Sais comuns de praseodímio na água: solubilidade, remoção e concentração
Os sais comuns de praseodímio incluem cloreto, nitrato e sulfato, enquanto carbonato, oxalato, fosfato e fluoreto são relevantes como sólidos pouco solúveis. Este guia compara o seu comportamento na água e explica como expressar a concentração de praseodímio, removê-lo da água e concentrá-lo para recuperação.
Para informações sobre a ocorrência e o contexto ambiental, consulte praseodímio na água. Aqui, «comuns» refere-se à química laboratorial e de processos, não a uma classificação dos sais detetados em águas naturais. Quando um sal se dissolve, a sua fórmula original não descreve todas as espécies presentes: o Pr(III) pode formar complexos dissolvidos ou passar para a fase sólida.
Sais comuns e solubilidade na água
| Sal | Exemplos de fórmulas e hidratos | Solubilidade na água | Relevância prática |
|---|---|---|---|
| Cloreto de praseodímio(III) | PrCl3; PrCl3·6H2O ou ·7H2O | Solúvel em água; verificar o hidrato especificado. | Um sal solúvel usado como fonte de Pr. A remoção do Pr não remove necessariamente o cloreto. |
| Nitrato de praseodímio(III) | Pr(NO3)3; geralmente hidratado | Solúvel em água. | Utilizado para preparar soluções de Pr; o nitrato continua a ser uma questão distinta a considerar na qualidade da água. |
| Sulfato de praseodímio(III) | Pr2(SO4)3; octa-hidrato | Solubilidade limitada; fortemente dependente das condições e da fase sólida. | O sulfato também forma complexos dissolvidos; a presença de sulfato na água não provoca automaticamente a precipitação de todo o Pr. |
| Carbonato de praseodímio(III) | Pr2(CO3)3·xH2O | Pouco solúvel em água; a acidez favorece a dissolução. | Potencial produto de precipitação e recuperação. |
| Oxalato de praseodímio(III) | Pr2(C2O4)3·xH2O | Pouco solúvel; o pH e o excesso de ligando afetam o Pr dissolvido. | Relevante para a precipitação e concentração de terras raras. |
| Fosfato de praseodímio(III) | PrPO4 | Pouco solúvel; a acidez e a complexação afetam a dissolução. | Pode imobilizar o Pr numa fase sólida. |
| Fluoreto de praseodímio(III) | PrF3 | Pouco solúvel em água. | Um possível precipitado; a adição de fluoreto introduz outro contaminante e não constitui uma recomendação geral para o tratamento de água. |
Estas são comparações qualitativas, não concentrações de saturação. Um valor numérico de solubilidade deve indicar a temperatura, o pH, o hidrato ou a fase sólida, a composição da solução e as unidades. Valores em g por 100 g de água não podem ser utilizados diretamente como g/L de solução. Os hidróxidos e óxidos de Pr também são sólidos relevantes, mas não estão incluídos como sais nesta tabela. [1–4]
O que determina a quantidade de praseodímio dissolvido?
A solubilidade é uma propriedade de equilíbrio; a concentração medida também depende da quantidade introduzida, do tempo de residência e da separação dos sólidos. A acidez, o carbonato, o sulfato, o fosfato, o fluoreto e os ligandos orgânicos podem alterar o equilíbrio entre o Pr3+ livre, os complexos dissolvidos e os precipitados. Uma baixa concentração do ião livre não significa necessariamente uma baixa concentração total de Pr dissolvido. As previsões de precipitação devem ter em conta a complexação e as fases sólidas efetivamente presentes. [3,4]
Concentração: mg/L como Pr versus mg/L de sal
Apresente os resultados como praseodímio elementar, por exemplo, µg/L como Pr ou mg/L como Pr, e indique se a amostra representa a fração dissolvida ou a fração total. Não equipare a dose de sal ao Pr dissolvido que permanece após o estabelecimento do equilíbrio. Não existe uma concentração representativa única para todas as águas naturais ou industriais.
Concentração calculada de Pr (mg/L) = dose de sal (mg/L) × n × 140,90766 / massa molar do sal (g/mol).
Aqui, n é o número de átomos de Pr por unidade de fórmula. Inclua a água de cristalização na massa molar e, quando apropriado, corrija o cálculo em função do teor do produto.
| Sal definido | Massa molar aproximada (g/mol) | Pr proveniente de 100 mg/L de sal, calculado |
|---|---|---|
| PrCl3, anidro | 247.26 | 57,0 mg/L como Pr |
| PrCl3·6H2O | 355.35 | 39,7 mg/L como Pr |
| Pr(NO3)3·6H2O | 435.01 | 32,4 mg/L como Pr |
Estes exemplos estequiométricos pressupõem material puro, dissolução completa e ausência de perdas subsequentes; não são medições de solubilidade nem concentrações ambientais. Um mmol/L de Pr corresponde a aproximadamente 140,91 mg/L como Pr. Inversamente, 1 mg/L como Pr corresponde a aproximadamente 7,10 µmol/L.
Remoção da água
- Precipitação e separação de sólidos: avalie o ajuste do pH e os agentes precipitantes adequados com a água em questão. A química dos carbonatos, oxalatos e fosfatos pode transferir terras raras para os sólidos. Após a precipitação, proceda à sedimentação ou filtração; a mera formação de um precipitado não o remove do fluxo de água. A coprecipitação pode produzir uma lama com mistura de metais. [4]
- Troca iónica: retenha o Pr dissolvido numa resina adequada e regenere a resina, transferindo-o para um volume menor de líquido. A retenção de Pr(III) foi estudada com uma resina ácida de troca catiónica; a acidez, os iões concorrentes e a carga influenciam o desempenho. A capacidade obtida em laboratório não garante a capacidade operacional de uma instalação. [5]
- Adsorção: os adsorventes podem ligar-se ao Pr, mas o pH, o tempo de contacto e a composição da água são importantes. A investigação sobre a adsorção de Pr em sedimentos justifica a realização de ensaios, em vez de se presumir uma remoção universal. Avalie a regeneração ou eliminação do adsorvente usado. [6]
A filtração, por si só, atua sobre partículas, não sobre iões Pr livremente dissolvidos. A seleção do tratamento deve basear-se nas características medidas da água afluente, na concentração exigida à saída, nos metais concorrentes e nos fluxos resultantes de resíduos ou de recuperação. A remoção de Pr não demonstra, por si só, que o cloreto, o nitrato, o sulfato ou outros constituintes dissolvidos cumprem os requisitos de qualidade da água.
Concentração e recuperação
A remoção reduz o teor de Pr na água tratada; a recuperação recolhe-o num produto útil. A eluição após troca iónica pode concentrar o Pr num volume menor de líquido, enquanto a precipitação o concentra num sólido. Nenhuma destas etapas, por si só, assegura a separação das terras raras vizinhas nem a pureza necessária para obter um produto comercializável. [4,5]
Fator de concentração no líquido = concentração de Pr no eluato recolhido / concentração de Pr na alimentação. Calcule a recuperação separadamente, dividindo a massa de Pr recolhida pela massa de Pr na alimentação. Por exemplo, 1 m³ contendo 10 mg/L expressos em Pr contém 10 g de Pr. A recuperação de 90% em 10 L resultaria em 900 mg/L expressos em Pr e num fator de concentração de 90. Trata-se de um balanço de massa ilustrativo, não de uma previsão do desempenho do tratamento.
Informações para a avaliação do tratamento
Entre os dados úteis incluem-se o caudal, o Pr dissolvido e total, o pH, a temperatura, os principais aniões, os metais concorrentes, os sólidos em suspensão e a concentração pretendida à saída. Defina com o laboratório os procedimentos de amostragem e preparação analítica para que os resultados relativos ao Pr dissolvido e total continuem a ser comparáveis. Os ensaios de bancada devem medir o Pr residual, a separação de sólidos, o consumo de reagentes e a composição de qualquer concentrado.
Fontes e leituras complementares
- Stanford Materials: informações sobre o produto cloreto de praseodímio.
- CDH: especificação do nitrato de praseodímio.
- Inorganic Ventures: guia da tabela periódica, compatibilidade e solubilidade do praseodímio.
- Han (2020): Características da precipitação de elementos de terras raras com diversos agentes precipitantes.
- Estudos de modelação e de equilíbrio sobre a recuperação de praseodímio (III), disprósio (III) e ítrio (III) utilizando uma resina ácida de troca catiónica (2022).
- Sedimentos naturais de uma barragem e os seus materiais inorgânicos como adsorventes de praseodímio (Pr(III)) (2023).