Sali di tantalio nell'acqua: solubilità, rimozione e concentrazione
I composti del tantalio possono reagire con l'acqua e cambiare forma chimica. I dati di solubilità devono quindi distinguere la semplice dissoluzione dall'idrolisi o dalla decomposizione. La scelta del trattamento dipende dal tantalio effettivamente disciolto e in forma particellare nell'acqua in ingresso.
Per informazioni sulla presenza e sulla chimica generale, vedere il tantalio nell'acqua.
Composti comuni del tantalio e loro comportamento nell'acqua
I seguenti composti disponibili in commercio sono pertinenti alla lavorazione del tantalio e alla chimica di laboratorio. La tabella descrive i prodotti citati; non classifica il consumo mondiale né attribuisce una concentrazione di saturazione non suffragata da dati.
| Composto | Formula | Comportamento nell'acqua | Implicazioni per il trattamento |
|---|---|---|---|
| Cloruro di tantalio(V) | TaCl5 | Thermo Scientific indica che reagisce con l'acqua. | Tenere conto dell'idrolisi. La formula iniziale non descrive tutte le specie presenti dopo il contatto con l'acqua. |
| Fluoruro di tantalio(V) | TaF5 | Gelest indica che reagisce con l'acqua. | L'acidità e la concentrazione di fluoruro influiscono sulla chimica in soluzione acquosa. La quantità di reagente aggiunta non equivale a una concentrazione misurata di tantalio disciolto. |
| Eptafluorotantalato(V) di potassio | K2TaF7 | La scheda del prodotto Thermo Scientific citata indica che si decompone nell'acqua. | Non interpretare una semplice indicazione «solubile/insolubile» come prova della stabilità chimica nell'acqua effettiva. |
Queste descrizioni qualitative non sono limiti numerici di solubilità. Utilizzare dati relativi alla forma solida specifica, alla temperatura, all'acidità e alla composizione della soluzione. Il comportamento di un complesso fluorurato in una soluzione di processo acida è diverso da quello di un composto solido aggiunto all'acqua ordinaria.
Solubilità e specie disciolte
In questi composti il tantalio si presenta comunemente come Ta(V). L'idrolisi, la formazione di complessi e la precipitazione influenzano la distribuzione tra materiale disciolto, colloidi e solidi. Sono stati studiati mezzi contenenti fluoruri e cloruri per il recupero del tantalio, e le condizioni influiscono sul comportamento durante l'estrazione. Le osservazioni di laboratorio mostrano inoltre che durante la conservazione delle soluzioni di alogenuri di tantalio possono formarsi precipitati.
Riportare separatamente il tantalio totale e quello operativamente definito come disciolto, specificando le caratteristiche del filtro, la conservazione del campione e il metodo analitico. La frazione filtrata può contenere colloidi e complessi. Misurare il niobio e gli altri elementi associati quando la purezza del prodotto recuperato è importante.
Rimozione del tantalio dall'acqua
- Particelle e precipitati: valutare la sedimentazione, la coagulazione ove appropriata e la filtrazione. Quando si verifica la precipitazione di una frazione disciolta, misurare il tantalio disciolto residuo e valutare la separazione dei solidi.
- Scambio ionico: gli studi sulla lavorazione del tantalio e del niobio dimostrano l'importanza della scelta della resina e della chimica dell'acqua in ingresso. Verificare capacità, selettività, punto di esaurimento e rigenerazione utilizzando un'acqua in ingresso rappresentativa.
- Estrazione con solvente: la ricerca dimostra il recupero da soluzioni specializzate di alogenuri. Valutare la separazione delle fasi, la strippatura e la gestione del solvente. Questi risultati non stabiliscono una percentuale di rimozione universalmente valida per le acque reflue.
- Adsorbimento e membrane: determinarne sperimentalmente le prestazioni per le specie effettivamente presenti e la composizione dell'acqua. Verificare la compatibilità dei materiali, gli ioni concorrenti, il fouling e il flusso residuo risultante.
La rimozione trasferisce il tantalio nei solidi, nei mezzi di trattamento, in una fase di estrazione o in un concentrato. Includere questi flussi nel bilancio di materia. Rimuovere insieme tantalio e niobio è diverso dal separare i due elementi.
Concentrazione: mg/L come Ta rispetto a mg/L di composto
Per un composto puro contenente un atomo di tantalio per unità di formula:
mg/L come Ta = mg/L di composto × 180,948 ÷ massa molare del composto.
| Composto | Massa molare approssimativa (g/mol) | Frazione massica di tantalio | Ta elementare in 100 mg di composto puro |
|---|---|---|---|
| Cloruro di tantalio(V) | 358.20 | 50.5% | 50,5 mg |
| Fluoruro di tantalio(V) | 275.94 | 65.6% | 65,6 mg |
| Eptafluorotantalato(V) di potassio | 392.13 | 46.1% | 46,1 mg |
Questi calcoli descrivono le quantità teoriche dell'elemento. Non sono valori di solubilità né istruzioni per la preparazione di soluzioni. Correggere i calcoli in base alla purezza effettiva e allo stato di idratazione del composto; un titolo riferito ai metalli non corrisponde necessariamente alla purezza in massa del composto completo. Un mmol/L di Ta elementare corrisponde a circa 180,948 mg/L come Ta, indipendentemente dal reagente iniziale.
Concentrazione e recupero del tantalio
La cattura seguita da strippatura o eluizione può trasferire il tantalio in un volume di liquido minore. La concentrazione dipende dalla massa effettivamente recuperata:
Concentrazione del prodotto recuperato = concentrazione nell'acqua in ingresso × volume dell'acqua in ingresso × frazione di massa recuperata ÷ volume del prodotto recuperato.
Per esempio, 1.000 L a 10 mg/L come Ta contengono 10 g di tantalio. Recuperando il 90% di questa massa in 10 L si ottengono 900 mg/L come Ta, con un fattore di concentrazione pari a 90. Questo è un esempio di bilancio di massa, non un risultato di processo garantito. Includere nel calcolo i lavaggi, la diluizione e il tantalio non recuperato.
Riportare separatamente l'efficienza di rimozione, il recupero di massa e la purezza del prodotto recuperato. Concentrare una soluzione mista non purifica di per sé il tantalio. Tenere conto del tantalio nell'acqua trattata, nei solidi, nei mezzi di trattamento esausti, nelle fasi di estrazione e nei liquidi di rigenerazione.
Informazioni utili per valutare il trattamento
Fornire portata, pH, temperatura, concentrazioni totali e disciolte di tantalio e niobio, solidi sospesi, ioni principali e sostanze complessanti. Definire l'obiettivo per l'acqua trattata e il prodotto di recupero desiderato. Per valutare le prestazioni del trattamento sono necessarie prove su un'acqua in ingresso rappresentativa e un bilancio di massa completo.
Fonti
- Royal Society of Chemistry: tantalio.
- Thermo Scientific: cloruro di tantalio(V).
- Gelest: scheda di dati di sicurezza del pentafluoruro di tantalio.
- Thermo Scientific: eptafluorotantalato(V) di potassio.
- Riciclo del tantalio mediante estrazione con solvente: il cloruro è migliore del fluoruro.
- Separazione e isolamento di tantalio e niobio dalla tantalite mediante estrazione con solvente e scambio ionico.