Sali comuni di praseodimio in acqua: solubilità, rimozione e concentrazione
Tra i comuni sali di praseodimio figurano cloruro, nitrato e solfato, mentre carbonato, ossalato, fosfato e fluoruro sono rilevanti come solidi poco solubili. Questa guida ne confronta il comportamento in acqua e spiega come esprimere la concentrazione di praseodimio, rimuoverlo dall'acqua e concentrarlo per il recupero.
Per informazioni sulla presenza e sul contesto ambientale, vedere il praseodimio in acqua. Qui «comuni» si riferisce alla chimica di laboratorio e di processo, non a una classifica dei sali rilevati nelle acque naturali. Una volta disciolto un sale, la sua formula originaria non descrive tutte le specie presenti: il Pr(III) può formare complessi disciolti o passare alla fase solida.
Sali comuni e solubilità in acqua
| Sale | Formula ed esempi di idrati | Solubilità in acqua | Rilevanza pratica |
|---|---|---|---|
| Cloruro di praseodimio(III) | PrCl3; PrCl3·6H2O o ·7H2O | Solubile in acqua; verificare l'idrato specificato. | Un sale solubile usato come fonte di Pr. La rimozione del Pr non comporta necessariamente la rimozione del cloruro. |
| Nitrato di praseodimio(III) | Pr(NO3)3; comunemente idrato | Solubile in acqua. | Usato per preparare soluzioni di Pr; il nitrato resta un aspetto distinto da considerare per la qualità dell'acqua. |
| Solfato di praseodimio(III) | Pr2(SO4)3; ottaidrato | Solubilità limitata; fortemente dipendente dalle condizioni e dalla fase solida. | Il solfato forma anche complessi disciolti; la presenza di solfato nell'acqua non provoca automaticamente la precipitazione di tutto il Pr. |
| Carbonato di praseodimio(III) | Pr2(CO3)3·xH2O | Poco solubile in acqua; l'acido ne favorisce la dissoluzione. | Potenziale prodotto di precipitazione e recupero. |
| Ossalato di praseodimio(III) | Pr2(C2O4)3·xH2O | Poco solubile; il pH e l'eccesso di ligando influenzano il Pr disciolto. | Rilevante per la precipitazione e la concentrazione delle terre rare. |
| Fosfato di praseodimio(III) | PrPO4 | Scarsamente solubile; l'acidità e la complessazione influenzano la dissoluzione. | Può immobilizzare il Pr in una fase solida. |
| Fluoruro di praseodimio(III) | PrF3 | Poco solubile in acqua. | Un possibile precipitato; l'aggiunta di fluoruro introduce un ulteriore contaminante e non è una raccomandazione generale per il trattamento delle acque. |
Si tratta di confronti qualitativi, non di concentrazioni di saturazione. Una solubilità numerica deve specificare temperatura, pH, idrato o fase solida, composizione della soluzione e unità di misura. I valori in g per 100 g di acqua non possono essere utilizzati direttamente come g/L di soluzione. Anche gli idrossidi e gli ossidi di Pr sono solidi rilevanti, ma non sono inclusi come sali in questa tabella. [1–4]
Da cosa dipende il praseodimio disciolto?
La solubilità è una proprietà di equilibrio; la concentrazione misurata dipende anche dalla quantità introdotta, dal tempo di permanenza e dalla separazione dei solidi. Acidità, carbonato, solfato, fosfato, fluoruro e ligandi organici possono modificare l'equilibrio tra Pr libero3+, complessi disciolti e precipitati. Una bassa concentrazione dello ione libero non implica necessariamente una bassa concentrazione totale di Pr disciolto. Le previsioni di precipitazione devono tenere conto della complessazione e delle fasi solide effettive. [3,4]
Concentrazione: mg/L come Pr rispetto a mg/L di sale
Riportare i risultati come praseodimio elementare, per esempio in µg/L come Pr o mg/L come Pr, e indicare se il campione rappresenta la frazione disciolta o quella totale. Non equiparare la dose di sale al Pr disciolto rimasto dopo il raggiungimento dell'equilibrio. Non esiste un'unica concentrazione rappresentativa per tutte le acque naturali o industriali.
Concentrazione calcolata di Pr (mg/L) = dose di sale (mg/L) × n × 140,90766 / massa molare del sale (g/mol).
Qui n è il numero di atomi di Pr per unità formula. Includere l'acqua di cristallizzazione nella massa molare e, se opportuno, correggere il calcolo in base al titolo del prodotto.
| Sale definito | Massa molare approssimativa (g/mol) | Pr da 100 mg/L di sale, valore calcolato |
|---|---|---|
| PrCl3, anidro | 247.26 | 57,0 mg/L come Pr |
| PrCl3·6H2O | 355.35 | 39,7 mg/L come Pr |
| Pr(NO3)3·6H2O | 435.01 | 32,4 mg/L come Pr |
Questi esempi stechiometrici presuppongono materiale puro, dissoluzione completa e nessuna perdita successiva; non sono né misure di solubilità né concentrazioni ambientali. Un mmol/L di Pr corrisponde a circa 140,91 mg/L come Pr. Viceversa, 1 mg/L come Pr equivale a circa 7,10 µmol/L.
Rimozione dall’acqua
- Precipitazione e separazione dei solidi: valutare la regolazione del pH e i precipitanti adatti sull’acqua effettiva. I processi chimici che coinvolgono carbonati, ossalati e fosfati possono trasferire le terre rare nella fase solida. Dopo la precipitazione, procedere con sedimentazione o filtrazione: la sola formazione di un precipitato non lo rimuove dal flusso d’acqua. La coprecipitazione può produrre un fango contenente più metalli. [4]
- Scambio ionico: catturare il Pr disciolto su una resina idonea e rigenerarla, ottenendo un volume di liquido più piccolo. L’assorbimento di Pr(III) è stato studiato con resine acide a scambio cationico; acidità, ioni concorrenti e carico influiscono sulle prestazioni. La capacità misurata in laboratorio non garantisce la capacità operativa di un impianto. [5]
- Adsorbimento: i materiali adsorbenti possono legare il Pr, ma il pH, il tempo di contatto e la composizione dell’acqua sono determinanti. Gli studi sull’adsorbimento del Pr nei sedimenti indicano la necessità di effettuare prove, anziché presumere che la rimozione sia sempre efficace. Valutare la rigenerazione o lo smaltimento dell’adsorbente esausto. [6]
La sola filtrazione agisce sulle particelle, non sugli ioni Pr liberamente disciolti. La scelta del trattamento deve basarsi sulle caratteristiche misurate dell’acqua in ingresso, sulla concentrazione richiesta in uscita, sui metalli concorrenti e sui flussi di scarto o di recupero risultanti. La rimozione del Pr non dimostra di per sé che cloruri, nitrati, solfati o altri costituenti disciolti soddisfino i requisiti di qualità dell’acqua.
Concentrazione e recupero
La rimozione riduce il Pr nell’acqua trattata; il recupero lo raccoglie in un prodotto utilizzabile. L’eluizione della resina a scambio ionico può concentrare il Pr in un volume di liquido più piccolo, mentre la precipitazione lo concentra in un solido. Nessuna delle due operazioni, da sola, garantisce la separazione dalle terre rare affini né una purezza tale da rendere il prodotto vendibile. [4,5]
Fattore di concentrazione nel liquido = concentrazione di Pr nell’eluato raccolto / concentrazione di Pr nell’alimentazione. Determinare separatamente la percentuale di recupero dividendo la massa di Pr raccolta per la massa di Pr nell’alimentazione. Per esempio, 1 m³ contenente 10 mg/L come Pr contiene 10 g di Pr. Recuperandone il 90% in 10 L si otterrebbero 900 mg/L come Pr e un fattore di concentrazione pari a 90. Si tratta di un bilancio di massa illustrativo, non di una previsione delle prestazioni del trattamento.
Dati per la valutazione del trattamento
Tra i dati utili figurano la portata, il Pr disciolto e totale, il pH, la temperatura, gli anioni principali, i metalli concorrenti, i solidi sospesi e la concentrazione obiettivo in uscita. Definire con il laboratorio il campionamento e la preparazione analitica affinché i risultati relativi al Pr disciolto e totale restino confrontabili. Le prove di laboratorio devono misurare il Pr residuo, la separazione dei solidi, il consumo di reagenti e la composizione di ogni eventuale concentrato.
Fonti e approfondimenti
- Stanford Materials: informazioni sul prodotto cloruro di praseodimio.
- CDH: specifiche del nitrato di praseodimio.
- Inorganic Ventures: guida alla tavola periodica, compatibilità e solubilità del praseodimio.
- Han (2020): caratteristiche della precipitazione degli elementi delle terre rare con diversi precipitanti.
- Studi di modellazione e di equilibrio sul recupero di praseodimio (III), disprosio (III) e ittrio (III) mediante una resina acida a scambio cationico (2022).
- Sedimento naturale presso una diga e relativi materiali inorganici come adsorbenti del praseodimio (Pr(III)) (2023).