Sels d’holmium dans l’eau : solubilité, élimination et concentration
Le chlorure et le nitrate d’holmium sont des sources de Ho(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’holmium dans l’eau.
Sels d’holmium courants et solubilité
Ces descriptions qualitatives ne constituent ni des concentrations de saturation ni des spécifications de dosage. Vérifiez les données correspondant à la forme hydratée exacte, à la température et à la composition de la solution. L’acidité, les substances complexantes et les autres ions peuvent modifier la quantité d’holmium qui reste dissoute.
| Sel | Formule représentative | Comportement dans l’eau | Intérêt pratique |
|---|---|---|---|
| Chlorure d’holmium(III) hexahydraté | HoCl3·6H2O | Soluble dans l’eau. | Fournit du Ho(III) dissous ; l’hydratation modifie la fraction massique d’holmium. |
| Nitrate d’holmium(III) pentahydraté | Ho(NO3)3·5H2O | Soluble dans l’eau. | L’holmium et le nitrate passent tous deux en solution. Vérifiez la forme hydratée et la teneur sur le certificat du produit. |
| Sulfate d’holmium(III) | Ho2(SO4)3 | Modérément 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’holmium(III) hydraté | Ho2(CO3)3·xH2O | Peu soluble dans l’eau. | Une suspension n’est pas une solution de substances dissoutes. La variabilité de l’hydratation influe sur les calculs de masse. |
| Oxalate d’holmium(III) hydraté | Ho2(C2O4)3·xH2O | Peu soluble dans l’eau. | Produit de précipitation possible ; mesurez l’holmium dissous résiduel au lieu de supposer qu’il a été entièrement capté. |
| Fluorure d’holmium(III) | HoF3 | Peu soluble dans l’eau. | Incluez le fluorure ainsi que l’holmium dans l’évaluation de la qualité de l’eau et des résidus. |
Que se passe-t-il après la dissolution ?
Ces composés contiennent de l’holmium trivalent, Ho(III). Les variations d’acidité ou de teneur en substances complexantes peuvent modifier les espèces dissoutes ainsi que la tendance à former des particules ou à se fixer sur des surfaces. Une solution préparée à partir d’un sel soluble peut donc changer après son mélange avec un autre flux.
Mesurez l’holmium total et, le cas échéant, la fraction dissoute définie par 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 avant et après traitement soient comparables.
Élimination de l’holmium de l’eau
Séparation des solides et précipitation
La décantation et la filtration peuvent éliminer les particules contenant de l’holmium si celles-ci peuvent être séparées efficacement. Elles ne démontrent pas, à elles seules, l’élimination du Ho(III) dissous. La précipitation peut transférer l’holmium dissous dans 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’holmium dissous résiduel et la filtrabilité des solides. Une indication qualitative de solubilité ne permet pas de définir une dose ou un pH de fonctionnement universels. Intégrez les réactifs ajoutés et les boues au bilan du traitement.
Adsorption et échange d’ions
Des études de recherche primaire ont examiné l’adsorption de l’holmium sur de l’oxyde de graphène magnétique fonctionnalisé par des groupes amino et sur des composites d’alginate modifiés. L’étude sur l’alginate a examiné le pH, le temps de contact, la concentration initiale, la température, les métaux concurrents et la régénération. Ces résultats justifient de tester les mécanismes de captage possibles, plutôt que de supposer des performances identiques dans une eau différente.
L’échange d’ions est utilisé pour séparer les terres rares, mais le choix pratique exige de tester 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’holmium peut se comporter différemment d’une solution contenant plusieurs terres rares ou d’une eau contenant des ligands organiques.
Concentration : mg/L exprimés en Ho ou mg/L de sel
Une valeur exprimée en holmium élémentaire exclut les contre-ions et l’eau de cristallisation. En utilisant une masse atomique de l’holmium de 164,930 g/mol :
mg/L exprimés en Ho = mg/L de sel × (nombre d’atomes de Ho par unité de formule × 164,930) / masse molaire du sel.
| Sel pur | Formule | Masse molaire approximative | Ho pour 100 mg/L de sel |
|---|---|---|---|
| Chlorure d’holmium anhydre | HoCl3 | 271,29 g/mol | 60,8 mg/L exprimés en Ho |
| Chlorure d’holmium hexahydraté | HoCl3·6H2O | 379,38 g/mol | 43,5 mg/L exprimés en Ho |
| Nitrate d’holmium pentahydraté | Ho(NO3)3·5H2O | 441,02 g/mol | 37,4 mg/L en Ho |
Ces exemples supposent que le composé indiqué est pur et qu’il se dissout complètement ; ils ne correspondent pas à des limites de solubilité. Il faut tenir compte de la teneur du produit, de l’humidité, de la forme hydratée réelle et de la matière non dissoute. Une concentration de 1 mmol/L d’holmium correspond à 164,930 mg/L en Ho. L’analyse de la teneur totale en élément ne permet pas, à elle seule, d’identifier le sel d’origine.
Concentration et récupération de l’holmium
L’adsorption suivie d’une désorption, ou l’échange d’ions suivi d’une élution, permet de transférer l’holmium capté dans un autre flux liquide. Un volume final plus faible peut accroître 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 Ho contient 10 g d’holmium. La récupération de 90 % de cette masse dans un volume liquide final de 10 L donnerait 900 mg/L en Ho, 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, il faut prendre en compte tous les effluents liquides, les solides résiduels et les pertes.
Les données utiles pour le procédé comprennent le débit, la température, le pH, les concentrations en holmium total et dissous, les autres terres rares, les ions majeurs, les matières en suspension et les substances complexantes connues. Définir à la fois l’objectif de qualité de l’eau traitée et tout objectif de récupération avant d’établir les performances par des essais en laboratoire ou à l’échelle pilote.
Sources
- Thermo Scientific Chemicals : chlorure d’holmium hexahydraté et nitrate d’holmium pentahydraté.
- American Elements : sulfate d’holmium.
- Inorganic Ventures : Guide du tableau périodique, chimie de l’holmium en solution.
- Récupération des terres rares lourdes à l’aide d’oxyde de graphène magnétique fonctionnalisé par des groupes amino.
- Composites d’alginate modifiés issus de ressources renouvelables pour l’adsorption du samarium et de l’holmium.
- Royal Society of Chemistry : données atomiques et séparation de l’holmium.