Sales comunes de praseodimio en el agua: solubilidad, eliminación y concentración
Entre las sales comunes de praseodimio se encuentran el cloruro, el nitrato y el sulfato, mientras que el carbonato, el oxalato, el fosfato y el fluoruro son relevantes como sólidos poco solubles. Esta guía compara su comportamiento en el agua y explica cómo expresar la concentración de praseodimio, eliminarlo del agua y concentrarlo para recuperarlo.
Para consultar información sobre su presencia y el contexto ambiental, véase praseodimio en el agua. Aquí, «comunes» se refiere a la química de laboratorio y de procesos, no a una clasificación de las sales detectadas en aguas naturales. Una vez disuelta una sal, su fórmula original no describe todas las especies presentes: el Pr(III) puede formar complejos disueltos o pasar a los sólidos.
Sales comunes y solubilidad en agua
| Sal | Ejemplos de fórmulas e hidratos | Solubilidad en agua | Importancia práctica |
|---|---|---|---|
| Cloruro de praseodimio(III) | PrCl3; PrCl3·6H2O o ·7H2O | Soluble en agua; compruebe el hidrato especificado. | Una sal soluble utilizada como fuente de Pr. Eliminar el Pr no implica necesariamente eliminar el cloruro. |
| Nitrato de praseodimio(III) | Pr(NO3)3; habitualmente hidratado | Soluble en agua. | Se utiliza para preparar soluciones de Pr; el nitrato sigue siendo un aspecto independiente que debe tenerse en cuenta para la calidad del agua. |
| Sulfato de praseodimio(III) | Pr2(SO4)3; octahidrato | Solubilidad limitada; depende en gran medida de las condiciones y de la fase sólida. | El sulfato también forma complejos disueltos; la presencia de sulfato en el agua no precipita automáticamente todo el Pr. |
| Carbonato de praseodimio(III) | Pr2(CO3)3·xH2O | Poco soluble en agua; el ácido favorece su disolución. | Posible producto de precipitación y recuperación. |
| Oxalato de praseodimio(III) | Pr2(C2O4)3·xH2O | Poco soluble; el pH y el exceso de ligando afectan al Pr disuelto. | Relevante para la precipitación y concentración de tierras raras. |
| Fosfato de praseodimio(III) | PrPO4 | Escasamente soluble; la acidez y la formación de complejos afectan a su disolución. | Puede inmovilizar el Pr en una fase sólida. |
| Fluoruro de praseodimio(III) | PrF3 | Poco soluble en agua. | Un posible precipitado; añadir fluoruro introduce otro contaminante y no es una recomendación general para el tratamiento del agua. |
Estas son comparaciones cualitativas, no concentraciones de saturación. Para indicar una solubilidad numérica es necesario especificar la temperatura, el pH, el hidrato o la fase sólida, la composición de la solución y las unidades. Los valores en g por 100 g de agua no pueden utilizarse directamente como g/L de solución. Los hidróxidos y óxidos de Pr también son sólidos relevantes, pero no se incluyen como sales en esta tabla. [1–4]
¿Qué determina la cantidad de praseodimio disuelto?
La solubilidad es una propiedad de equilibrio; la concentración medida también depende de la cantidad introducida, el tiempo de residencia y la separación de sólidos. La acidez, el carbonato, el sulfato, el fosfato, el fluoruro y los ligandos orgánicos pueden alterar el equilibrio entre el Pr3+ libre, los complejos disueltos y los precipitados. Una concentración baja de iones libres no implica necesariamente una concentración baja de Pr disuelto total. Las predicciones de precipitación deben tener en cuenta la formación de complejos y las fases sólidas presentes. [3,4]
Concentración: mg/L como Pr frente a mg/L de sal
Exprese los resultados como praseodimio elemental, por ejemplo, µg/L como Pr o mg/L como Pr, e indique si la muestra representa la fracción disuelta o el contenido total. No equipare la dosis de sal con el Pr disuelto que permanece tras alcanzar el equilibrio. No existe una concentración única representativa para todas las aguas naturales o industriales.
Concentración calculada de Pr (mg/L) = dosis de sal (mg/L) × n × 140,90766 / masa molar de la sal (g/mol).
Aquí, n es el número de átomos de Pr por unidad fórmula. Incluya el agua de cristalización en la masa molar y corrija el cálculo según la pureza del producto cuando corresponda.
| Sal definida | Masa molar aproximada (g/mol) | Pr calculado a partir de 100 mg/L de sal |
|---|---|---|
| PrCl3, anhidro | 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 |
Estos ejemplos estequiométricos presuponen material puro, disolución completa y ninguna pérdida posterior; no son medidas de solubilidad ni concentraciones ambientales. Un mmol/L de Pr equivale aproximadamente a 140,91 mg/L como Pr. A la inversa, 1 mg/L como Pr equivale aproximadamente a 7,10 µmol/L.
Eliminación del praseodimio del agua
- Precipitación y separación de sólidos: evalúe el ajuste del pH y los precipitantes adecuados con el agua que se va a tratar. Los carbonatos, oxalatos y fosfatos pueden transferir las tierras raras a la fase sólida. Después de la precipitación, aplique sedimentación o filtración; la mera formación de un precipitado no lo elimina de la corriente de agua. La coprecipitación puede producir un lodo con varios metales. [4]
- Intercambio iónico: capture el Pr disuelto en una resina adecuada y recupérelo en un menor volumen de líquido mediante la regeneración de la resina. Se ha estudiado la captación de Pr(III) con resinas ácidas de intercambio catiónico; la acidez, los iones competidores y la carga influyen en el rendimiento. La capacidad medida en laboratorio no garantiza la capacidad operativa de una planta. [5]
- Adsorción: los adsorbentes pueden fijar Pr, pero el pH, el tiempo de contacto y la composición del agua son importantes. Los estudios de adsorción de Pr en sedimentos respaldan la realización de ensayos, no la suposición de que su eliminación sea universal. Evalúe la regeneración o eliminación del adsorbente agotado. [6]
La filtración por sí sola actúa sobre las partículas, no sobre los iones Pr libremente disueltos. La selección del tratamiento debe basarse en las características medidas del agua de entrada, la concentración requerida a la salida, los metales competidores y las corrientes de residuos o de recuperación resultantes. La eliminación de Pr no demuestra por sí misma que el cloruro, el nitrato, el sulfato u otros componentes disueltos cumplan los requisitos de calidad del agua.
Concentración y recuperación
La eliminación reduce el Pr en el agua tratada; la recuperación lo recoge en un producto útil. La elución de una resina de intercambio iónico puede concentrar el Pr en un menor volumen de líquido, mientras que la precipitación lo concentra en un sólido. Ninguna de estas etapas por sí sola garantiza la separación de las tierras raras próximas ni una pureza suficiente para obtener un producto comercializable. [4,5]
Factor de concentración en el líquido = concentración de Pr en el eluato recogido / concentración de Pr en el agua de alimentación. Determine por separado la recuperación como la masa de Pr recogida dividida por la masa de Pr en el agua de alimentación. Por ejemplo, 1 m³ que contiene 10 mg/L como Pr contiene 10 g de Pr. Si se recupera el 90 % en 10 L, se obtendrían 900 mg/L como Pr y un factor de concentración de 90. Este es un balance de masa ilustrativo, no una predicción del rendimiento del tratamiento.
Información para evaluar el tratamiento
Los datos útiles incluyen el caudal, el Pr disuelto y total, el pH, la temperatura, los aniones principales, los metales competidores, los sólidos en suspensión y la concentración objetivo a la salida. Defina con el laboratorio el muestreo y la preparación de las muestras para el análisis, de modo que los resultados de Pr disuelto y total sean comparables. Los ensayos de laboratorio deben medir el Pr residual, la separación de sólidos, el consumo de reactivos y la composición de cualquier concentrado.
Fuentes y lecturas adicionales
- Stanford Materials: información sobre el producto cloruro de praseodimio.
- CDH: especificaciones del nitrato de praseodimio.
- Inorganic Ventures: guía de la tabla periódica, compatibilidad y solubilidad del praseodimio.
- Han (2020): Características de la precipitación de elementos de tierras raras con diversos precipitantes.
- Estudios de modelización y equilibrio sobre la recuperación de praseodimio (III), disprosio (III) e itrio (III) mediante una resina ácida de intercambio catiónico (2022).
- Sedimento natural de una presa y sus materiales inorgánicos como adsorbentes de praseodimio (Pr(III)) (2023).
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