Sels d’erbium dans l’eau : solubilité, élimination et concentration
Le chlorure et le nitrate d’erbium sont des sources d’Er(III) solubles dans l’eau, tandis que le carbonate, l’oxalate et le fluorure sont des composés peu solubles. La forme chimique présente après mélange avec l’eau détermine le comportement lors du traitement ; le nom du sel initial ne suffit pas.
Pour les sources et les voies de transfert dans l’environnement, voir l’erbium dans l’eau.
Sels d’erbium courants et solubilité
Ces descriptions qualitatives ne correspondent ni à des concentrations à saturation ni à des spécifications de dosage. Consultez les données correspondant à l’hydrate exact, à la température et à la composition de la solution. L’acidité, les substances complexantes et les autres ions peuvent modifier la quantité d’erbium qui reste dissoute.
| Sel | Formule représentative | Comportement dans l’eau | Intérêt pratique |
|---|---|---|---|
| Chlorure d’erbium(III) anhydre | ErCl3 | Soluble dans l’eau. | Fournit de l’Er(III) dissous. Vérifiez si le produit est anhydre ou hydraté avant de calculer une dose. |
| Nitrate d’erbium(III) pentahydraté | Er(NO3)3·5H2O | Soluble dans l’eau. | L’erbium et le nitrate passent tous deux en solution. Vérifiez la forme hydratée et la teneur indiquées sur le certificat du produit. |
| Sulfate d’erbium(III) octahydraté | Er2(SO4)3·8H2O | Soluble dans l’eau selon les informations du fournisseur. | Vérifiez la forme hydratée, la température et la composition en sulfates avant de préparer ou de concentrer une solution. |
| Carbonate d’erbium(III) hydraté | Er2(CO3)3·xH2O | Peu soluble dans l’eau. | Une suspension n’est pas une solution de substance dissoute. Le degré d’hydratation variable influe sur les calculs de masse. |
| Oxalate d’erbium(III) hydraté | Er2(C2O4)3·xH2O | Peu soluble dans l’eau. | Produit de précipitation possible ; mesurez l’erbium dissous résiduel plutôt que de supposer une capture complète. |
| Fluorure d’erbium(III) | ErF3 | Peu soluble dans l’eau. | Incluez le fluorure ainsi que l’erbium dans l’évaluation de la qualité de l’eau et des résidus. |
Que se passe-t-il après dissolution ?
Ces composés contiennent de l’erbium trivalent, Er(III). Les variations d’acidité ou de la teneur en substances complexantes peuvent modifier les espèces dissoutes et leur tendance à former des particules ou à se fixer aux surfaces. Une solution préparée à partir d’un sel soluble peut donc changer après mélange avec un autre flux.
Mesurez l’erbium total et, si nécessaire, la fraction dissoute définie selon une méthode d’échantillonnage et de filtration spécifiée. Les particules fines et les colloïdes peuvent influer sur cette distinction. Consignez les méthodes de préparation afin que les résultats obtenus avant et après traitement soient comparables.
Élimination de l’erbium de l’eau
Séparation des solides et précipitation
La décantation et la filtration peuvent éliminer les particules contenant de l’erbium si elles peuvent être séparées efficacement. À elles seules, elles ne démontrent pas l’élimination de l’Er(III) dissous. La précipitation peut transférer l’erbium dissous vers un solide peu soluble lorsque la chimie de la solution le permet.
Pour toute étape de précipitation envisagée, vérifiez l’acidité, les substances complexantes, les ions concurrents, l’erbium dissous résiduel et la filtrabilité des solides. Une indication qualitative de solubilité ne permet pas de déterminer une dose ou un pH de fonctionnement universels. Prenez en compte les réactifs ajoutés et les boues dans le bilan du traitement.
Adsorption et échange d’ions
Des recherches sur la résine D113-III ont étudié l’adsorption et la désorption de l’erbium dans des systèmes discontinus et en colonne. Une étude distincte sur des billes de séricine-alginate réticulées a examiné la capture, la désorption, la réutilisation et la sélectivité. Ces résultats justifient de tester les mécanismes d’adsorption et d’échange d’ions avec l’eau à traiter, notamment les effets des métaux concurrents et des substances complexantes.
L’échange d’ions est utilisé pour séparer les terres rares, mais le choix d’une solution pratique nécessite des essais sur le mélange réel. Évaluez la capacité, le temps de contact, la percée, les effets des ions concurrents et la régénération. Une simple solution de sel d’erbium peut se comporter différemment d’une solution contenant plusieurs terres rares ou d’une eau contenant des ligands organiques.
Concentration : mg/L exprimés en Er contre mg/L de sel
Une valeur exprimée en erbium élémentaire exclut les contre-ions et l’eau de cristallisation. En utilisant une masse atomique de l’erbium de 167,259 g/mol :
mg/L exprimés en Er = mg/L de sel × (nombre d’atomes d’Er par unité de formule × 167,259) / masse molaire du sel.
| Sel pur | Formule | Masse molaire approximative | Er provenant de 100 mg/L de sel |
|---|---|---|---|
| Chlorure d’erbium anhydre | ErCl3 | 273,62 g/mol | 61,1 mg/L exprimés en Er |
| Chlorure d’erbium hexahydraté | ErCl3·6H2O | 381,71 g/mol | 43,8 mg/L exprimés en Er |
| Nitrate d’erbium pentahydraté | Er(NO3)3·5H2O | 443,35 g/mol | 37,7 mg/L en Er |
Ces exemples supposent le composé pur indiqué et une dissolution complète ; ils ne représentent pas des limites de solubilité. Corrigez les calculs en fonction de la teneur du produit, de l’humidité, de l’hydrate réel et de la matière non dissoute. Une concentration de 1 mmol/L d’erbium correspond à 167,259 mg/L en Er. L’analyse élémentaire totale ne permet pas, à elle seule, d’identifier le sel d’origine.
Concentration et récupération de l’erbium
L’adsorption suivie d’une désorption, ou l’échange d’ions suivi d’une élution, peut transférer l’erbium capturé dans un autre flux liquide. Un volume final plus faible peut augmenter sa concentration. Un concentrat peut également contenir d’autres terres rares, des sels et des impuretés ; le taux de récupération et la pureté doivent donc être mesurés séparément.
À titre d’exemple de bilan massique, 1 m3 d’eau à 10 mg/L en Er contient 10 g d’erbium. La récupération de 90 % de cette masse dans un volume liquide final de 10 L donnerait 900 mg/L en Er, soit un facteur de concentration de 90. Il s’agit d’un calcul, et non d’un rendement de traitement attendu. Dans un bilan réel, prenez en compte tous les flux liquides sortants, les solides résiduels et les pertes.
Les données utiles pour le procédé comprennent le débit, la température, le pH, l’erbium total et dissous, les autres éléments des terres rares, les ions majeurs, les matières en suspension et les substances complexantes connues. Définissez à la fois l’objectif pour l’eau traitée et tout objectif de récupération avant d’évaluer les performances au moyen d’essais en laboratoire ou à l’échelle pilote.
Sources
- Thermo Scientific Chemicals : chlorure d’erbium anhydre, nitrate d’erbium pentahydraté et sulfate d’erbium octahydraté.
- Inorganic Ventures : Guide du tableau périodique, chimie de l’erbium en solution.
- Adsorption de l’erbium(III) sur la résine D113-III à partir de solutions aqueuses : études en discontinu et sur colonne.
- Biosorption de l’europium et de l’erbium à partir de solutions aqueuses au moyen de billes de séricine-alginate réticulées.
- Royal Society of Chemistry : données atomiques et séparation de l’erbium.