Sais comuns de lutécio na água: solubilidade, remoção e concentração
Os sais de lutécio comportam-se de forma diferente na água. Os reagentes de cloreto, nitrato e sulfato podem fornecer lutécio dissolvido, enquanto o carbonato, o oxalato e o fluoreto são pouco solúveis. O tratamento depende da forma química presente após a mistura, e não apenas do nome do sal de partida.
Para informações sobre as fontes e a química geral em meio aquoso, consulte lutécio na água.
Sais comuns de lutécio e solubilidade em água
| Sal | Fórmula | Comportamento na água | Consideração prática |
|---|---|---|---|
| Cloreto de lutécio(III) hexahidratado | LuCl3·6H2O | Solúvel | A hidratação altera a massa de reagente necessária para uma determinada concentração de Lu. |
| Nitrato de lutécio(III) hidratado | Lu(NO3)3·xH2O | Solúvel | Utilize o grau de hidratação indicado ou o teor de Lu certificado; um hidrato não especificado não tem uma única massa molar. |
| Sulfato de lutécio(III) octahidratado | Lu2(SO4)3·8H2O | Solúvel | A temperatura e os outros sais dissolvidos afetam a solubilidade nas condições em causa. |
| Carbonato de lutécio(III) hidratado | Lu2(CO3)3·xH2O | Pouco solúvel | A adição de ácido pode alterar a dissolução e a especiação. |
| Oxalato de lutécio(III) hidratado | Lu2(C2O4)3·xH2O | Pouco solúvel | A precipitação exige a posterior separação dos sólidos. |
| Fluoreto de lutécio(III) | LuF3 | Pouco solúvel | O fluoreto pode dificultar a manutenção do lutécio em solução para análise. |
Estas são descrições qualitativas, não concentrações de saturação nem garantias de tratamento. Ao conceber uma preparação ou um processo, utilize dados de solubilidade para o produto exato, a temperatura e a composição da solução. Pouco solúvel não significa ausência de lutécio dissolvido.
O que acontece depois de um sal se dissolver?
O lutécio encontra-se habitualmente no estado de oxidação +3. A sua distribuição entre espécies dissolvidas e sólidos depende do pH, das substâncias complexantes e dos iões concorrentes. Um reagente solúvel pode formar um precipitado após ser misturado com outra corrente. Inversamente, um ácido ou uma substância complexante pode alterar a dissolução de um sólido.
Meça o lutécio total e o lutécio dissolvido com uma preparação das amostras claramente definida. Os coloides e as partículas finas podem afetar a fração dissolvida definida operacionalmente. A fórmula do sal, por si só, não identifica todas as espécies presentes na água tratada.
Remoção de lutécio da água
A sedimentação e a filtração podem remover partículas separáveis. Por si só, não demonstram a remoção de Lu(III) dissolvido. A precipitação converte o lutécio dissolvido num sólido para posterior separação; teste o pH, a dose de reagente, o lutécio dissolvido residual e o comportamento das lamas na água em causa.
A permuta iónica e a adsorção podem captar lutécio dissolvido. A investigação com permutadores catiónicos e aniónicos ativados estudou a captação a partir de soluções de nitrato. Terras raras concorrentes, a acidez e substâncias complexantes podem alterar o desempenho, pelo que os resultados laboratoriais não devem ser diretamente extrapolados para outra corrente.
Podem também ser avaliados processos de membrana especializados. Um estudo sobre uma membrana de inclusão polimérica examinou o transporte de Lu(III) e a regeneração da membrana. Trata-se de um mecanismo diferente da filtração convencional de partículas. Avalie a seletividade, a recuperação e a composição de todas as correntes de saída antes de escolher um processo.
Concentração: mg/L expressos em Lu versus mg/L de sal
Uma concentração expressa em Lu elementar contabiliza apenas a massa de lutécio. A concentração do sal inclui também os contra-iões e qualquer água de cristalização. Para um sal puro de composição conhecida:
mg/L expressos em Lu = mg/L de sal × (número de átomos de Lu na fórmula × 174,9668) / massa molar do sal.
| Base do reagente | Massa molar aproximada (g/mol) | Fração mássica de Lu | Lu fornecido por 100 mg/L de sal |
|---|---|---|---|
| Forma anidra: LuCl3 | 281.32 | 62.2% | 62,2 mg/L expressos em Lu |
| LuCl3·6H2O | 389.41 | 44.9% | 44,9 mg/L expressos em Lu |
Um mmol/L de lutécio corresponde a aproximadamente 174,97 mg/L expressos em Lu. Para o nitrato hidratado com x não especificado, calcule com base no teor de Lu certificado ou num grau de hidratação verificado. Corrija os cálculos da quantidade de reagente em função da pureza e da base de determinação do teor indicada no certificado.
Concentração e recuperação de lutécio
Após a captação, a dessorção ou a eluição pode transferir o lutécio para um volume menor de líquido. A remoção da corrente de alimentação, a recuperação nesse líquido e a pureza do produto recuperado são parâmetros distintos. As terras raras e os sais captados juntamente com o lutécio podem reduzir a pureza do produto, mesmo que a concentração de Lu aumente.
Para ilustrar um balanço de massa, 1 m³ de água de alimentação contendo 10 mg/L expressos como Lu contém 10 g de Lu. Se 90% dessa massa for recuperada em 10 L de solução final, a solução conterá 9 g de Lu, ou 900 mg/L expressos como Lu: um fator de concentração de 90 em relação à água de alimentação. Trata-se de um cálculo, não de uma previsão do rendimento do processo.
Contabilize o lutécio na água tratada, nos sólidos, nos meios de tratamento usados, nas águas de enxaguamento e nas soluções de regeneração. Inclua a água e os reagentes adicionados no balanço de volumes e verifique o produto final por análise.
Fontes
- Royal Society of Chemistry: propriedades e massa atómica do lutécio.
- Inorganic Ventures: Guia da Tabela Periódica, química do lutécio em solução.
- Thermo Scientific Chemicals: especificação do cloreto de lutécio(III) hexa-hidratado; nitrato hidratado; sulfato octa-hidratado.
- Sorção melhorada de iões de lutécio a partir de soluções aquosas utilizando permutadores iónicos ativados.
- Estudo preliminar de uma membrana de inclusão polimérica para a separação de lutécio(III) e a regeneração da membrana.