Erbiumsalze in Wasser: Löslichkeit, Entfernung und Konzentration
Erbiumchlorid und Erbiumnitrat sind wasserlösliche Quellen für Er(III), während Erbiumcarbonat, Erbiumoxalat und Erbiumfluorid schwer lösliche Verbindungen sind. Die nach dem Vermischen mit Wasser vorliegende chemische Form bestimmt das Verhalten bei der Aufbereitung; die Bezeichnung des ursprünglichen Salzes allein reicht nicht aus.
Informationen zu Quellen und Eintragswegen in die Umwelt finden Sie unter Erbium in Wasser.
Gängige Erbiumsalze und ihre Löslichkeit
Diese qualitativen Beschreibungen geben weder Sättigungskonzentrationen noch Dosierungsvorgaben an. Prüfen Sie die Angaben für das genaue Hydrat, die Temperatur und die Zusammensetzung der Lösung. Säuregehalt, komplexbildende Stoffe und andere Ionen können beeinflussen, wie viel Erbium gelöst bleibt.
| Salz | Beispielhafte Formel | Verhalten in Wasser | Praktische Bedeutung |
|---|---|---|---|
| Wasserfreies Erbium(III)-chlorid | ErCl3 | Wasserlöslich. | Liefert gelöstes Er(III). Prüfen Sie vor der Berechnung einer Dosierung, ob das Produkt wasserfrei oder hydratisiert ist. |
| Erbium(III)-nitrat-Pentahydrat | Er(NO3)3·5H2O | Wasserlöslich. | Sowohl Erbium als auch Nitrat gehen in Lösung. Überprüfen Sie die Hydratform und den Gehalt anhand des Produktzertifikats. |
| Erbium(III)-sulfat-Octahydrat | Er2(SO4)3·8H2O | Laut Angaben des Lieferanten wasserlöslich. | Prüfen Sie Hydratform, Temperatur und Sulfatzusammensetzung, bevor Sie eine Lösung herstellen oder aufkonzentrieren. |
| Erbium(III)-carbonat-Hydrat | Er2(CO3)3·xH2O | Schwer löslich in Wasser. | Eine Suspension ist keine Lösung mit gelöstem Stoff. Ein variabler Hydratwassergehalt beeinflusst die Massenberechnungen. |
| Erbium(III)-oxalat-Hydrat | Er2(C2O4)3·xH2O | Schwer löslich in Wasser. | Ein mögliches Fällungsprodukt; messen Sie das verbleibende gelöste Erbium, statt von einer vollständigen Abscheidung auszugehen. |
| Erbium(III)-fluorid | ErF3 | Schwer löslich in Wasser. | Berücksichtigen Sie bei der Bewertung der Wasserqualität und der Rückstände neben Erbium auch Fluorid. |
Was geschieht nach dem Auflösen?
Diese Verbindungen enthalten dreiwertiges Erbium, Er(III). Änderungen des Säuregehalts oder der komplexbildenden Stoffe können die gelösten Spezies sowie die Neigung zur Partikelbildung oder zur Bindung an Oberflächen verändern. Eine aus einem löslichen Salz hergestellte Lösung kann sich daher nach dem Vermischen mit einem anderen Flüssigkeitsstrom verändern.
Messen Sie den Gesamterbiumgehalt und, soweit relevant, den gelösten Anteil, der durch ein festgelegtes Probenahme- und Filtrationsverfahren definiert ist. Feine Partikel und Kolloide können diese Unterscheidung beeinflussen. Dokumentieren Sie die Verfahren zur Probenvorbereitung, damit die Ergebnisse vor und nach der Behandlung vergleichbar sind.
Entfernung von Erbium aus Wasser
Feststoffabtrennung und Fällung
Sedimentation und Filtration können erbiumhaltige Partikel entfernen, sofern sich diese wirksam abtrennen lassen. Für sich allein belegen diese Verfahren jedoch nicht die Entfernung von gelöstem Er(III). Durch Fällung kann gelöstes Erbium in einen schwer löslichen Feststoff überführt werden, wenn die Lösungschemie dies zulässt.
Prüfen Sie bei jedem vorgesehenen Fällungsschritt den Säuregehalt, komplexbildende Stoffe, konkurrierende Ionen, verbleibendes gelöstes Erbium und die Filtrierbarkeit der Feststoffe. Aus einer qualitativen Löslichkeitsangabe lassen sich weder eine allgemeingültige Dosierung noch ein allgemeingültiger Betriebs-pH-Wert ableiten. Berücksichtigen Sie zugesetzte Reagenzien und Schlamm in der Bilanz des Aufbereitungsverfahrens.
Adsorption und Ionenaustausch
In einer Untersuchung zum Harz D113-III wurden Adsorption und Desorption von Erbium in Batch- und Säulensystemen untersucht. Eine separate Studie zu vernetzten Sericin-Alginat-Kügelchen untersuchte die Bindung, Desorption, Wiederverwendung und Selektivität. Diese Ergebnisse sprechen dafür, Adsorptions- und Ionenaustauschmechanismen mit dem tatsächlich zu behandelnden Wasser zu prüfen und dabei die Auswirkungen konkurrierender Metalle und komplexbildender Stoffe einzubeziehen.
Ionenaustausch wird zur Trennung seltener Erden eingesetzt; für die praktische Auswahl muss jedoch das tatsächliche Gemisch untersucht werden. Bewerten Sie Kapazität, Kontaktzeit, Durchbruch, Auswirkungen konkurrierender Ionen und Regeneration. Eine einfache Erbiumsalzlösung kann sich anders verhalten als eine gemischte Lösung seltener Erden oder Wasser mit organischen Liganden.
Konzentration: mg/L als Er gegenüber mg/L Salz
Ein als elementares Erbium angegebener Wert schließt Gegenionen und Kristallwasser aus. Bei einer Atommasse von Erbium von 167,259 g/mol gilt:
mg/L als Er = mg/L Salz × (Anzahl der Er-Atome pro Formeleinheit × 167,259) / molare Masse des Salzes.
| Reines Salz | Formel | Ungefähre molare Masse | Er aus 100 mg/L Salz |
|---|---|---|---|
| Wasserfreies Erbiumchlorid | ErCl3 | 273,62 g/mol | 61,1 mg/L als Er |
| Erbiumchlorid-Hexahydrat | ErCl3·6H2O | 381,71 g/mol | 43,8 mg/L als Er |
| Erbiumnitrat-Pentahydrat | Er(NO3)3·5H2O | 443,35 g/mol | 37,7 mg/L als Er |
Diese Beispiele setzen die jeweils angegebene reine Verbindung und eine vollständige Auflösung voraus; sie geben keine Löslichkeitsgrenzen an. Berücksichtigen Sie den tatsächlichen Gehalt des Produkts laut Analyse, die Feuchtigkeit, die tatsächlich vorliegende Hydratform und ungelöstes Material. Eine Erbiumkonzentration von 1 mmol/L entspricht 167,259 mg/L als Er. Eine Analyse des Gesamtgehalts an Elementen allein lässt keinen Rückschluss auf das ursprüngliche Salz zu.
Erbium aufkonzentrieren und zurückgewinnen
Adsorption mit anschließender Desorption oder Ionenaustausch mit anschließender Elution können abgeschiedenes Erbium in einen anderen Flüssigkeitsstrom überführen. Ein kleineres Endvolumen kann seine Konzentration erhöhen. Ein Konzentrat kann auch andere Seltenerdelemente, Salze und Verunreinigungen enthalten; daher müssen Rückgewinnungsgrad und Reinheit getrennt bestimmt werden.
Für eine beispielhafte Massenbilanz gilt: 1 m3 Wasser mit 10 mg/L als Er enthält 10 g Erbium. Werden 90 % dieser Masse in einem endgültigen Flüssigkeitsvolumen von 10 L zurückgewonnen, ergibt sich eine Konzentration von 900 mg/L als Er, also ein Aufkonzentrierungsfaktor von 90. Dies ist eine Berechnung, kein zu erwartender Behandlungsertrag. In einer tatsächlichen Bilanz sind alle Flüssigkeitsabgänge, verbleibenden Feststoffe und Verluste zu berücksichtigen.
Wichtige Eingangsgrößen für den Prozess sind Durchfluss, Temperatur, pH-Wert, Gesamterbium und gelöstes Erbium, andere Seltenerdelemente, Hauptionen, Schwebstoffe und bekannte komplexbildende Stoffe. Legen Sie sowohl den Zielwert für das behandelte Wasser als auch etwaige Rückgewinnungsziele fest, bevor Sie die Leistung durch Labor- oder Pilotversuche ermitteln.
Quellen
- Thermo Scientific Chemicals: wasserfreies Erbiumchlorid, Erbiumnitrat-Pentahydrat und Erbiumsulfat-Octahydrat.
- Inorganic Ventures: Leitfaden zum Periodensystem, Lösungschemie von Erbium.
- Adsorption von Erbium(III) an D113-III-Harz aus wässrigen Lösungen: Untersuchungen im Batch- und Säulenverfahren.
- Biosorption von Europium und Erbium aus wässrigen Lösungen mit vernetzten Sericin-Alginat-Kügelchen.
- Royal Society of Chemistry: Atomdaten und Trennung von Erbium.