Häufige Rheniumsalze in Wasser: Löslichkeit, Entfernung und Konzentration

Rheniumsalze in Wasser sind vor allem bei Spezialreagenzien und Verfahren zur Metallrückgewinnung relevant. In sauerstoffhaltigen Lösungen liegt gelöstes Rhenium häufig als Perrhenat vor, ReO₄⁻. Die Bezeichnung eines gelösten Salzes beschreibt den Ausgangsstoff oder das Produkt; sie bedeutet nicht, dass intakte Salzmoleküle in Lösung verbleiben.

Weitere Informationen zum Vorkommen und zur Wasserchemie finden Sie unter Rhenium in Wasser sowie zu industriellen Quellen und Rückgewinnungskreisläufen unter Rhenium in Bergbau- und Prozesswässern.

Beispiele für Rheniumsalze und ihre Wasserlöslichkeit

Dies sind Beispiele für Salze aus technischen Prozessen, keine Rangfolge von Stoffen in natürlichen Gewässern. Perrheniumsäure, HReO₄, ist eine Säure und kein Salz; saure Rückgewinnungslösungen werden häufig mit diesem Begriff beschrieben. Eine in Gramm Salz pro Liter angegebene Löslichkeit darf nicht als Gramm elementares Rhenium pro Liter verstanden werden. Angaben pro Liter Lösung und pro Kilogramm Wasser beruhen ebenfalls auf unterschiedlichen Bezugsgrößen.

Daten für reines Wasser dienen als erste Orientierung. Die tatsächliche Sättigung hängt von Temperatur, Säuregehalt, Gegenionen und den übrigen gelösten Salzen ab. Untersuchungen zu Ammoniumperrhenat mit Ammoniumchlorid, -nitrat und -sulfat zeigen, weshalb für eine gemischte Lösung eine eigene Gleichgewichtsbewertung erforderlich ist.

Rhenium aus Wasser entfernen

• Schwebstoffe abtrennen: Durch Klärung und Filtration werden rheniumhaltige Partikel entfernt. Eine gewöhnliche Partikelfiltration entfernt kein gelöstes Perrhenat.
• Gelöstes Perrhenat binden: Anionenaustausch und ausgewählte Adsorbentien können es aus dem Wasser in eine feste Phase überführen. Kapazität, Selektivität und Durchbruch sind mit dem tatsächlichen Wasser einschließlich Sulfat, Molybdat und anderer konkurrierender Ionen zu prüfen.
• Prozesslösungen trennen und reinigen: In der Rheniumhydrometallurgie wird Lösungsmittelextraktion eingesetzt. Sie erfordert einen geeigneten Zulauf und einen kontrollierten Extraktions- und Rückextraktionskreislauf; eine direkte Übertragung auf die Trinkwasseraufbereitung ist nicht angebracht.
• Ein kristallines Produkt gewinnen: Durch Fällung oder Kristallisation lassen sich Perrhenatsalze aus ausreichend konzentrierten und vorbehandelten Lösungen gewinnen. Die Entfernung von Spurenkonzentrationen ist ein anderes Ziel als die Herstellung eines hochreinen Salzes.

Bei der Wahl eines Behandlungsverfahrens sind gelöstes und gesamtes Rhenium, Durchfluss, pH-Wert, Redoxbedingungen, Salzgehalt, konkurrierende Metalle sowie die Anforderungen an Einleitung, Wiederverwendung oder Rückgewinnung zu berücksichtigen. Laborversuche und gegebenenfalls Pilotversuche belegen die Leistung. Verbrauchte Medien, Regenerationslösungen, Raffinat und Feststoffe müssen berücksichtigt werden; die Überführung von Rhenium in einen Reststoffstrom bedeutet nicht seine Zerstörung.

Konzentration: mg/L als Re gegenüber mg/L Salz

Für ein reines Salz mit bekannter Formel gilt:

mg/L als Re = mg/L Salz × Anzahl der Re-Atome pro Formeleinheit × 186,207 ÷ molare Masse des Salzes.

Ammoniumperrhenat hat eine molare Masse von ungefähr 268,24 g/mol und enthält ein Rheniumatom pro Formeleinheit. Sein theoretischer Massenanteil an Rhenium beträgt 69,42 %. Somit entsprechen 100 mg/L reines Ammoniumperrhenat ungefähr 69,42 mg/L als Re, wenn sein gesamtes Rhenium in der gemessenen Fraktion enthalten ist. Ein mmol/L Rhenium entspricht 186,207 mg/L als Re.

Dies sind Berechnungen zur Zusammensetzung, keine Löslichkeitsgrenzen. Der tatsächliche Gehalt des Reagenzes, der Hydratationszustand und die genaue chemische Formel sind zu berücksichtigen. Es ist anzugeben, ob ein Analyseergebnis gelöstes oder gesamtes Rhenium erfasst. Ein als Perrhenat angegebenes Ergebnis schließt die Masse des Sauerstoffs ein und kann nicht unmittelbar als Ergebnis in Re verwendet werden.

Rhenium konzentrieren und Rückgewinnung berechnen

Durch Elution aus einem Ionenaustauscherbett oder Rückextraktion aus einer Lösungsmittelextraktionsphase lässt sich gebundenes Rhenium in ein kleineres Flüssigkeitsvolumen überführen. Anschließende Reinigung und Kristallisation können Ammoniumperrhenat ergeben. Die Konzentration hängt von der zurückgewonnenen Masse und dem Endvolumen ab:

Konzentration im Rückgewinnungsstrom = Zulaufkonzentration × Zulaufvolumen × zurückgewonnener Massenanteil ÷ Volumen des Rückgewinnungsstroms.

Beispielsweise enthalten 1.000 L mit 10 mg/L als Re insgesamt 10 g Rhenium. Werden 90 % in 10 L zurückgewonnen, ergibt sich eine Konzentration von 900 mg/L als Re und ein Konzentrationsfaktor von 90. Dies veranschaulicht eine Massenbilanz, nicht eine garantierte Behandlungsleistung.

Entfernungseffizienz, Massenrückgewinnung und Produktreinheit sind getrennt anzugeben. Wasch- und Regenerationsflüssigkeiten sind in die Volumenbilanz einzubeziehen; Verunreinigungen müssen geprüft werden, bevor ein konzentrierter Strom als verkaufsfähiges Produkt betrachtet wird.

Eine Anwendung zur Rheniumbehandlung oder -rückgewinnung besprechen

Eine Herausforderung bei der Wasseraufbereitung besprechen

Quellen und weiterführende Literatur

• Todini Chemicals: Löslichkeit von Ammoniumperrhenat.
• Carl Roth: Sicherheitsdaten zu Ammoniumperrhenat, Wasserlöslichkeit bei 20 °C.
• Casas und Kollegen: Kristallisation von Natriumperrhenat bei 298 K.
• Experimentelle Studie: Löslichkeit und Dichte von Ammonium- und Kaliumperrhenatlösungen.
• Experimentelle Studie: Löslichkeit von Ammoniumperrhenat in Ammoniumsalzgemischen.
• Experimentelle Studie: Rückgewinnung von Rhenium aus industriellen Laugungslösungen durch Lösungsmittelextraktion.
• Übersicht über Technologien zur Extraktion und zum Recycling von Rhenium.
• Thermo Scientific: Formel und molare Masse von Ammoniumperrhenat.
• CIAAW: Standardatomgewicht von Rhenium.