Sels de dysprosium dans l’eau : solubilité, élimination et concentration
Dans les eaux de procédés industriels et miniers, le dysprosium peut se trouver sous forme de Dy(III) dissous ou dans des matières en suspension. Son comportement dépend du sel présent et de la composition chimique de l’eau. Le tableau ci-dessous distingue les sels de procédé solubles des minéraux et des solides susceptibles de se former pendant le traitement. Le néodyme, Nd(III), est mentionné lorsque les études citées permettent des comparaisons utiles ; il ne faut pas supposer que son comportement est identique à celui du dysprosium.
Pour les sources et les voies de transfert dans l’environnement, voir le dysprosium dans l’eau.
Solubilité des sels et composés du dysprosium
| Composé et formule | Comportement de solubilité rapporté et réserves | Milieux où on les rencontre |
|---|---|---|
| Sulfate de dysprosium, Dy2(SO4)3, y compris les hydrates | La solubilité varie selon la température, le pH, la concentration en sulfate et les autres sels dissous. Les mesures relatives aux sulfates de Dy et de Nd couvrent des pH de 2 à 7 et des températures de 25 à 80 °C, notamment dans des mélanges contenant du sulfate de sodium ou d’ammonium ; une valeur unique ne peut représenter tous les effluents [1]. La forme hydratée importe également lorsqu’on compare des sels solides [5]. | Solutions de lixiviation riches en sulfates et sels de procédé ; phases solides possibles dans les effluents concentrés. |
| Chlorure de dysprosium, DyCl3 | Généralement soluble en tant que sel de procédé ; le Dy(III) dissous peut ensuite former des complexes ou précipiter lorsque la composition chimique de l’eau change. | Solutions de procédé et réactifs à base de chlorures. |
| Nitrate de dysprosium, Dy(NO3)3 | Généralement soluble en tant que sel de procédé. Cela ne permet pas de déterminer la solubilité d’autres composés du dysprosium formés en aval. | Solutions de procédé à base d’acide nitrique et réactifs. |
| Carbonate de dysprosium, Dy2(CO3)3, et carbonates basiques | Les solides contenant des carbonates peuvent présenter une faible solubilité, mais les complexes carbonatés dissous et d’autres phases solides compliquent les prévisions. Des études sur les carbonates de Nd montrent également la précipitation de sels doubles dans certaines conditions de solution [4]. | Eaux riches en carbonates, solides issus de la neutralisation et procédés de précipitation ; il ne s’agit pas nécessairement des mêmes phases que les minéraux carbonatés naturels. |
| Hydroxyde de dysprosium, Dy(OH)3 | La précipitation est favorisée lorsque le pH augmente ; les complexes dissous et les ions concurrents peuvent modifier le pH auquel l’élimination est observée. | Neutralisation alcaline et précipités de traitement. |
| Oxalate de dysprosium, Dy2(C2O4)3 | Précipité peu soluble dans des conditions appropriées ; la concentration en acide, les métaux concurrents et la dose d’oxalate influent sur la cristallisation et la composition du produit [3]. | Étapes de récupération à l’acide oxalique et concentrés mixtes de terres rares. |
| Phosphate de dysprosium, DyPO4 | Phase peu soluble lorsque du phosphate est disponible ; la quantité formée dépend de la composition chimique de la solution et des réactions concurrentes impliquant le phosphate. | Eaux contenant des phosphates, solides issus du traitement et minéraux phosphatés naturels distincts. |
| Fluorure de dysprosium, DyF3 | Phase peu soluble dans des conditions appropriées de concentration en fluorure ; la complexation par les fluorures et les activités des espèces dissoutes influent également sur son comportement. | Solutions de procédé et précipités contenant des fluorures ; à distinguer des minéraux fluorés naturels. |
Interprétation des résultats obtenus sur des effluents réels
La formule d’un sel ne permet pas, à elle seule, d’identifier les espèces dissoutes ou le solide présent dans un effluent de procédé. Le pH influe sur l’hydrolyse et la précipitation, tandis que la température, la force ionique et les concentrations en sulfate ou en carbonate influent sur les activités, la complexation et les équilibres entre phases solides [1, 4, 5]. Les hydrates peuvent donner des résultats de solubilité différents ; les concentrations rapportées pour un sel pur dans l’eau ne doivent pas être transposées sans précaution à une solution complexe. Les déchets issus du traitement des eaux de drainage minier peuvent contenir des terres rares associées à plusieurs phases solides, plutôt qu’à un seul composé de dysprosium identifiable [2].
Options de traitement et de récupération
La neutralisation peut transférer les terres rares dissoutes vers des solides, notamment des précipités contenant des hydroxydes ou des carbonates. La précipitation du fer ou de l’aluminium peut les éliminer simultanément ; les oxydes de Fe, d’Al ou de Mn fraîchement formés peuvent également sorber les terres rares dissoutes [2]. Ces voies génèrent des résidus et peuvent regrouper plusieurs éléments au lieu de produire un produit de dysprosium récupérable.
L’échange d’ions sur résine cationique ou chélatante peut capter les terres rares dissoutes, suivi d’une élution produisant un effluent de plus faible volume et plus concentré [3, 6]. Les ions concurrents, la composition chimique de la solution et la régénération influent sur la séparation obtenue. Une précipitation par étapes et une cristallisation des oxalates peuvent ensuite être envisagées pour un concentré mixte de terres rares ; le taux de récupération rapporté dépend du mélange d’éléments et des conditions opératoires [3]. Ni la précipitation ni l’échange d’ions ne garantissent la récupération sélective du seul dysprosium.
La nanofiltration ou l’osmose inverse peuvent être envisagées pour concentrer un effluent approprié si la pression osmotique, l’entartrage et le colmatage le permettent. Ces méthodes ne sont pas intrinsèquement sélectives pour récupérer le dysprosium séparément des autres terres rares. Des essais sur un effluent représentatif sont nécessaires pour évaluer la séparation, la qualité de l’eau après traitement et la gestion des régénérants usés, des concentrats et des solides précipités.
Concentration : mg/L exprimés en Dy contre mg/L de sel
Une concentration exprimée en dysprosium élémentaire exclut les contre-ions et l’eau de cristallisation. En utilisant une masse atomique du dysprosium de 162,500 g/mol [7] :
mg/L exprimés en Dy = mg/L de sel × (nombre d’atomes de Dy par unité de formule × 162,500) / masse molaire du sel.
| Sel pur | Formule | Masse molaire approximative | Dy pour 100 mg/L de sel |
|---|---|---|---|
| Chlorure de dysprosium anhydre | DyCl3 | 268,86 g/mol | 60,4 mg/L exprimés en Dy |
| Chlorure de dysprosium hexahydraté | DyCl3·6H2O | 376,95 g/mol | 43,1 mg/L exprimés en Dy |
| Sulfate de dysprosium anhydre | Dy2(SO4)3 | 613,18 g/mol | 53,0 mg/L exprimés en Dy |
Les masses molaires des chlorures proviennent des données des fournisseurs [8, 9] ; celle du sulfate est calculée à partir de sa formule. Ces exemples supposent que le composé indiqué est pur et qu’il se dissout entièrement. Il ne s’agit ni de limites de solubilité ni de doses recommandées. Il faut tenir compte de la teneur réelle du produit, de son humidité, de la forme hydratée effectivement présente et de toute matière non dissoute. Pour convertir de manière fiable la concentration d’un nitrate ou d’un sulfate en concentration élémentaire, il faut connaître sa teneur en eau si le produit est simplement désigné comme un hydrate.
Une concentration de dysprosium de 1 mmol/L correspond à 162,500 mg/L exprimés en Dy. L’analyse élémentaire totale ne permet pas, à elle seule, d’identifier le sel d’origine à partir de cette concentration. Il faut distinguer le dysprosium total de la fraction dissoute, telle que définie par la méthode d’échantillonnage et de filtration ; les particules en suspension et les colloïdes peuvent influer sur le résultat.
Concentration du dysprosium : exemple de bilan de matière
Éliminer le dysprosium du flux d’eau principal et le récupérer dans un flux de plus faible volume sont deux objectifs distincts. L’échange d’ions suivi d’une élution peut produire un concentrat, tandis que la précipitation produit un solide susceptible de contenir d’autres terres rares et des impuretés. Il faut mesurer séparément le taux de récupération, la sélectivité et la pureté du produit.
Par exemple, 1 m3 d’eau à 10 mg/L exprimés en Dy contient 10 g de dysprosium. La récupération de 90 % de cette masse dans un volume liquide final de 10 L donnerait 900 mg/L exprimés en Dy, soit un facteur de concentration de 90. Il s’agit d’un calcul illustratif, et non d’un rendement de traitement attendu. Dans un bilan de procédé réel, il faut prendre en compte tous les flux liquides sortants, les solides résiduels et les pertes.
Les données utiles à la conception comprennent le débit, la température, le pH, les concentrations de dysprosium total et dissous, les autres terres rares, les ions majeurs, les matières en suspension et les substances complexantes connues. Il faut définir à la fois l’objectif de qualité de l’eau traitée et l’objectif de récupération avant d’évaluer les performances sur une eau représentative.
Discuter d’une problématique de traitement ou de récupération du dysprosium
Pour toute demande concernant une eau ou un flux de procédé contenant du dysprosium, contactez Lenntech en fournissant les informations disponibles sur sa composition et l’objectif du traitement.
Échanger au sujet d’une problématique de traitement de l’eau
Dernière révision : 11 novembre 2026 par Lenntech.
Sources et lectures complémentaires
- [1] Cunningham et al. (2024), mesures de la solubilité des sulfates de néodyme et de dysprosium, Hydrometallurgy 224. DOI : 10.1016/j.hydromet.2023.106253. Lire l’étude.
- [2] Hedin et al. (2024), associations des terres rares dans les résidus du traitement des eaux de drainage minier, USGS. Lire la publication.
- [3] Crespo et al. (2026), échange d’ions suivi d’une précipitation à l’acide oxalique à partir d’eaux minières acides. Lire l’étude.
- [4] Yang et al. (2019), comportement du carbonate de néodyme en solution et précipitation de sels doubles, ACS Omega. Lire l’étude.
- [5] Série de données de solubilité de l’IUPAC, Dysprosium. Consulter la série de données.
- [6] Lenntech, Échange d’ions.
- [7] Royal Society of Chemistry : données atomiques du dysprosium.
- [8] Thermo Scientific Chemicals : fiche de données de sécurité du chlorure de dysprosium(III), masse moléculaire et solubilité dans l’eau.
- [9] FUJIFILM Wako : chlorure de dysprosium hexahydraté, formule et masse moléculaire.