AN-T-250
2026-06
Análise potenciométrica de elementos de terras raras (REEs)
Retrotitulação precisa e exata de elementos de terras raras com o eletrodo seletivo de cobre
Resumo
Os metais de terras raras são compostos por 17 elementos, incluindo a série dos lantanídeos, além dos elementos escândio e ítrio. Esses REEs são utilizados principalmente em baterias, nanotecnologia, fotovoltaica, tecnologia médica, aeroespacial e militar.
As concentrações de REEs em minério e rocha precisam ser medidas para determinar a viabilidade de um depósito de terras raras. Após a britagem, os minérios são dissolvidos, separados e purificados, e os REEs, junto com outros elementos, são monitorados durante toda essa etapa. Determinar a fração mássica de metais de terras raras nesse processo é fundamental e envolve um esforço considerável.
Esta Nota de Aplicação apresenta um método de retrotitulação rápido e preciso utilizando o Cu-ISE, que separa claramente uma série de metais de terras raras, mesmo quando combinados com outros elementos, e permite que sejam analisados com uma recuperação de quase 100%.
Introdução
Além da gravimetria, a titulação de metais de terras raras é um método absoluto, frequentemente utilizado como referência para métodos cromatográficos e espectroscópicos. Como o preparo de amostra para titulação e para ICP (plasma indutivamente acoplado) é praticamente idêntico, a titulação oferece vantagens imbatíveis de custo e esforço nesse caso. Além disso, a retrotitulação é altamente flexível e pode ser adaptada a amostras específicas de cada cliente. Por isso, a titulação certamente pode ser utilizada como um método analítico rápido, realizado no local.
Uma solução padronizada de ácido etilenodiaminotetraacético (EDTA) é adicionada em excesso à amostra de terra rara dissolvida e tamponada (Ln³⁺). Um complexo EDTA-metal então se forma. Todo o EDTA não utilizado é então retrotitulado com sulfato de cobre.
As reações a seguir oferecem uma descrição bastante simplificada da titulação:
Ln³⁺ + EDTA → Ln(EDTA)
CuSO₄ + EDTA(excesso) → Cu(EDTA)
A quantidade de terras raras pode ser calculada com base na quantidade de sulfato de cobre utilizada.
Amostra e preparo de amostra
Esta aplicação é demonstrada em soluções padrão de ítrio, escândio, lantânio, cério e neodímio. Além disso, foram realizados testes em uma mistura de lantânio e escândio, bem como em uma amostra mineral sintética que se aproxima bastante da steenstrupina.
Não é necessário nenhum preparo de amostra.
Experimental
A determinação é realizada utilizando um OMNIS Sample Robot S – WSM, um OMNIS Professional Titrator equipado com OMNIS Dosing Modules, além de um eletrodo seletivo de cobre (Figura 1).
Uma quantidade adequada de amostra é pesada no béquer de titulação, e são adicionados tampão de acetato e solução padronizada de EDTA. Após um tempo de espera, a solução é titulada até depois do primeiro ou segundo ponto de equivalência com solução padronizada de CuSO₄.
Resultados
Como mostrado na Tabela 1, os resultados para os padrões de REE apresentam altas taxas de recuperação e confirmam a robustez da retrotitulação.
A Tabela 2 mostra os resultados para a mistura de amostra de lantânio e escândio. Isso demonstra o potencial de separação dos dois elementos de terras raras, com boas taxas de recuperação para ambos.
O resultado do mineral REE sintético «steenstrupina», com uma concentração mássica de 8,000 g/L de cério e uma composição molecular aproximada de Na₇.₉HₓCe₆Mn₁.₆Fe₁.₈Zr₀.₃P₄.₅Si₁.₇Cl₄.₄N₇.₉S₆OY, é resumido na Tabela 3.
Uma curva de titulação exemplar de uma mistura de lantânio e escândio é apresentada na Figura 2.
| Amostra (n = 6) | Teor (g/L) | Recuperação (%) |
|---|---|---|
| Ítrio | 10,07 | 100,9 |
| Escândio | 10,07 | 100,6 |
| Lantânio | 13,88 | 99,6 |
| Cério | 16,01 | 100,1 |
| Neodímio | 10,06 | 100,6 |
| Amostra (n = 2) | Teor (g/L) | Recuperação (%) |
|---|---|---|
| Lantânio | 6,88 | 98,7 |
| Escândio | 5,13 | 102,4 |
| Amostra (n = 3) | Teor de Ce(III) (g/L) | Recuperação (%) |
|---|---|---|
| Steenstrupina | 7,93 | 99,1 |
Conclusão
A retrotitulação é uma alternativa precisa e de baixo custo em relação aos métodos analíticos convencionais, como o ICP, para determinar a presença de elementos de terras raras. Como método de determinação, a titulação potenciométrica é flexível para lidar com a grande variedade de minerais REE. Graças à otimização da matriz analítica e ao uso de química de complexação, é possível até separar determinados REEs entre si em misturas.
O sistema automatizado com o OMNIS Sample Robot S – WSM, equipado com um OMNIS Titrator, OMNIS Dosing Modules e eletrodo seletivo de cobre, impressiona pelo alto nível de profissionalismo e oferece análises flexíveis combinadas com um software de ponta.
Referências
- Misumi, S.; Taketatsu, T. Complexometric Titration of Rare Earth Elements. Dissolution of the Rare Earth Oxalate with Ethylenediaminetetraacetic Acid and Back Titration with Magnesium Sulfate. bull. Chem. Soc. Jpn. 1959, 32 (8), 873–876. DOI:10.1246/bcsj.32.873
- Seel, F. Die Komplexometrische Titration. Die Chemische Analyse. Band 45. Von G. Schwarzenbach Und H. Flaschka. Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1965. 5. Neubearbeitete Aufl., XVI, 339 S., 42 Abb., 12 Tab., 48,– DM. Angewandte Chemie 1966, 78 (8), 455–455. DOI:10.1002/ange.19660780817
- Chelates in Analytical Chemistry – A Collection of Monographs; Flaschka, H. A., Barnard, A. J., Eds.; Marcel Dekker, Incorporated, 1967; Vol. 3.
- Krebs, D.; Furfaro, D. Concentrated Hydrochloric Acid Leaching of Greenland Steenstrupine to Obviate Silica Gel Formation. In Rare Earth Elements - Emerging Advances, Technology Utilization, and Resource Procurement; IntechOpen, 2022. DOI:10.5772/intechopen.107012
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