Sais de térbio na água: solubilidade, remoção e concentração
O cloreto, o nitrato e o sulfato de térbio podem fornecer térbio dissolvido à água. O carbonato, o oxalato e o fluoreto são compostos pouco solúveis. O tratamento depende da forma química presente, não apenas do nome do sal originalmente adicionado.
Este guia aborda sais de térbio comuns disponíveis comercialmente, considerações sobre o tratamento e cálculos de concentração. Para informações sobre fontes e vias de dispersão ambiental, consulte térbio na água.
Sais de térbio comuns e solubilidade em água
As descrições seguintes são qualitativas. Não representam concentrações de saturação nem especificações de dosagem. Utilize dados de solubilidade relativos ao hidrato específico, à temperatura e à composição da solução; a acidez e as substâncias complexantes podem alterar a concentração dissolvida.
| Sal | Fórmula representativa | Comportamento na água | Relevância prática |
|---|---|---|---|
| Cloreto de térbio(III) hexa-hidratado | TbCl3·6H2O | Solúvel em água. | Fonte de Tb(III) dissolvido. A hidratação afeta a fração mássica de térbio. |
| Nitrato de térbio(III) hexa-hidratado | Tb(NO3)3·6H2O | Solúvel em água. | Tanto o térbio como o nitrato passam para a solução. Verifique o hidrato e o teor indicado no certificado do produto. |
| Sulfato de térbio(III) octa-hidratado | Tb2(SO4)3·8H2O | Solúvel em água. | Verifique a temperatura e a composição em sulfato ao preparar ou concentrar soluções. |
| Carbonato de térbio(III) hidratado | Tb2(CO3)3·xH2O | Pouco solúvel em água. | Uma suspensão é diferente de uma solução. A hidratação variável altera os cálculos de massa. |
| Oxalato de térbio(III) hidratado | Tb2(C2O4)3·xH2O | Pouco solúvel em água. | Relevante para a precipitação e a recuperação; meça o térbio dissolvido residual em vez de presumir uma captura completa. |
| Fluoreto de térbio(III) | TbF3 | Pouco solúvel em água. | Considere tanto o fluoreto como o térbio ao avaliar a qualidade da água e os resíduos. |
O que acontece depois de um sal se dissolver?
Estes sais contêm térbio trivalente, Tb(III). O térbio dissolvido pode ocorrer sob a forma de iões hidratados ou complexos, e a hidrólise torna-se relevante à medida que o pH varia. Uma solução preparada a partir de um sal solúvel pode posteriormente formar partículas ou ligar o térbio a outras superfícies. Os ligandos orgânicos e outros iões podem alterar esse comportamento.
Distinga o térbio total da fração dissolvida, definida operacionalmente por um método de filtração especificado. As partículas finas e os coloides podem complicar esta distinção. Registe o método de amostragem e preparação para que as medições antes e depois do tratamento possam ser comparadas.
Remoção de térbio da água
Separação de sólidos e precipitação
A sedimentação e a filtração removem partículas que contêm térbio, desde que os sólidos possam ser separados eficazmente. Por si só, não demonstram a remoção de Tb(III) dissolvido. A precipitação pode transferir o térbio dissolvido para um sólido pouco solúvel quando a composição química da solução o permite.
A formação de oxalato de térbio tem sido utilizada em processos de recuperação. Isso não estabelece uma dose de reagente nem um pH de funcionamento universal para águas residuais. Verifique a acidez, as substâncias complexantes, os metais concorrentes, o térbio dissolvido residual e a filtrabilidade do precipitado. Os reagentes adicionados e as lamas resultantes devem ser incluídos na avaliação do processo.
Adsorção e permuta iónica
A investigação científica examinou a captura de térbio utilizando adsorventes à base de celulose, partículas magnéticas funcionalizadas e clinoptilolite natural. Um estudo sobre a clinoptilolite investigou Tb(III) em concentrações vestigiais em condições de escoamento e a subsequente dessorção. Estes estudos fornecem exemplos de possíveis mecanismos de captura e recuperação, não garantias de desempenho para uma água diferente.
Para uma conceção prática, teste a capacidade do meio, o tempo de contacto, o ponto de rutura, os efeitos dos iões concorrentes e a regeneração utilizando a alimentação real. Os resultados obtidos com uma solução simples de sal de térbio podem diferir dos obtidos com um lixiviado misto de terras raras ou com água que contenha ligandos orgânicos. Avalie em conjunto a água tratada e o meio esgotado ou o líquido de regeneração.
Concentração: mg/L como Tb versus mg/L de sal
Uma concentração expressa como térbio elementar exclui os contraíons e a água de cristalização. Utilizando uma massa atómica de 158,925 g/mol:
mg/L como Tb = mg/L de sal × (número de átomos de Tb por unidade de fórmula × 158,925) / massa molar do sal.
| Sal puro pesado | Massa molar aproximada | Térbio proveniente de 100 mg/L de sal |
|---|---|---|
| Cloreto anidro: TbCl3 | 265,28 g/mol | 59,9 mg/L como Tb |
| TbCl3·6H2O | 373,37 g/mol | 42,6 mg/L como Tb |
| Tb(NO3)3·6H2O | 453,03 g/mol | 35,1 mg/L como Tb |
Estes cálculos pressupõem o composto puro indicado e a dissolução completa. Corrija os valores tendo em conta o teor declarado do produto, a humidade e o material não dissolvido. Uma concentração de 1 mmol/L de térbio corresponde a 158,925 mg/L como Tb. A análise elementar total não permite identificar o sal original apenas com base nesta concentração.
Concentração e recuperação de térbio
A remoção da corrente principal de água e a recuperação sob a forma de um produto útil são objetivos distintos. A adsorção seguida de dessorção pode transferir o térbio para um volume menor de líquido. Um estudo com um adsorvente à base de celulose demonstrou a dessorção ácida a partir de um adsorvente carregado, enquanto uma investigação sobre águas residuais da recuperação de sucata examinou a captura a baixas concentrações de térbio.
Um concentrado também pode conter outros elementos de terras raras, sais dissolvidos e impurezas. Avalie a seletividade e a pureza do produto separadamente da percentagem removida. Nem a concentração nem o êxito da adsorção, por si só, demonstram o valor comercial de um material recuperado.
Para ilustrar um balanço de massa, 1 m3 de água com 10 mg/L como Tb contém 10 g de térbio. A recuperação de 90% dessa massa num volume final de líquido de 10 L produziria 900 mg/L como Tb, um fator de concentração de 90. Trata-se de um cálculo, não de um rendimento de tratamento esperado. Num balanço real, inclua todas as saídas de líquido, os sólidos residuais e as perdas.
Informações úteis para a seleção do processo
Os dados úteis incluem o caudal, a temperatura, o pH, o térbio total e dissolvido, outros elementos de terras raras, os principais iões, os sólidos em suspensão e as substâncias complexantes conhecidas. Defina tanto o objetivo para a água tratada como qualquer objetivo de recuperação e, em seguida, utilize resultados laboratoriais ou de ensaios-piloto para determinar o desempenho alcançável.
Fontes
- Thermo Scientific Chemicals: cloreto de térbio hexa-hidratado e nitrato de térbio hidratado.
- Stanford Materials: sulfato de térbio octa-hidratado e carbonato de térbio.
- Inorganic Ventures: Guia da Tabela Periódica, química do térbio em solução.
- American Elements: compostos de térbio, incluindo o fluoreto.
- Métodos de recuperação de óxido de térbio a partir de vidro, patente que descreve a precipitação com oxalato.
- Bioadsorvente à base de celulose para recuperação de iões de térbio.
- Sorção de térbio em clinoptilolite da Transcarpátia.
- Adsorção de térbio com nanopartículas magnéticas funcionalizadas.
- Adsorção de térbio de águas residuais da recuperação de sucata de Nd-Fe-B.
- Royal Society of Chemistry: dados atómicos do térbio.