Häufige Bromidsalze in Wasser: Vorkommen, Löslichkeit und Aufbereitung
Bromid liegt in Wasser neben anderen Ionen als gelöste Br−-Ionen vor. Bezeichnungen wie Natriumbromid oder Magnesiumbromid beschreiben die zur Zugabe von Bromid verwendeten Salze oder die Ionenkombinationen in einer Sole; in Lösung bleiben diese normalerweise nicht als eigenständige Moleküle erhalten.
Diese Seite gibt einen Überblick über bromidhaltige Wässer, beispielhafte Bromidsalze und deren ungefähre Löslichkeit in reinem Wasser. Einen Überblick über das Vorkommen von Bromid, Aspekte der Wasseraufbereitung und die industrielle Rückgewinnung bietet Brom in Wasser.
Bromidsalze in natürlichen und industriellen Wässern
In Süßwasser ist Bromid im Allgemeinen nur ein geringer gelöster Bestandteil. Meerwasser enthält durchschnittlich etwa 65 mg/L Bromid; in einigen Regionen wurden Konzentrationen von über 80 mg/L gemessen. In Meerwasser und natürlichen Solen kommt Bromid zusammen mit Natrium, Magnesium, Kalium, Calcium und Chlorid vor. Das gelöste Bromid einem bestimmten Salz zuzuordnen, ist eine nützliche rechnerische Konvention und keine direkte Beschreibung eigenständiger Moleküle im Wasser. Die Mutterlauge aus der Verdunstung von Meerwasser (Bittern), Binnensolen und Formationswässer aus Ölfeldern können wesentlich stärker konzentriert sein.
Zu industriellen bromidhaltigen Wasserströmen gehören Einsatzsolen für die Bromproduktion sowie spezielle Komplettierungs- und Workover-Flüssigkeiten für Ölfelder. Calciumbromid und Zinkbromid werden in klaren Solen hoher Dichte eingesetzt; Natriumbromid wird ebenfalls in Komplettierungsflüssigkeiten verwendet. Ammoniumbromid ist eher in chemischen oder verfahrenstechnischen Strömen als in natürlichen Wässern anzutreffen. Eine Wasseranalyse sollte Bromid und die begleitenden Ionen ausweisen, statt allein aus dem Bromidgehalt auf ein Salz zu schließen.
Beispielhafte Bromidsalze und ihre Löslichkeit
Die folgenden Zahlen sind ungefähre Löslichkeiten der reinen Salze in Wasser bei etwa 25 °C, angegeben in Gramm Salz pro 100 g Wasser. Sie dienen als Referenzwerte und sind keine Auslegungsgrenzen für gemischte Solen. Hydratationszustand, Temperatur, Druck und andere gelöste Salze können das Phasenverhalten verändern. Alle aufgeführten Salze sind sehr gut löslich; bei gewöhnlicher Verdunstung von Wasser bleibt Bromid meist in Lösung, sofern die Sole nicht einer speziellen Abfolge von Schritten zur Salzrückgewinnung unterzogen wird.
| Salz | Formel | Ungefähre Löslichkeit bei etwa 25 °C | Typisches Vorkommen in Wasser oder Prozessströmen |
|---|---|---|---|
| Natriumbromid | NaBr | 94,6 g/100 g Wasser | Meerwasser und natürliche Solen in Form gelöster Ionen; Einsatzsole für die Bromproduktion und einige Komplettierungsflüssigkeiten |
| Magnesiumbromid | MgBr2 | Etwa 100,6 g/100 g Wasser; die feste Hydratphase beeinflusst den angegebenen Wert | Meerwasser, Salzseen, tiefe Solen und Bittern |
| Kaliumbromid | KBr | 67,8 g/100 g Wasser | In natürlichen salzhaltigen Wässern gelöst, in geringerer Menge als Natrium und Magnesium; chemische und spezielle Prozessströme |
| Ammoniumbromid | NH4Br | 78,3 g/100 g Wasser | Chemische Herstellung und Prozesslösungen; kein wesentliches Salz natürlicher Wässer |
| Calciumbromid | CaBr2 | 156 g/100 g Wasser | Klare Solen hoher Dichte für Komplettierungs-, Workover- und Packerflüssigkeiten in Ölfeldern |
| Zinkbromid | ZnBr2 | 471 g/100 g Wasser | Spezielle Ölfeld-Komplettierungssolen hoher Dichte, häufig mit Calciumbromid gemischt |
Die Löslichkeit ist auf die Wassermasse bezogen, nicht auf die Masse oder das Volumen der fertigen Lösung. Ohne Berücksichtigung der vollständigen Ionenzusammensetzung und der temperaturabhängigen Phasengleichgewichte lässt sich aus diesen Werten nicht vorhersagen, wann ein Salz aus einer realen Sole kristallisiert.
Möglichkeiten zur Entfernung, Aufkonzentrierung und Rückgewinnung
| Ziel | Mögliches Verfahren | Wichtige Aspekte |
|---|---|---|
| Bromid in schwach bis mäßig salzhaltigem Wasser verringern | Bromidselektiver Ionenaustausch | Die Leistung hängt von der Selektivität des Harzes, konkurrierenden Chlorid- und Sulfationen, der Betriebskapazität, der Regeneration und dem Umgang mit dem verbrauchten Regeneriermittel ab. |
| Gelöste Salze im Wasser verringern und Bromid in ein Konzentrat überführen | Umkehrosmose | Salzrückhalt und Rückgewinnungsrate hängen von der Membran, der Zusammensetzung des Zulaufs und den Betriebsbedingungen ab. Das Konzentrat bleibt ein bromidhaltiger Strom, für den ein Weg zur Wiederverwendung, Rückgewinnung oder Entsorgung erforderlich ist. |
| Ionen in salzhaltigem Zulauf trennen und aufkonzentrieren | Elektrodialyse oder Elektrodialyse mit Polaritätsumkehr | Ionen werden durch selektive Membranen in ein Konzentrat überführt. Selektivität und Energieverbrauch hängen vom Salzgehalt und von konkurrierenden Ionen ab; Bromid wird dabei nicht zerstört. |
| Elementares Brom aus bromidreicher industrieller Sole zurückgewinnen | Kontrollierte Oxidation von Br− zu Br2, gefolgt von Austreiben mit Luft oder Dampf und Auffangen | Ein spezielles industrielles Rückgewinnungsverfahren mit gefährlichem, flüchtigem Brom und Oxidationsmitteln; es erfordert eigens dafür ausgelegte geschlossene Anlagen und Schutzmaßnahmen. |
| Gemischte Sole aufkonzentrieren oder den Flüssigabfluss verringern | Verdampfung und stufenweise Kristallisation | Diese Verfahren konzentrieren Salze auf, entfernen Bromid jedoch nicht selektiv. Da Bromidsalze sehr gut löslich sind, verbleibt Bromid häufig in der verbleibenden Mutterlauge bzw. im Bittern, während schwerer lösliche Minerale kristallisieren. |
Konventionelle Klärung und Filtration entfernen gelöstes Bromid nicht zuverlässig. Chemische Fällung kann für andere Bestandteile einer Sole nützlich sein; es darf jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass sie Bromid selektiv ausfällt. Die Verfahrensauswahl erfordert Angaben zur gemessenen Wasserzusammensetzung, zur angestrebten Produkt- oder Ablaufqualität, zum Rückgewinnungsziel und zu einem geeigneten Weg für den Umgang mit dem Konzentrat.
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Quellen und weiterführende Literatur
- WHO: Bromidkonzentrationen in Süßwasser, Meerwasser und entsalztem Wasser
- PubChem / HSDB: Eigenschaften und Löslichkeit von Natriumbromid
- PubChem: Eigenschaften und Löslichkeit von Kaliumbromid
- PubChem / HSDB: Löslichkeit von Calciumbromid
- PubChem / HSDB: Löslichkeit von Ammoniumbromid
- PubChem / HSDB: Löslichkeit von Zinkbromid
- USGS: Bromid in natürlichen Gewässern und Solen
- SLB: Klare Solen für Komplettierungs- und Workover-Anwendungen
- Health Canada: Verweise zur Bromatbildung und Membranaufbereitung
- US-EPA-Archiv: Industrielle Rückgewinnung von Brom aus Solen