Thulium im Wasser: Vorkommen, Chemie, Entfernung und Rückgewinnung

Thulium (Tm) ist ein Lanthanoid, das im Zusammenhang mit Mineralien der seltenen Erden oder mit Strömen aus deren Verarbeitung ins Wasser gelangen kann. Für Ingenieure, die solche Ströme untersuchen, ist die Unterscheidung zwischen im Wasser gelöstem Thulium und Thulium, das von Schwebstoffen oder Kolloiden getragen wird, entscheidend. Seine chemische Form und die Zusammensetzung des Wassers bestimmen, welche Trennverfahren geprüft werden sollten.

Vorkommen und Formen im Wasser

Thulium kommt zusammen mit anderen Seltenerdelementen in Mineralien wie Monazit vor und wird durch Verfahren zur Trennung seltener Erden gewonnen. In Prozesswasser kann Thulium gelöst, an Feststoffe adsorbiert oder in suspendierten Mineralpartikeln enthalten sein. Wenn diese Unterscheidung die Auslegung der Wasserbehandlung beeinflusst, sollten Probenahme und Analyse zwischen der gelösten Fraktion nach Filtration und dem Gesamtthuliumgehalt unterscheiden. Filtration allein erfasst partikelgebundenes Material; gelöstes Thulium wird dadurch nicht zwangsläufig entfernt.

Informationen zu den Eigenschaften und Anwendungen des Elements finden Sie auf der Seite über das Element Thulium.

Chemie des Thuliums in wässriger Lösung

Unter gewöhnlichen wässrigen Bedingungen liegt Thulium überwiegend in der Oxidationsstufe +3 als Tm(III) vor. Seine Verteilung zwischen gelöster und fester Phase hängt vom pH-Wert und von Stoffen ab, die das Metall binden oder mit ihm wechselwirken. Hydroxid, Carbonat, Phosphat und organische Liganden können gelöste Spezies, Adsorption und Fällung beeinflussen. Da Prozessströme aus der Verarbeitung seltener Erden andere Metalle und Komplexbildner enthalten können, lässt sich allein aus einer Änderung des pH-Werts nicht ableiten, wie viel Thulium abtrennbar wird.

Natürlich vorkommendes Thulium ist das stabile Isotop Thulium-169. Thulium-170 ist ein radioaktives Isotop, das durch Bestrahlung erzeugt werden kann; die radiologischen Aspekte eines Stroms, der dieses Isotop enthält, sind getrennt von der Bewertung stabilen Thuliums als gelöstes Metall zu betrachten.

Überlegungen zur Entfernung und Rückgewinnung

Fällung und Feststoffabtrennung

Durch Anpassung der Bedingungen zur Bildung einer unlöslichen thuliumhaltigen Phase kann eine Entfernung mittels Klärung und Filtration möglich werden. Das Ergebnis hängt von der Speziation, konkurrierenden Wasserinhaltsstoffen und den Eigenschaften der entstehenden Feststoffe ab. Ist Thulium bereits an Partikel gebunden, kann eine physikalische Trennung auch ohne vorherige Fällung sinnvoll sein.

Ionenaustausch

Ionenaustauschermaterialien können gelöstes Tm(III) binden, doch andere Seltenerdionen und gelöste Metalle können um die Austauschplätze konkurrieren. Liganden können auch die für den Austausch verfügbare Form verändern. Die Auswahl des Materials sowie die Möglichkeiten zur Regeneration oder Rückgewinnung müssen daher anhand der tatsächlichen Zusammensetzung des Stroms geprüft werden.

Membrankonzentrierung

Membranverfahren können gelöste thuliumhaltige Spezies je nach Membranauswahl, Speziation und Betriebsbedingungen abtrennen oder konzentrieren. Bei vorhandenen Schwebstoffen oder Niederschlägen kann eine Vorbehandlung erforderlich sein. Eine Membran erzeugt ein Konzentrat, für das weiterhin ein klar festgelegter Umgangs- oder Rückgewinnungsweg nötig ist; sie zerstört Thulium nicht.

Bewertung eines Prozessstroms

Für eine aussagekräftige Bewertung werden vor dem Vergleich von Behandlungsverfahren der Gesamtgehalt und der gelöste Anteil an Thulium, der pH-Wert, Schwebstoffe, konkurrierende Metalle und relevante Liganden erfasst. Anschließend können Laborversuche klären, ob die Entfernung von Feststoffen, eine angestrebte Qualität des behandelten Wassers oder die Konzentrierung von Thulium für eine mögliche Rückgewinnung das Ziel ist. Es kann nicht davon ausgegangen werden, dass ein einzelnes Trennverfahren für jeden thuliumhaltigen Strom wirksam ist.