Sales comunes de samario en el agua: solubilidad, eliminación y concentración
Entre las sales comunes de samario 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 samario, eliminarlo del agua y concentrarlo para su recuperación.
Para conocer su presencia y el contexto ambiental, consulte samario 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 Sm(III) puede formar complejos disueltos o pasar a formar parte de sólidos.
Sales comunes y solubilidad en agua
| Sal | Fórmula y ejemplos de hidratos | Solubilidad en agua | Importancia práctica |
|---|---|---|---|
| Cloruro de samario(III) | SmCl3; SmCl3·6H2O | Soluble en agua; compruebe el hidrato especificado. | Sal soluble utilizada como fuente de Sm. Eliminar el Sm no elimina necesariamente el cloruro. |
| Nitrato de samario(III) | Sm(NO3)3; comúnmente hidratado | Soluble en agua. | Se utiliza para preparar soluciones de Sm; el nitrato sigue siendo un aspecto independiente de la calidad del agua. |
| Sulfato de samario(III) | Sm2(SO4)3; octahidrato | Solubilidad limitada; depende mucho de la temperatura y de la fase sólida. Un estudio indica 0,033 mol/kg de agua para el octahidrato a 25 °C [7]. | El sulfato también forma complejos disueltos; la presencia de sulfato en el agua no precipita automáticamente todo el Sm. |
| Carbonato de samario(III) | Sm2(CO3)3·xH2O | Poco soluble en agua; el ácido favorece su disolución. | Posible producto de precipitación y recuperación. |
| Oxalato de samario(III) | Sm2(C2O4)3·xH2O | Poco soluble; el pH y el exceso de ligando afectan al Sm disuelto. | Relevante para la precipitación y concentración de tierras raras. |
| Fosfato de samario(III) | SmPO4 | Poco soluble; la acidez y la complejación afectan a su disolución. | Puede inmovilizar el Sm en una fase sólida. |
| Fluoruro de samario(III) | SmF3 | Poco soluble en agua. | Un posible precipitado; añadir fluoruro introduce otro contaminante y no constituye una recomendación general para el tratamiento del agua. |
Estas son comparaciones cualitativas, no concentraciones de saturación. Un valor numérico de solubilidad debe 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 Sm también son sólidos relevantes, pero no se incluyen como sales en esta tabla. [1–4]
¿Qué determina la concentración de samario disuelto?
La solubilidad es una propiedad de equilibrio; la concentración medida también depende de la cantidad introducida, del tiempo de residencia y de la separación de sólidos. La acidez, el carbonato, el sulfato, el fosfato, el fluoruro y los ligandos orgánicos pueden alterar el equilibrio entre el Sm libre3+, los complejos disueltos y los precipitados. Una baja concentración del ion libre no implica necesariamente una baja concentración total de Sm disuelto. Las predicciones de precipitación deben tener en cuenta la complejación y las fases sólidas reales. [3,4]
Concentración: mg/L como Sm frente a mg/L de sal
Exprese los resultados como samario elemental, por ejemplo, µg/L como Sm o mg/L como Sm, e indique si la muestra representa material disuelto o total. No equipare una dosis de sal con el Sm disuelto que permanece tras alcanzar el equilibrio. No existe una única concentración representativa para todas las aguas naturales o industriales.
Concentración calculada de Sm (mg/L) = dosis de sal (mg/L) × n × 150,36 / masa molar de la sal (g/mol).
Aquí, n es el número de átomos de Sm por unidad de fórmula. Incluya el agua de cristalización en la masa molar y, cuando corresponda, corrija según el contenido del producto.
| Sal definida | Masa molar aproximada (g/mol) | Sm calculado a partir de 100 mg/L de sal |
|---|---|---|
| SmCl3, anhidro | 256.71 | 58,6 mg/L como Sm |
| SmCl3·6H2O | 364.80 | 41,2 mg/L como Sm |
| Sm(NO3)3·6H2O | 444.47 | 33,8 mg/L como Sm |
Estos ejemplos estequiométricos suponen material puro, disolución completa y ninguna pérdida posterior; no son mediciones de solubilidad ni concentraciones ambientales. Un mmol/L de Sm corresponde aproximadamente a 150,36 mg/L como Sm. A la inversa, 1 mg/L como Sm equivale aproximadamente a 6,65 µmol/L.
Eliminación del agua
- Precipitación y separación de sólidos: evalúe el ajuste del pH y los agentes precipitantes adecuados utilizando el agua real. Los carbonatos, oxalatos y fosfatos pueden transferir las tierras raras a la fase sólida. Después de la precipitación, aplique sedimentación o filtración; formar un precipitado por sí solo no lo elimina de la corriente de agua. La coprecipitación puede generar un lodo con varios metales. [4]
- Intercambio iónico: capture el Sm disuelto en una resina adecuada y regénere la resina para obtenerlo en un menor volumen de líquido. Se ha estudiado la captación de Sm(III) con una resina de intercambio catiónico ácida; 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 y especiación: la captación por el sorbente depende del pH, los iones competidores y los ligandos. Un estudio sobre samario con una resina fuertemente ácida encontró que la acumulación en la resina estaba relacionada con el Sm libre en solución en los sistemas ensayados. Por tanto, las mediciones del Sm disuelto total y de los iones libres de Sm no son intercambiables. [6]
La filtración por sí sola retiene partículas, no iones libres de Sm disueltos. La elección del tratamiento debe basarse en las características medidas del agua de entrada, la concentración requerida a la salida, los metales competidores y las corrientes resultantes de residuos o de recuperación. Eliminar el Sm no demuestra por sí mismo que los cloruros, nitratos, sulfatos u otros componentes disueltos cumplan los requisitos de calidad del agua.
Concentración y recuperación
La eliminación reduce la concentración de Sm en el agua tratada; la recuperación lo recoge en un producto útil. La elución de una resina de intercambio iónico puede concentrar el Sm 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 otras tierras raras próximas ni una pureza que permita comercializar el producto. [4,5]
Factor de concentración en fase líquida = concentración de Sm en el eluato recogido / concentración de Sm en el agua de entrada. Calcule la recuperación por separado dividiendo la masa de Sm recogida entre la masa de Sm del agua de entrada. Por ejemplo, 1 m³ que contiene 10 mg/L expresados como Sm contiene 10 g de Sm. Recuperar el 90 % en 10 L daría 900 mg/L expresados como Sm 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
Entre los datos útiles figuran el caudal, el Sm 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 analítica para que los resultados de Sm disuelto y total sigan siendo comparables. Los ensayos a escala de laboratorio deben medir el Sm residual, la separación de sólidos, el consumo de reactivos y la composición de cualquier concentrado.
Fuentes y lecturas adicionales
- Santa Cruz Biotechnology: cloruro de samario(III) hexahidratado.
- Stanford Materials: nitrato de samario.
- Stanford Materials: compuestos de samario.
- Han (2020): Características de la precipitación de elementos de tierras raras con diversos agentes precipitantes.
- Eliminación de samario(III) mediante el intercambiador de ácido débil Amberlite IRC-50 en las formas (H+) y (Na+).
- Especiación de un lantánido (Sm) mediante una resina de intercambio iónico (2016).
- Solubilidad y funciones termodinámicas del sulfato de samario en agua y soluciones de ácido sulfúrico (1975).
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