita. I colloidi e le particelle fini possono influire sulla frazione disciolta definita operativamente. La sola formula del sale non identifica tutte le specie presenti nell'acqua trattata.
Rimozione del lutezio dall'acqua
La sedimentazione e la filtrazione possono rimuovere le particelle separabili. Da sole, non dimostrano la rimozione del Lu(III) disciolto. La precipitazione trasforma il lutezio disciolto in un solido da separare; nell'acqua effettiva, verificare il pH, la dose di reagente, il lutezio disciolto residuo e il comportamento dei fanghi.
Lo scambio ionico e l'adsorbimento possono catturare il lutezio disciolto. Studi con scambiatori cationici e anionici attivati hanno esaminato la captazione da soluzioni di nitrato. Terre rare concorrenti, acidità e sostanze complessanti possono modificare le prestazioni; pertanto, i risultati di laboratorio non devono essere trasferiti direttamente a un altro flusso.
Si possono valutare anche processi a membrana specializzati. Uno studio su una membrana a inclusione polimerica ha esaminato il trasporto di Lu(III) e la rigenerazione della membrana. Il meccanismo è diverso da quello della normale filtrazione delle particelle. Prima di scegliere un processo, valutare selettività, recupero e composizione di tutti i flussi in uscita.
Concentrazione: mg/L espressi come Lu rispetto a mg/L di sale
Una concentrazione espressa come Lu elementare considera soltanto la massa del lutezio. La concentrazione del sale include anche i controioni e l'eventuale acqua di cristallizzazione. Per un sale puro di composizione nota:
mg/L espressi come Lu = mg/L di sale × (numero di atomi di Lu nella formula × 174,9668) / massa molare del sale.
| Forma del reagente | Massa molare approssimativa (g/mol) | Frazione massica di Lu | Lu fornito da 100 mg/L di sale |
|---|---|---|---|
| Anidro LuCl3 | 281.32 | 62.2% | 62,2 mg/L espressi come Lu |
| LuCl3·6H2O | 389.41 | 44.9% | 44,9 mg/L espressi come Lu |
Un mmol/L di lutezio corrisponde a circa 174,97 mg/L espressi come Lu. Per il nitrato idrato con x non specificato, calcolare in base al contenuto certificato di Lu o a un grado di idratazione verificato. Correggere i calcoli relativi al reagente in funzione della purezza e della base analitica dichiarata nel certificato.
Concentrazione e recupero del lutezio
Dopo la cattura, il desorbimento o l'eluizione possono trasferire il lutezio in un volume minore di liquido. La rimozione dall'alimentazione, il recupero in quel liquido e la purezza del prodotto recuperato sono parametri distinti. Le terre rare e i sali catturati insieme al lutezio possono ridurre la purezza del prodotto anche quando la concentrazione di Lu aumenta.
Come esempio di bilancio di massa, 1 m³ di acqua in ingresso contenente 10 mg/L espressi come Lu contiene 10 g di Lu. Se il 90% di tale massa viene recuperato in 10 L di soluzione finale, la soluzione contiene 9 g di Lu, ovvero 900 mg/L espressi come Lu: un fattore di concentrazione pari a 90 rispetto all'acqua in ingresso. Si tratta di un calcolo, non di una previsione della resa del processo.
Tenere conto del lutezio presente nell'acqua trattata, nei solidi, nei materiali esausti, nelle acque di risciacquo e nei liquidi di rigenerazione. Includere l'acqua e i reagenti aggiunti nel bilancio dei volumi e verificare il prodotto finale mediante analisi.
Fonti
- Royal Society of Chemistry: proprietà e massa atomica del lutezio.
- Inorganic Ventures: Guida alla tavola periodica, chimica del lutezio in soluzione.
- Thermo Scientific Chemicals: specifiche del cloruro di lutezio(III) esaidrato; nitrato idrato; solfato ottaidrato.
- Miglioramento dell'adsorbimento degli ioni lutezio da soluzioni acquose mediante scambiatori ionici attivati.
- Studio preliminare sull'uso di una membrana a inclusione polimerica per la separazione del lutezio(III) e la rigenerazione della membrana.