Sales de terbio en el agua: solubilidad, eliminación y concentración
El cloruro, el nitrato y el sulfato de terbio pueden aportar terbio disuelto al agua. El carbonato, el oxalato y el fluoruro son compuestos poco solubles. El tratamiento depende de la forma química presente, no solo del nombre de la sal añadida inicialmente.
Esta guía aborda las sales de terbio comunes disponibles comercialmente, las consideraciones relativas al tratamiento y los cálculos de concentración. Para consultar las fuentes y las vías de dispersión ambiental, véase terbio en el agua.
Sales comunes de terbio y solubilidad en agua
Las siguientes descripciones son cualitativas. No indican concentraciones de saturación ni especificaciones de dosificación. Utilice datos de solubilidad correspondientes al hidrato exacto, la temperatura y la composición de la disolución; la acidez y las sustancias complejantes pueden modificar la concentración disuelta.
| Sal | Fórmula representativa | Comportamiento en el agua | Importancia práctica |
|---|---|---|---|
| Cloruro de terbio(III) hexahidratado | TbCl3·6H2O | Soluble en agua. | Fuente de Tb(III) disuelto. La hidratación afecta a la fracción másica de terbio. |
| Nitrato de terbio(III) hexahidratado | Tb(NO3)3·6H2O | Soluble en agua. | Tanto el terbio como el nitrato pasan a la disolución. Verifique el hidrato y la riqueza en el certificado del producto. |
| Sulfato de terbio(III) octahidratado | Tb2(SO4)3·8H2O | Soluble en agua. | Compruebe la temperatura y la composición en sulfatos al preparar o concentrar disoluciones. |
| Carbonato de terbio(III) hidratado | Tb2(CO3)3·xH2O | Poco soluble en agua. | Una suspensión es diferente de una disolución. La hidratación variable modifica los cálculos de masa. |
| Oxalato de terbio(III) hidratado | Tb2(C2O4)3·xH2O | Poco soluble en agua. | Importante para la precipitación y la recuperación; mida el terbio disuelto residual en lugar de suponer que se ha capturado por completo. |
| Fluoruro de terbio(III) | TbF3 | Poco soluble en agua. | Tenga en cuenta tanto el fluoruro como el terbio al evaluar la calidad del agua y los residuos. |
¿Qué ocurre después de que se disuelve una sal?
Estas sales contienen terbio trivalente, Tb(III). El terbio disuelto puede presentarse como iones hidratados o complejos, y la hidrólisis adquiere importancia cuando cambia el pH. Una disolución preparada a partir de una sal soluble puede formar posteriormente partículas o permitir que el terbio se una a otras superficies. Los ligandos orgánicos y otros iones pueden modificar ese comportamiento.
Distinga el terbio total de la fracción disuelta, definida operacionalmente mediante un método de filtración especificado. Las partículas finas y los coloides pueden dificultar esta distinción. Registre el método de muestreo y preparación para poder comparar las mediciones anteriores y posteriores al tratamiento.
Eliminación del terbio del agua
Separación de sólidos y precipitación
La sedimentación y la filtración eliminan partículas que contienen terbio, siempre que los sólidos puedan separarse eficazmente. Por sí solas no demuestran la eliminación del Tb(III) disuelto. La precipitación puede transferir el terbio disuelto a un sólido poco soluble cuando la química de la disolución lo permite.
La formación de oxalato de terbio se ha utilizado en procesos de recuperación. Esto no establece una dosis de reactivo ni un pH de operación universales para las aguas residuales. Compruebe la acidez, las sustancias complejantes, los metales competidores, el terbio disuelto residual y la filtrabilidad del precipitado. Los reactivos añadidos y los lodos resultantes deben incluirse en la evaluación del proceso.
Adsorción e intercambio iónico
La investigación primaria ha estudiado la captura de terbio mediante adsorbentes a base de celulosa, partículas magnéticas funcionalizadas y clinoptilolita natural. Un estudio sobre la clinoptilolita investigó el Tb(III) a concentraciones traza en condiciones de flujo y su posterior desorción. Estos estudios ofrecen ejemplos de posibles mecanismos de captura y recuperación, no garantías de rendimiento para un agua diferente.
Para un diseño práctico, ensaye la capacidad del medio, el tiempo de contacto, el punto de ruptura, los efectos de los iones competidores y la regeneración con el agua de alimentación real. Los resultados obtenidos con una disolución simple de sal de terbio pueden diferir de los obtenidos con un lixiviado mixto de tierras raras o con agua que contenga ligandos orgánicos. Evalúe conjuntamente el agua tratada y el medio agotado o el líquido de regeneración.
Concentración: mg/L expresados como Tb frente a mg/L de sal
Una concentración expresada como terbio elemental excluye los contraiones y el agua de cristalización. Utilizando una masa atómica de 158,925 g/mol:
mg/L expresados como Tb = mg/L de sal × (número de átomos de Tb por unidad fórmula × 158,925) / masa molar de la sal.
| Sal pura pesada | Masa molar aproximada | Terbio obtenido de 100 mg/L de sal |
|---|---|---|
| Cloruro anhidro: TbCl3 | 265,28 g/mol | 59,9 mg/L expresados como Tb |
| TbCl3·6H2O | 373,37 g/mol | 42,6 mg/L expresados como Tb |
| Tb(NO3)3·6H2O | 453,03 g/mol | 35,1 mg/L expresados como Tb |
Estos cálculos suponen que se utiliza el compuesto puro indicado y que se disuelve por completo. Corrija los resultados según la pureza del producto, la humedad y el material no disuelto. Una concentración de terbio de 1 mmol/L equivale a 158,925 mg/L expresados como Tb. El análisis elemental total no permite identificar la sal original a partir de esta concentración por sí sola.
Concentración y recuperación del terbio
Eliminar el terbio de la corriente principal de agua y recuperarlo como producto útil son objetivos distintos. La adsorción seguida de desorción puede transferir el terbio a un volumen menor de líquido. Un estudio con un adsorbente a base de celulosa demostró la desorción mediante ácido del adsorbente cargado, mientras que otra investigación examinó la captura a bajas concentraciones de terbio en aguas residuales procedentes de la recuperación de materiales de desecho.
Un concentrado también puede contener otros elementos de tierras raras, sales disueltas e impurezas. Evalúe la selectividad y la pureza del producto por separado del porcentaje eliminado. Ni la concentración ni el éxito de la adsorción demuestran por sí solos el valor comercial del material recuperado.
Como ejemplo de balance de masa, 1 m3 de agua con una concentración de 10 mg/L expresados como Tb contiene 10 g de terbio. Si el 90 % de esa masa se recuperara en un volumen final de 10 L de líquido, se obtendrían 900 mg/L expresados como Tb, con un factor de concentración de 90. Se trata de un cálculo, no del rendimiento de tratamiento esperado. En un balance real, incluya todas las salidas de líquido, los sólidos residuales y las pérdidas.
Información útil para seleccionar el proceso
Entre los datos útiles figuran el caudal, la temperatura, el pH, el terbio total y disuelto, otros elementos de tierras raras, los iones principales, los sólidos en suspensión y las sustancias complejantes conocidas. Defina tanto el objetivo de calidad del agua tratada como cualquier objetivo de recuperación y, después, utilice resultados de laboratorio o de pruebas piloto para determinar el rendimiento alcanzable.
Fuentes
- Thermo Scientific Chemicals: cloruro de terbio hexahidratado y nitrato de terbio hidratado.
- Stanford Materials: sulfato de terbio octahidratado y carbonato de terbio.
- Inorganic Ventures: Guía de la tabla periódica, química del terbio en disolución.
- American Elements: compuestos de terbio, incluido el fluoruro.
- Métodos para recuperar óxido de terbio de un vidrio, patente que describe la precipitación con oxalato.
- Bioadsorbente a base de celulosa para la recuperación de iones de terbio.
- Sorción de terbio en clinoptilolita de Transcarpatia.
- Adsorción de terbio mediante nanopartículas magnéticas funcionalizadas.
- Adsorción de terbio de aguas residuales procedentes de la recuperación de materiales de desecho de Nd-Fe-B.
- Royal Society of Chemistry: datos atómicos del terbio.
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