Sali di terbio nell'acqua: solubilità, rimozione e concentrazione
Il cloruro, il nitrato e il solfato di terbio possono apportare terbio disciolto all'acqua. Il carbonato, l'ossalato e il fluoruro sono composti poco solubili. Il trattamento dipende dalla forma chimica presente, non solo dal nome del sale aggiunto inizialmente.
Questa guida tratta i comuni sali di terbio disponibili in commercio, gli aspetti da considerare per il trattamento e i calcoli delle concentrazioni. Per le fonti e le vie di diffusione nell'ambiente, si veda il terbio nell'acqua.
Sali comuni di terbio e solubilità in acqua
Le descrizioni seguenti sono qualitative. Non rappresentano concentrazioni di saturazione né specifiche di dosaggio. Utilizzare i dati di solubilità relativi all'esatto idrato, alla temperatura e alla composizione della soluzione; l'acidità e le sostanze complessanti possono modificare la concentrazione disciolta.
| Sale | Formula rappresentativa | Comportamento in acqua | Rilevanza pratica |
|---|---|---|---|
| Cloruro di terbio(III) esaidrato | TbCl3·6H2O | Solubile in acqua. | Una fonte di Tb(III) disciolto. L'idratazione influisce sulla frazione massica del terbio. |
| Nitrato di terbio(III) esaidrato | Tb(NO3)3·6H2O | Solubile in acqua. | Sia il terbio sia il nitrato entrano in soluzione. Verificare l'idrato e il titolo sul certificato del prodotto. |
| Solfato di terbio(III) ottaidrato | Tb2(SO4)3·8H2O | Solubile in acqua. | Controllare la temperatura e la composizione in solfati durante la preparazione o la concentrazione delle soluzioni. |
| Carbonato di terbio(III) idrato | Tb2(CO3)3·xH2O | Poco solubile in acqua. | Una sospensione è diversa da una soluzione. Il grado di idratazione variabile modifica i calcoli delle masse. |
| Ossalato di terbio(III) idrato | Tb2(C2O4)3·xH2O | Poco solubile in acqua. | Rilevante per la precipitazione e il recupero; misurare il terbio disciolto residuo anziché presumere una cattura completa. |
| Fluoruro di terbio(III) | TbF3 | Poco solubile in acqua. | Considerare il fluoruro oltre al terbio nella valutazione della qualità dell'acqua e dei residui. |
Cosa succede dopo che un sale si è disciolto?
Questi sali contengono terbio trivalente, Tb(III). Il terbio disciolto può essere presente sotto forma di ioni idratati o complessi e l'idrolisi assume importanza al variare del pH. Una soluzione preparata da un sale solubile può successivamente formare particelle oppure il terbio può legarsi ad altre superfici. I ligandi organici e altri ioni possono modificare tale comportamento.
Distinguere il terbio totale dalla frazione disciolta, definita operativamente mediante un metodo di filtrazione specificato. Le particelle fini e i colloidi possono complicare questa distinzione. Registrare il metodo di campionamento e preparazione affinché le misurazioni prima e dopo il trattamento siano confrontabili.
Rimozione del terbio dall'acqua
Separazione dei solidi e precipitazione
La sedimentazione e la filtrazione rimuovono le particelle contenenti terbio, purché i solidi possano essere separati efficacemente. Da sole non dimostrano la rimozione del Tb(III) disciolto. La precipitazione può trasferire il terbio disciolto in un solido poco solubile quando la chimica della soluzione lo consente.
La formazione di ossalato di terbio è stata utilizzata nei processi di recupero. Ciò non stabilisce una dose di reagente o un pH operativo universalmente validi per le acque reflue. Verificare l'acidità, le sostanze complessanti, i metalli concorrenti, il terbio disciolto residuo e la filtrabilità del precipitato. La valutazione del processo deve comprendere i reagenti aggiunti e i fanghi prodotti.
Adsorbimento e scambio ionico
La ricerca primaria ha esaminato la cattura del terbio mediante adsorbenti a base di cellulosa, particelle magnetiche funzionalizzate e clinoptilolite naturale. Uno studio sulla clinoptilolite ha esaminato il Tb(III) in tracce in condizioni di flusso e il successivo desorbimento. Questi studi forniscono esempi di possibili meccanismi di cattura e recupero, non garanzie di prestazioni per un'acqua diversa.
Per un progetto concreto, verificare la capacità del materiale, il tempo di contatto, il breakthrough, gli effetti degli ioni concorrenti e la rigenerazione utilizzando l'acqua effettivamente da trattare. I risultati ottenuti con una semplice soluzione di sale di terbio possono differire da quelli ottenuti con un lisciviato contenente diverse terre rare o con acqua contenente ligandi organici. Valutare insieme l'acqua trattata e il materiale esausto o il liquido di rigenerazione.
Concentrazione: mg/L espressi come Tb rispetto a mg/L di sale
Una concentrazione espressa come terbio elementare esclude i controioni e l'acqua di cristallizzazione. Utilizzando una massa atomica di 158,925 g/mol:
mg/L espressi come Tb = mg/L di sale × (numero di atomi di Tb per unità di formula × 158,925) / massa molare del sale.
| Sale puro pesato | Massa molare approssimativa | Terbio derivante da 100 mg/L di sale |
|---|---|---|
| Cloruro anidro: TbCl3 | 265,28 g/mol | 59,9 mg/L espressi come Tb |
| TbCl3·6H2O | 373,37 g/mol | 42,6 mg/L espressi come Tb |
| Tb(NO3)3·6H2O | 453,03 g/mol | 35,1 mg/L come Tb |
Questi calcoli presuppongono l'impiego del composto puro indicato e la sua completa dissoluzione. Apportare le correzioni necessarie in base al titolo del prodotto, all'umidità e al materiale non disciolto. Una concentrazione di terbio di 1 mmol/L corrisponde a 158,925 mg/L come Tb. L'analisi elementare totale non consente, sulla base della sola concentrazione, di identificare il sale di origine.
Concentrazione e recupero del terbio
La rimozione dal flusso d'acqua principale e il recupero sotto forma di prodotto utile sono obiettivi distinti. L'adsorbimento seguito dal desorbimento può trasferire il terbio in un volume di liquido più piccolo. Uno studio su un adsorbente a base di cellulosa ha dimostrato il desorbimento con acido da un adsorbente caricato, mentre una ricerca sulle acque reflue del recupero di rottami ha esaminato la cattura a basse concentrazioni di terbio.
Un concentrato può contenere anche altri elementi delle terre rare, sali disciolti e impurità. Valutare la selettività e la purezza del prodotto separatamente dalla percentuale rimossa. Né la concentrazione né il solo esito positivo dell'adsorbimento dimostrano il valore commerciale del materiale recuperato.
Per un esempio di bilancio di massa, 1 m3 d'acqua a 10 mg/L come Tb contiene 10 g di terbio. Recuperando il 90% di tale massa in un volume finale di liquido di 10 L si otterrebbero 900 mg/L come Tb, con un fattore di concentrazione pari a 90. Si tratta di un calcolo, non di una resa di trattamento prevista. In un bilancio reale, includere tutte le uscite liquide, i solidi residui e le perdite.
Informazioni utili per la scelta del processo
Tra i dati utili figurano la portata, la temperatura, il pH, il terbio totale e disciolto, gli altri elementi delle terre rare, gli ioni principali, i solidi sospesi e le sostanze complessanti note. Definire sia l'obiettivo per l'acqua trattata sia l'eventuale obiettivo di recupero, quindi utilizzare i risultati di prove di laboratorio o pilota per stabilire le prestazioni ottenibili.
Fonti
- Thermo Scientific Chemicals: cloruro di terbio esaidrato e nitrato di terbio idrato.
- Stanford Materials: solfato di terbio ottaidrato e carbonato di terbio.
- Inorganic Ventures: Guida alla tavola periodica, chimica del terbio in soluzione.
- American Elements: composti del terbio, incluso il fluoruro.
- Metodi per recuperare ossido di terbio dal vetro, brevetto che descrive la precipitazione con ossalato.
- Bioadsorbente a base di cellulosa per il recupero degli ioni terbio.
- Sorbimento del terbio sulla clinoptilolite della Transcarpazia.
- Adsorbimento del terbio mediante nanoparticelle magnetiche funzionalizzate.
- Adsorbimento del terbio dalle acque reflue del recupero di rottami di Nd-Fe-B.
- Royal Society of Chemistry: dati atomici del terbio.