Terbiumsalze in Wasser: Löslichkeit, Entfernung und Konzentration
Terbiumchlorid, -nitrat und -sulfat können gelöstes Terbium ins Wasser einbringen. Carbonat, Oxalat und Fluorid sind schwer lösliche Verbindungen. Die Behandlung hängt von der vorliegenden chemischen Form ab, nicht nur vom Namen des ursprünglich zugesetzten Salzes.
Dieser Leitfaden behandelt gängige handelsübliche Terbiumsalze, Aspekte ihrer Behandlung und Konzentrationsberechnungen. Informationen zu Quellen und Ausbreitungswegen in der Umwelt finden Sie unter Terbium in Wasser.
Gängige Terbiumsalze und ihre Wasserlöslichkeit
Die folgenden Beschreibungen sind qualitativ. Es handelt sich weder um Sättigungskonzentrationen noch um Dosiervorgaben. Verwenden Sie Löslichkeitsdaten für das jeweilige Hydrat, die Temperatur und die Zusammensetzung der Lösung; Säuregehalt und komplexbildende Stoffe können die gelöste Konzentration verändern.
| Salz | Beispielhafte Formel | Verhalten in Wasser | Praktische Bedeutung |
|---|---|---|---|
| Terbium(III)-chlorid-Hexahydrat | TbCl3·6H2O | Wasserlöslich. | Eine Quelle für gelöstes Tb(III). Die Hydratation beeinflusst den Massenanteil von Terbium. |
| Terbium(III)-nitrat-Hexahydrat | Tb(NO3)3·6H2O | Wasserlöslich. | Sowohl Terbium als auch Nitrat gelangen in die Lösung. Prüfen Sie das Hydrat und den Gehalt anhand des Produktzertifikats. |
| Terbium(III)-sulfat-Octahydrat | Tb2(SO4)3·8H2O | Wasserlöslich. | Prüfen Sie bei der Herstellung oder Aufkonzentrierung von Lösungen die Temperatur und die Sulfatzusammensetzung. |
| Terbium(III)-carbonat-Hydrat | Tb2(CO3)3·xH2O | In Wasser schwer löslich. | Eine Suspension ist etwas anderes als eine gelöste Lösung. Ein variabler Hydratationsgrad verändert die Massenberechnungen. |
| Terbium(III)-oxalat-Hydrat | Tb2(C2O4)3·xH2O | In Wasser schwer löslich. | Relevant für Fällung und Rückgewinnung; messen Sie das verbleibende gelöste Terbium, statt von einer vollständigen Abscheidung auszugehen. |
| Terbium(III)-fluorid | TbF3 | In Wasser schwer löslich. | Berücksichtigen Sie bei der Bewertung der Wasserqualität und der Rückstände neben Terbium auch Fluorid. |
Was geschieht, nachdem sich ein Salz gelöst hat?
Diese Salze enthalten dreiwertiges Terbium, Tb(III). Gelöstes Terbium kann als hydratisierte Ionen oder Komplexe vorliegen; bei verändertem pH-Wert gewinnt die Hydrolyse an Bedeutung. In einer aus einem löslichen Salz hergestellten Lösung können sich anschließend Partikel bilden oder Terbium kann sich an andere Oberflächen binden. Organische Liganden und andere Ionen können dieses Verhalten verändern.
Unterscheiden Sie zwischen dem gesamten Terbium und dem mittels eines festgelegten Filtrationsverfahrens operational definierten gelösten Anteil. Feine Partikel und Kolloide können diese Unterscheidung erschweren. Dokumentieren Sie das Verfahren zur Probenahme und Probenvorbereitung, damit Messungen vor und nach der Behandlung vergleichbar sind.
Entfernung von Terbium aus Wasser
Feststoffabtrennung und Fällung
Sedimentation und Filtration entfernen terbiumhaltige Partikel, sofern sich die Feststoffe wirksam abtrennen lassen. Sie belegen für sich genommen nicht die Entfernung von gelöstem Tb(III). Durch Fällung kann gelöstes Terbium in einen schwer löslichen Feststoff überführt werden, wenn die Lösungschemie dies zulässt.
Die Bildung von Terbiumoxalat wurde in Rückgewinnungsverfahren genutzt. Daraus lässt sich keine allgemein gültige Reagenziendosis oder kein allgemein gültiger Betriebs-pH-Wert für Abwasser ableiten. Prüfen Sie Säuregehalt, komplexbildende Stoffe, konkurrierende Metalle, verbleibendes gelöstes Terbium und die Filtrierbarkeit des Niederschlags. Zugesetzte Reagenzien und der entstehende Schlamm müssen in die Verfahrensbewertung einbezogen werden.
Adsorption und Ionenaustausch
In Primärstudien wurde die Abscheidung von Terbium mit Adsorbentien auf Cellulosebasis, funktionalisierten magnetischen Partikeln und natürlichem Klinoptilolith untersucht. Eine Studie zu Klinoptilolith untersuchte Tb(III) in Spurenkonzentrationen unter Durchflussbedingungen sowie die anschließende Desorption. Diese Studien zeigen mögliche Mechanismen der Abscheidung und Rückgewinnung auf, garantieren aber keine bestimmte Leistung bei einem anderen Wasser.
Prüfen Sie für eine praxisgerechte Auslegung die Kapazität des Materials, die Kontaktzeit, den Durchbruch, die Auswirkungen konkurrierender Ionen und die Regeneration mit dem tatsächlichen Zulauf. Ergebnisse mit einer einfachen Terbiumsalzlösung können sich von denen mit einem gemischten Seltenerdmetall-Laugungsprodukt oder mit Wasser, das organische Liganden enthält, unterscheiden. Bewerten Sie das behandelte Wasser und das verbrauchte Material beziehungsweise die Regenerationsflüssigkeit gemeinsam.
Konzentration: mg/L als Tb gegenüber mg/L Salz
Eine als elementares Terbium angegebene Konzentration schließt Gegenionen und Kristallwasser aus. Bei einer Atommasse von 158,925 g/mol gilt:
mg/L als Tb = mg/L Salz × (Anzahl der Tb-Atome pro Formeleinheit × 158,925) / molare Masse des Salzes.
| Eingewogenes reines Salz | Ungefähre molare Masse | Terbium aus 100 mg/L Salz |
|---|---|---|
| Wasserfreies TbCl3 | 265,28 g/mol | 59,9 mg/L als Tb |
| TbCl3·6H2O | 373,37 g/mol | 42,6 mg/L als Tb |
| Tb(NO3)3·6H2O | 453,03 g/mol | 35,1 mg/L als Tb |
Diese Berechnungen setzen die angegebene reine Verbindung und eine vollständige Auflösung voraus. Berücksichtigen Sie den tatsächlichen Gehalt des Produkts, Feuchtigkeit und ungelöstes Material. Eine Terbiumkonzentration von 1 mmol/L entspricht 158,925 mg/L als Tb. Aus dieser Konzentration allein lässt sich anhand einer Analyse des Gesamtgehalts an Elementen das ursprünglich eingesetzte Salz nicht bestimmen.
Terbium aufkonzentrieren und zurückgewinnen
Die Entfernung aus dem Hauptwasserstrom und die Rückgewinnung als nutzbares Produkt sind unterschiedliche Ziele. Durch Adsorption mit anschließender Desorption kann Terbium in ein kleineres Flüssigkeitsvolumen überführt werden. Eine Studie mit einem Adsorbens auf Cellulosebasis zeigte die Desorption mittels Säure von einem beladenen Adsorbens; eine Untersuchung zu Abwasser aus der Rückgewinnung von Schrott befasste sich mit der Abscheidung bei niedrigen Terbiumkonzentrationen.
Ein Konzentrat kann auch andere Seltenerdelemente, gelöste Salze und Verunreinigungen enthalten. Beurteilen Sie Selektivität und Produktreinheit getrennt vom prozentualen Entfernungsgrad. Weder die Aufkonzentrierung noch eine erfolgreiche Adsorption allein belegt den kommerziellen Wert eines zurückgewonnenen Materials.
Für eine beispielhafte Massenbilanz enthält 1 m3 Wasser mit 10 mg/L als Tb insgesamt 10 g Terbium. Werden 90 % dieser Masse in einem endgültigen Flüssigkeitsvolumen von 10 L zurückgewonnen, ergeben sich 900 mg/L als Tb, entsprechend einem Aufkonzentrierungsfaktor von 90. Dies ist eine Berechnung und keine zu erwartende Ausbeute bei der Behandlung. Berücksichtigen Sie in einer tatsächlichen Bilanz alle flüssigen Abströme, verbleibenden Feststoffe und Verluste.
Wichtige Angaben für die Verfahrensauswahl
Wichtige Angaben sind Durchfluss, Temperatur, pH-Wert, Gesamtgehalt und gelöster Anteil an Terbium, andere Seltenerdelemente, Hauptionen, Schwebstoffe und bekannte komplexbildende Stoffe. Legen Sie sowohl das Ziel für das behandelte Wasser als auch ein etwaiges Rückgewinnungsziel fest und ermitteln Sie anschließend anhand von Labor- oder Pilotversuchen die erreichbare Leistung.
Quellen
- Thermo Scientific Chemicals: Terbium(III)-chlorid-Hexahydrat und Terbium(III)-nitrat-Hydrat.
- Stanford Materials: Terbium(III)-sulfat-Octahydrat und Terbium(III)-carbonat.
- Inorganic Ventures: Leitfaden zum Periodensystem, Lösungschemie des Terbiums.
- American Elements: Terbiumverbindungen, einschließlich Fluorid.
- Verfahren zur Rückgewinnung von Terbiumoxid aus Glas, Patent zur Oxalatfällung.
- Bioadsorbens auf Cellulosebasis zur Rückgewinnung von Terbiumionen.
- Sorption von Terbium an transkarpatischem Klinoptilolith.
- Terbiumadsorption mit funktionalisierten magnetischen Nanopartikeln.
- Terbiumadsorption aus Abwasser der Nd-Fe-B-Schrottrückgewinnung.
- Royal Society of Chemistry: Atomdaten zu Terbium.