Sais de tântalo na água: solubilidade, remoção e concentração
Os compostos de tântalo podem reagir com a água e alterar a sua forma química. Por isso, os dados de solubilidade devem distinguir a simples dissolução da hidrólise ou decomposição. A escolha do tratamento depende do tântalo efetivamente dissolvido e presente sob a forma de partículas na água de alimentação.
Para informações sobre a ocorrência e a química geral, consulte tântalo na água.
Compostos comuns de tântalo e o seu comportamento na água
Os seguintes compostos disponíveis comercialmente são relevantes para o processamento do tântalo e a química laboratorial. A tabela descreve os produtos citados; não estabelece uma classificação do consumo mundial nem atribui uma concentração de saturação sem fundamento.
| Composto | Fórmula | Comportamento na água | Implicações para o tratamento |
|---|---|---|---|
| Cloreto de tântalo(V) | TaCl5 | A Thermo Scientific indica que reage com a água. | Tenha em conta a hidrólise. A fórmula inicial não descreve todas as espécies presentes após o contacto com a água. |
| Fluoreto de tântalo(V) | TaF5 | A Gelest indica que reage com a água. | A acidez e a concentração de fluoreto afetam a química em solução aquosa. A quantidade de reagente adicionada não é uma concentração medida de tântalo dissolvido. |
| Heptafluorotantalato(V) de potássio | K2TaF7 | A especificação do produto da Thermo Scientific citada indica que se decompõe na água. | Não interprete uma simples indicação de solúvel/insolúvel como prova de estabilidade química na água em questão. |
Estas descrições qualitativas não são limites numéricos de solubilidade. Utilize dados relativos à forma sólida exata, à temperatura, à acidez e à composição da solução. O comportamento de um complexo de fluoreto numa solução de processo ácida difere do de um composto sólido adicionado a água comum.
Solubilidade e espécies dissolvidas
Nestes compostos, o tântalo ocorre geralmente como Ta(V). A hidrólise, a formação de complexos e a precipitação influenciam a distribuição entre material dissolvido, coloides e sólidos. Foram estudados meios com fluoreto e cloreto para a recuperação de tântalo, e as condições afetam o comportamento da extração. Observações laboratoriais também mostram que podem formar-se precipitados durante o armazenamento de soluções de halogenetos de tântalo.
Apresente separadamente os resultados de tântalo total e de tântalo operacionalmente definido como dissolvido, incluindo as especificações do filtro, a conservação das amostras e o método analítico. Uma fração filtrada pode conter coloides e complexos. Meça o nióbio e outros elementos associados quando a pureza do produto recuperado for importante.
Remoção de tântalo da água
- Partículas e precipitados: avalie a sedimentação, a coagulação quando adequada e a filtração. Ao testar a precipitação de uma fração dissolvida, meça o tântalo dissolvido residual e a separação dos sólidos.
- Permuta iónica: estudos sobre o processamento de tântalo e nióbio demonstram a importância da seleção da resina e da química da água de alimentação. Confirme a capacidade, a seletividade, a rutura e a regeneração com uma água de alimentação representativa.
- Extração por solventes: a investigação demonstra a recuperação a partir de soluções especializadas de halogenetos. Avalie a separação de fases, a reextração e a gestão dos solventes. Esses resultados não estabelecem uma percentagem universal de remoção em águas residuais.
- Adsorção e membranas: determine experimentalmente o desempenho para as espécies e a composição da água em questão. Verifique a compatibilidade dos materiais, os iões concorrentes, a colmatação e a corrente residual resultante.
A remoção transfere o tântalo para sólidos, meios de tratamento, uma fase de extração ou um concentrado. Inclua estas correntes no balanço material. Remover conjuntamente o tântalo e o nióbio é diferente de separar os dois elementos.
Concentração: mg/L expressos como Ta versus mg/L de composto
Para um composto puro que contenha um átomo de tântalo por unidade de fórmula:
mg/L expressos como Ta = mg/L de composto × 180,948 ÷ massa molar do composto.
| Composto | Massa molar aproximada (g/mol) | Fração mássica de tântalo | Ta elementar em 100 mg de composto puro |
|---|---|---|---|
| Cloreto de tântalo(V) | 358.20 | 50.5% | 50,5 mg |
| Fluoreto de tântalo(V) | 275.94 | 65.6% | 65,6 mg |
| Heptafluorotantalato(V) de potássio | 392.13 | 46.1% | 46,1 mg |
Estes cálculos descrevem quantidades teóricas do elemento. Não são valores de solubilidade nem instruções para preparar soluções. Corrija os cálculos em função da pureza efetiva e do estado de hidratação do composto; um teor determinado com base nos metais não corresponde necessariamente à pureza em massa do composto completo. Um mmol/L de Ta elementar corresponde a aproximadamente 180,948 mg/L expressos como Ta, independentemente do reagente original.
Concentração e recuperação de tântalo
A captura seguida de reextração ou eluição pode transferir o tântalo para um volume menor de líquido. A concentração depende da massa efetivamente recuperada:
Concentração do produto recuperado = concentração na alimentação × volume de alimentação × fração da massa recuperada ÷ volume do produto recuperado.
Por exemplo, 1 000 L com 10 mg/L expressos como Ta contêm 10 g de tântalo. A recuperação de 90% dessa massa em 10 L resulta em 900 mg/L expressos como Ta, um fator de concentração de 90. Este é um exemplo de balanço material, não um resultado de processo garantido. Inclua no cálculo as águas de lavagem, a diluição e o tântalo não recuperado.
Apresente separadamente a eficiência de remoção, a recuperação em massa e a pureza do produto recuperado. Concentrar uma solução mista não purifica, por si só, o tântalo. Contabilize o tântalo na água tratada, nos sólidos, nos meios de tratamento esgotados, nas fases de extração e nos líquidos de regeneração.
Informações úteis para avaliar o tratamento
Forneça o caudal, o pH, a temperatura, as concentrações de tântalo e nióbio totais e dissolvidos, os sólidos em suspensão, os iões principais e as substâncias complexantes. Defina o objetivo para a água tratada e o produto de recuperação pretendido. São necessários ensaios com uma água de alimentação representativa e um balanço material completo para avaliar o desempenho do tratamento.
Fontes
- Royal Society of Chemistry: tântalo.
- Thermo Scientific: cloreto de tântalo(V).
- Gelest: ficha de dados de segurança do pentafluoreto de tântalo.
- Thermo Scientific: heptafluorotantalato(V) de potássio.
- Reciclagem de tântalo por extração por solvente: cloreto é melhor do que fluoreto.
- Separação e isolamento de tântalo e nióbio da tantalita por extração por solvente e troca iónica.