Gängige Europiumsalze in Wasser: Löslichkeit, Entfernung und Konzentration
Zu den gängigen Europiumsalzen zählen Chlorid, Nitrat und Sulfat. Carbonat, Phosphat und Fluorid sind relevante schwer lösliche Formen. Bei Europium ist zudem die Unterscheidung zwischen Eu(III) und Eu(II) wichtig: Die Oxidationsstufe kann seine Löslichkeit und sein Trennverhalten verändern.
Informationen zum Vorkommen und zum Umweltkontext finden Sie unter Europium in Wasser. „Gängig“ bezieht sich hier auf die Labor- und Prozesschemie, nicht auf eine Rangfolge der in natürlichen Gewässern nachgewiesenen Salze. Sobald sich ein Salz löst, beschreibt seine ursprüngliche Formel nicht alle in der Lösung vorhandenen Spezies.
Gängige Salze und ihre Wasserlöslichkeit
| Salz | Formel und Beispiele für Hydrate | Wasserlöslichkeit | Praktische Bedeutung |
|---|---|---|---|
| Europium(III)-chlorid | EuCl3; EuCl3·6H2O | Wasserlöslich; das angegebene Hydrat prüfen [1]. | Ein lösliches Eu-Ausgangssalz. Die Entfernung von Eu entfernt nicht zwangsläufig auch Chlorid. |
| Europium(III)-nitrat | Eu(NO3)3·6H2O | Wasserlöslich [2]. | Wird zur Herstellung von Eu-Lösungen verwendet; Nitrat bleibt ein gesondert zu berücksichtigender Wasserqualitätsparameter. |
| Europium(III)-sulfat | Eu2(SO4)3·8H2O | Als wasserlöslich angegeben; die Sättigung hängt von Temperatur, Hydrat und Zusammensetzung der Lösung ab [3]. | Dieses Salz des dreiwertigen Europiums nicht mit Eu(II)-sulfat verwechseln. |
| Europium(II)-sulfat | EuSO4 | Schwer löslich; wird nach einer Reduktion zur selektiven Fällung eingesetzt [4]. | Ein spezielles Rückgewinnungsverfahren, das die Kontrolle der Oxidationsstufe von Europium erfordert. |
| Europium(III)-carbonat | Eu2(CO3)3·xH2O | Schwer wasserlöslich [5]. | Für die Verarbeitung relevante feste Form; saure oder komplexbildende Lösungen müssen gesondert beurteilt werden. |
| Europium(III)-phosphat | EuPO4 | Als wasserunlöslich angegeben [6]. | Eine feste Phase, die Eu zurückhalten kann; unlöslich bedeutet nicht, dass die gelöste Konzentration null ist. |
| Europium(III)-fluorid | EuF3 | Wasserunlöslich [7]. | Die Zugabe von Fluorid bringt eine weitere Verunreinigung ein und ist keine allgemeine Empfehlung für die Wasseraufbereitung. |
Dies sind qualitative Vergleiche, keine numerischen Sättigungskonzentrationen. Bei einem Zahlenwert sollten Temperatur, pH-Wert, Oxidationsstufe, Hydrat oder feste Phase, Zusammensetzung der Lösung und Einheiten angegeben werden. Werte in g pro 100 g Wasser können nicht unmittelbar als g/L Lösung übernommen werden. Hydroxide und Oxide sind relevante Feststoffe, werden in dieser Tabelle jedoch nicht als Salze aufgeführt.
Eu(III), Eu(II) und gelöste Spezies
Eu(III) kann gelöste Komplexe bilden oder in Partikel und Niederschläge übergehen. Hydrolyse, Carbonatchemie und Sorption beeinflussen sein Verhalten in Wasser [8]. Die Konzentration freier Ionen, das gesamte gelöste Eu und das gesamte Eu sind unterschiedliche Messgrößen. Organische Liganden und konkurrierende Ionen können die Wirksamkeit der Behandlung verändern.
Die Reduktion zu Eu(II) wurde vor der selektiven Sulfatfällung eingesetzt [4]. Das bedeutet nicht, dass nach der Reduktion alle Eu-Salze unlöslich werden. EuCl2 ist wasserlöslich: Ergebnisse zur Rückgewinnung durch Chloridfällung aus wasserarmen Alkoholgemischen lassen sich nicht unmittelbar auf ein wässriges Wasseraufbereitungsverfahren übertragen [9]. Neben dem pH-Wert sind Redoxbedingungen und Sauerstoffeinwirkung zu beurteilen.
Konzentration: mg/L als Eu gegenüber mg/L Salz
Geben Sie die Konzentration an elementarem Europium beispielsweise in µg/L als Eu oder mg/L als Eu an und definieren Sie die untersuchte Probenfraktion. Die Masse eines zugegebenen Salzes umfasst auch seine Anionen und sein Kristallwasser. Aus einer Dosierungsberechnung lässt sich nicht bestimmen, wie viel gelöstes Eu nach Erreichen des Gleichgewichts verbleibt.
Berechnete Eu-Konzentration (mg/L) = Salzdosis (mg/L) × n × 151,964 / molare Masse des Salzes (g/mol).
Dabei ist n die Anzahl der Eu-Atome pro Formeleinheit. Berücksichtigen Sie das Kristallwasser und korrigieren Sie gegebenenfalls entsprechend dem analytisch bestimmten Produktgehalt.
| Definiertes Salz | Ungefähre molare Masse (g/mol) | Berechnetes Eu aus 100 mg/L Salz |
|---|---|---|
| EuCl3, wasserfrei | 258.31 | 58,8 mg/L als Eu |
| EuCl3·6H2O | 366.40 | 41,5 mg/L als Eu |
| Eu(NO3)3·6H2O | 446.06 | 34,1 mg/L als Eu |
Diese berechneten Beispiele setzen reines Material, vollständige Auflösung und keine anschließenden Verluste voraus. Es handelt sich weder um Löslichkeitsmessungen noch um Umweltkonzentrationen. Eine Konzentration von 1 mmol/L Eu entspricht ungefähr 151,964 mg/L als Eu; 1 mg/L als Eu entspricht ungefähr 6,58 µmol/L. Die verwendete Atommasse beträgt 151,964 [10].
Entfernung von Europium aus Wasser
- Fällung und Feststoffabtrennung: Geeignete pH-Einstellungen und Fällungsmittel mit repräsentativem Wasser prüfen. Die Fällung von Europiumhydroxid wurde in Prozesslösungen untersucht [11]. Nach der Fällung Sedimentation oder Filtration einsetzen; die Bildung eines Feststoffs allein entfernt ihn nicht aus dem Wasserstrom.
- Adsorption und Ionenaustausch: Geeignete Sorptionsmittel oder Harze für gelöstes Eu unter Berücksichtigung konkurrierender Metalle, Liganden, des Säuregrads und der Regeneration beurteilen. Die Aufnahme von Eu(III) mit experimentellen Sorptionsmitteln auf Alginatbasis wurde untersucht [8]. Die im Labor ermittelte Kapazität garantiert weder die Leistung im Anlagenbetrieb noch eine selektive Trennung von anderen Seltenen Erden.
- Redoxbasierte Trennung: Reduktion und Fällung von EuSO4 können die selektive Rückgewinnung aus geeigneten Prozesslösungen unterstützen [4]. Reagenzien, Stabilität der Oxidationsstufe und Restströme müssen prozessspezifisch bewertet werden.
Eine Filtration allein erfasst Partikel, nicht jedoch frei gelöste Eu-Ionen. Die Entfernung von Eu bedeutet nicht, dass Chlorid, Nitrat, Sulfat oder andere Bestandteile die Anforderungen an die Wasserqualität erfüllen.
Aufkonzentrierung und Rückgewinnung
Die Entfernung senkt den Eu-Gehalt im aufbereiteten Wasser; bei der Rückgewinnung wird Eu in einem anderen Stoffstrom oder Produkt gesammelt. Durch Fällung wird es in einem Feststoff aufkonzentriert. Bei der Elution eines beladenen Harzes kann Eu in einem kleineren Flüssigkeitsvolumen gesammelt werden; dies muss geprüft werden. Vor der Gewinnung eines nutzbaren Produkts kann eine weitere Reinigung erforderlich sein.
Aufkonzentrierungsfaktor der Flüssigkeit = Eu-Konzentration in der gesammelten Flüssigkeit / Eu-Konzentration im Zulauf. Die Rückgewinnungsrate ist separat als Masse des gesammelten Eu geteilt durch die Eu-Masse im Zulauf zu bestimmen. Beispielsweise enthält 1 m³ mit 10 mg/L als Eu insgesamt 10 g Eu. Werden 90 % davon in 10 L zurückgewonnen, ergibt dies 900 mg/L als Eu und einen Aufkonzentrierungsfaktor von 90. Dies ist eine beispielhafte Massenbilanz, keine Prognose der Verfahrensleistung.
Angaben zur Beurteilung der Aufbereitung
Zu den benötigten Angaben gehören Durchfluss, gelöstes und gesamtes Eu, pH-Wert, Temperatur, Redoxbedingungen, wichtige Anionen, organische Liganden, konkurrierende Metalle, Schwebstoffe und die gewünschte Ablaufkonzentration. Probenahme und analytische Probenvorbereitung mit dem Labor abstimmen. Eu-Restgehalt, Feststoffabtrennung, Reagenzienverbrauch und Zusammensetzung der Konzentrate prüfen.
Quellen und weiterführende Literatur
- ProChem: Europiumchlorid-Hexahydrat.
- ProChem: Europiumnitrat-Hexahydrat.
- Thermo Scientific: Europium(III)-sulfat-Octahydrat.
- Trennung von Europium aus einem Konzentrat mittelschwerer Seltener Erden, gewonnen aus Monazit in ägyptischem Schwarzsand.
- American Elements: Europiumcarbonat-Hydrat.
- ProChem: Europium(III)-phosphat.
- ProChem: Europium(III)-fluorid.
- Entfernung von Eu(III) mithilfe von mit Polyharnstoff vernetzten Alginat-Aerogelen.
- Photochemische Rückgewinnung von Europium aus nichtwässrigen Lösungen.
- Royal Society of Chemistry: Europium.
- Trennung von Yttrium und Europium durch Lösungsmittelextraktion mit unverdünnten Thiocyanat-Ionenflüssigkeiten.