Sels d’hafnium dans l’eau : solubilité, élimination et concentration
Les sels d’hafnium se comportent différemment dans l’eau. Certains se dissolvent, d’autres réagissent avec l’eau et d’autres encore sont peu solubles. Le seul nom du composé ne permet de prédire ni la concentration d’hafnium dissous ni le traitement nécessaire.
Pour en savoir plus sur sa présence et sa chimie générale dans l’eau, voir l’hafnium dans l’eau.
Composés courants de l’hafnium et leur comportement dans l’eau
Le tableau présente des réactifs à base d’hafnium disponibles dans le commerce et pertinents pour la chimie en solution aqueuse. Il ne s’agit pas d’un classement selon leur consommation. Les spécifications des produits décrivent des matériaux particuliers ; elles n’établissent pas une concentration de saturation universelle pour les eaux de procédé.
| Composé | Formule | Comportement dans l’eau | Conséquence pratique |
|---|---|---|---|
| Chlorure d’hafnium(IV) | HfCl4 | Réagit avec l’eau selon les informations produit de Thermo Scientific citées. | Il faut tenir compte de l’hydrolyse. Il est inapproprié de considérer ce réactif comme un sel dissous inchangé. |
| Oxychlorure d’hafnium octahydraté | HfOCl2·8H2O | Indiqué comme soluble dans l’eau par Thermo Scientific ; la spécification citée ne fournit aucune valeur quantitative de saturation. | Vérifier l’état d’hydratation et la teneur mesurée. Les espèces dissoutes dépendent de la composition de la solution. |
| Fluorure d’hafnium(IV) | HfF4 | Indiqué comme insoluble dans la fiche de données de sécurité de ProChem citée. | Cette classification qualitative ne signifie pas que la concentration d’hafnium dissous est nulle dans toutes les conditions. La complexation par les fluorures et l’acidité ont leur importance. |
Les milieux contenant des nitrates, des sulfates, des chlorures ou des fluorures figurent également dans les études sur la chimie de l’hafnium en solution. La présence d’un anion dans l’eau ne permet ni d’identifier un sel dissous unique ni de déterminer la solubilité d’un hydrate solide particulier.
Pourquoi la solubilité dépend de la composition de l’eau
L’hafnium se présente couramment à l’état d’oxydation +4. L’hydrolyse et la formation de complexes influencent sa chimie en solution aqueuse. Pour interpréter une mesure de solubilité, il faut préciser l’acidité, les concentrations des ligands, la température, le temps de contact et la phase solide. Les données obtenues dans une solution acide concentrée ne doivent pas être transposées directement à une eau neutre.
Une solution limpide ne prouve pas que tout l’hafnium est présent sous forme d’ions libres. Indiquer séparément l’hafnium total et l’hafnium considéré comme dissous selon la méthode employée, en précisant les méthodes de filtration et d’analyse. Des colloïdes peuvent traverser un filtre, et une modification du pH pendant le prélèvement peut changer la répartition entre le liquide et les solides.
Élimination de l’hafnium de l’eau
- Particules et précipités : la décantation et la filtration peuvent séparer les solides appropriés. Les essais de précipitation doivent mesurer l’hafnium dissous résiduel et confirmer que les solides peuvent être séparés.
- Adsorption : des recherches sur l’oxyde de titane hydraté démontrent la sorption de l’hafnium à partir de solutions diluées. Des essais sur l’eau d’alimentation réelle sont nécessaires pour déterminer la capacité, le temps de contact et les effets des substances concurrentes.
- Échange d’ions : le choix de la résine dépend des espèces chimiques de l’hafnium et de la composition de la solution. Les études sur le zirconium et l’hafnium en milieu acide justifient l’essai de résines appropriées, mais l’élimination des deux éléments ne démontre pas leur séparation.
- Membranes : évaluer la rétention des espèces effectivement présentes et la compatibilité de la membrane avec l’eau d’alimentation. Le flux retenu doit également être géré ; aucun pourcentage universel de rejet de l’hafnium n’est présumé.
Utiliser les performances mesurées sur l’eau réelle. Suivre l’hafnium dans l’eau traitée, les boues, les médias usés, les eaux de rinçage et les liquides de régénération. L’élimination transfère l’hafnium vers un autre flux ; elle ne détruit pas l’élément.
Concentration : mg/L exprimés en Hf ou en composé
Les concentrations exprimées en hafnium élémentaire diffèrent de celles exprimées en composé entier. Pour un composé pur contenant un atome d’hafnium par unité de formule :
mg/L exprimés en Hf = mg/L de composé × 178,49 ÷ masse molaire du composé.
| Composé | Masse molaire approximative (g/mol) | Fraction massique d’hafnium | Hf élémentaire dans 100 mg de composé pur |
|---|---|---|---|
| Chlorure d’hafnium(IV) | 320.29 | 55.7% | 55,7 mg |
| Oxychlorure d’hafnium octahydraté | 409.52 | 43.6% | 43,6 mg |
| Fluorure d’hafnium(IV) | 254.48 | 70.1% | 70,1 mg |
Il s’agit de quantités théoriques d’élément, et non de valeurs de solubilité ni d’instructions pour préparer des solutions. Ajuster les calculs selon la teneur réelle mesurée et l’état d’hydratation. Une indication de pureté sur base métaux ne correspond pas nécessairement à la pureté massique du composé entier, en particulier lorsque le zirconium est exclu de la spécification. Un mmol/L de Hf élémentaire correspond à environ 178,49 mg/L exprimés en Hf, quel que soit le réactif de départ.
Concentration et récupération de l’hafnium
La capture suivie d’une élution peut transférer l’hafnium dans un volume de liquide plus faible. La concentration dépend de la masse récupérée ainsi que de la réduction de volume :
Concentration après récupération = concentration dans l’eau d’alimentation × volume d’eau d’alimentation × fraction massique récupérée ÷ volume après récupération.
Par exemple, 1 000 L à 10 mg/L exprimés en Hf contiennent 10 g d’hafnium. La récupération de 90 % de cette masse dans 10 L donne 900 mg/L exprimés en Hf, soit un facteur de concentration de 90. Il s’agit d’un exemple de bilan massique, et non d’un résultat de traitement garanti. Dans un calcul réel, inclure les volumes de rinçage et la matière non récupérée.
Indiquer séparément l’efficacité d’élimination, la récupération massique et la pureté du produit. Concentrer l’hafnium avec le zirconium ou d’autres matières dissoutes ne permet pas d’obtenir un produit d’hafnium purifié.
Informations nécessaires pour évaluer le traitement
Fournir le débit, le pH, la température, les concentrations totales et dissoutes d’hafnium et de zirconium, les matières en suspension, les ions principaux et les substances complexantes. Définir l’objectif de qualité de l’eau traitée et le produit de récupération visé. Tester le procédé avec une eau représentative et tenir compte de tous les flux résiduels.
Sources
- Royal Society of Chemistry : hafnium.
- Thermo Scientific : chlorure d’hafnium(IV).
- Thermo Scientific : oxychlorure d’hafnium octahydraté.
- ProChem : fiche de données de sécurité du fluorure d’hafnium(IV).
- Chimie aqueuse du hafnium (IV) : études d’extraction par solvant et d’échange d’ions.
- Sorption du hafnium sur de l’oxyde de titane hydraté à l’aide d’une technique de radiotraçage.
- Séparation du zirconium et du hafnium à l’aide de la résine échangeuse d’ions chélatante Diphonix.