Sais de gadolínio na água: solubilidade, remoção e concentração

O cloreto e o nitrato de gadolínio podem introduzir gadolínio dissolvido na água, enquanto o carbonato, o oxalato, o fosfato e o fluoreto são sólidos pouco solúveis. A escolha de um processo de remoção ou concentração exige mais do que uma medição do gadolínio total: a forma química, o pH e as outras substâncias dissolvidas são importantes.

Este guia aborda sais de gadolínio comuns disponíveis comercialmente e cálculos práticos para o tratamento de água. Para informações sobre a ocorrência e as vias de dispersão ambiental, consulte gadolínio na água.

Sais comuns de gadolínio e solubilidade em água

A tabela descreve o comportamento qualitativo, não uma concentração de saturação universal. A temperatura, a forma hidratada, a acidez e os agentes complexantes podem alterar a quantidade que se dissolve. Ao preparar soluções ou conceber um processo, utilize dados relativos ao produto específico e às condições de funcionamento.

SalFórmula representativaComportamento na águaRelevância prática
Cloreto de gadolínio(III) hexa-hidratadoGdCl3·6H2OSolúvel em água.Uma fonte solúvel de Gd(III); o hidrato contém menos gadolínio por grama do que o cloreto anidro.
Nitrato de gadolínio(III) hexa-hidratadoGd(NO3)3·6H2OAltamente solúvel.A preparação da solução deve ter em conta tanto a carga de gadolínio como a de nitrato.
Sulfato de gadolínio(III) octa-hidratadoGd2(SO4)3·8H2OSolúvel em água fria.Verifique a solubilidade em função da temperatura e a química dos sulfatos antes de concentrar uma solução.
Carbonato de gadolínio(III) hidratadoGd2(CO3)3·xH2OPouco solúvel em água.Um sólido em suspensão não equivale a gadolínio dissolvido; a hidratação variável afeta os cálculos de massa.
Oxalato de gadolínio(III) hidratadoGd2(C2O4)3·xH2OPouco solúvel em água; a solubilidade depende da acidez e da concentração de oxalato.Relevante para a precipitação e a recuperação; é necessário medir o gadolínio dissolvido residual.
Fosfato de gadolínio(III)GdPO4, também em formas hidratadasSolubilidade muito baixa em água.A formação de um sólido pode transferir o gadolínio para as lamas sem destruir o elemento.
Fluoreto de gadolínio(III)GdF3Pouco solúvel em água.Tanto o fluoreto como o gadolínio devem ser considerados no tratamento e na gestão dos resíduos.

Os sais dissolvidos são diferentes dos quelatos de gadolínio

Nestes sais, o gadolínio é predominantemente trivalente, Gd(III). Após a dissolução, a sua distribuição entre iões hidratados, complexos e sólidos depende da composição da água. O nome do sal inicialmente adicionado não descreve todas as espécies presentes posteriormente.

Os agentes de contraste à base de gadolínio utilizados em ressonância magnética ligam o gadolínio a ligandos orgânicos. Estes quelatos podem permanecer dissolvidos e comportar-se de forma diferente do Gd(III) não complexado. Por isso, um processo testado com cloreto de gadolínio não demonstra uma remoção equivalente de um agente de contraste intacto. A investigação em águas residuais demonstrou a remoção incompleta do gadolínio proveniente de agentes de contraste e a importância de análises específicas para cada composto.

Remoção do gadolínio da água

Separação de sólidos e precipitação

A sedimentação e a filtração podem separar partículas que contêm gadolínio; por si só, não demonstram a remoção das espécies dissolvidas. Quando as condições químicas permitem formar um sal pouco solúvel, a precipitação seguida da separação de sólidos pode transferir o gadolínio para um sólido recuperável ou destinado à eliminação. Os estudos sobre oxalato e fosfato de gadolínio ilustram esta química, mas nenhum deles estabelece um pH operacional ou uma dose universal para águas residuais.

Analise a água em questão quanto ao gadolínio dissolvido residual e ao gadolínio total, ao consumo de reagentes, à separação de sólidos e à possível redissolução. Uma complexação forte pode impedir o comportamento esperado de uma solução salina simples. A adição de um agente precipitante também altera a água tratada e gera um resíduo que exige gestão.

Adsorção e permuta iónica

A adsorção e a permuta iónica podem ser estudadas para o gadolínio dissolvido. Selecione os meios de tratamento em função das espécies presentes: uma espécie de Gd(III) com carga positiva e um quelato neutro ou com carga negativa não se ligam necessariamente ao mesmo meio. Os iões concorrentes, a matéria orgânica, a capacidade, o ponto de ruptura e a regeneração determinam o desempenho na prática. A investigação recente sobre a captura de gadolínio de origem médica destaca a necessidade de testar quelatos específicos e condições realistas de competição entre iões.

Para avaliar um processo, são úteis dados sobre o caudal, o pH, a temperatura, o gadolínio total e dissolvido, os principais iões, a matéria orgânica e quaisquer agentes de contraste ou outros ligandos conhecidos. Os resultados laboratoriais e dos ensaios-piloto devem determinar a concentração alcançável no efluente e a composição dos meios de tratamento usados, da solução regenerante ou das lamas.

Concentração: mg/L expressos como Gd versus mg/L de sal

A concentração de gadolínio elementar e a concentração de sal são grandezas diferentes. Utilizando uma massa atómica do gadolínio de 157,25 g/mol:

mg/L expressos como Gd = mg/L de sal × (número de átomos de Gd por unidade de fórmula × 157,25) / massa molar do sal.

Sal puro pesadoMassa molar aproximadaGadolínio proveniente de 100 mg/L de sal
Anidro: GdCl3263,60 g/mol59,7 mg/L como Gd
GdCl3·6H2O371,69 g/mol42,3 mg/L como Gd
Gd(NO3)3·6H2O451,35 g/mol34,8 mg/L como Gd

Estes exemplos pressupõem o hidrato puro indicado e a dissolução completa. Corrija os cálculos tendo em conta o teor do produto, a humidade e qualquer fração não dissolvida. Uma concentração de 1 mmol/L de gadolínio corresponde a 157,25 mg/L como Gd. A análise do gadolínio total não identifica qual o sal ou quelato que lhe deu origem.

Concentração e recuperação do gadolínio

A remoção da corrente principal de água e a recuperação sob a forma de um produto útil são objetivos distintos. Um sólido capturado ou uma solução de regeneração podem conter outros elementos de terras raras e contaminantes. A concentração, por si só, não estabelece a pureza nem o valor comercial do produto.

Para ilustrar um balanço de massa, 1 m3 de água com 10 mg/L como Gd contém 10 g de gadolínio. A captura de 90% dessa massa num volume final de líquido de 10 L resultaria em 900 mg/L como Gd, um fator de concentração de 90. Trata-se de um cálculo, não de um rendimento de tratamento esperado. Ao avaliar um processo real, considere todas as correntes de saída, os sólidos residuais e as perdas.

Fontes

Páginas relacionadas