Sels courants de lutécium dans l’eau : solubilité, élimination et concentration
Les sels de lutécium se comportent différemment dans l’eau. Les réactifs à base de chlorure, de nitrate et de sulfate peuvent apporter du lutécium dissous, tandis que le carbonate, l’oxalate et le fluorure sont peu solubles. Le traitement dépend de la forme chimique présente après mélange, et non seulement du nom du sel de départ.
Pour les sources et la chimie générale en solution aqueuse, voir le lutécium dans l’eau.
Sels courants de lutécium et solubilité dans l’eau
| Sel | Formule | Comportement dans l’eau | Considération pratique |
|---|---|---|---|
| Chlorure de lutécium(III) hexahydraté | LuCl3·6H2O | Soluble | L’hydratation modifie la masse de réactif nécessaire pour obtenir une concentration donnée en Lu. |
| Nitrate de lutécium(III) hydraté | Lu(NO3)3·xH2O | Soluble | Utiliser le degré d’hydratation indiqué ou la teneur en Lu certifiée ; un hydrate dont le degré d’hydratation n’est pas précisé n’a pas de masse molaire unique. |
| Sulfate de lutécium(III) octahydraté | Lu2(SO4)3·8H2O | Soluble | La température et les autres sels dissous influent sur la solubilité dans les conditions considérées. |
| Carbonate de lutécium(III) hydraté | Lu2(CO3)3·xH2O | Peu soluble | L’ajout d’acide peut modifier la dissolution et la répartition des espèces chimiques. |
| Oxalate de lutécium(III) hydraté | Lu2(C2O4)3·xH2O | Peu soluble | La précipitation nécessite ensuite une séparation des solides. |
| Fluorure de lutécium(III) | LuF3 | Peu soluble | Le fluorure peut empêcher le maintien du lutécium en solution lors d’une analyse. |
Ces descriptions sont qualitatives : elles n’indiquent ni les concentrations à saturation ni des garanties de traitement. Pour concevoir une préparation ou un procédé, utiliser les données de solubilité correspondant au produit exact, à la température et à la composition de la solution. Peu soluble ne signifie pas qu’il n’y a pas de lutécium dissous.
Que se passe-t-il après la dissolution d’un sel ?
Le lutécium se trouve couramment à l’état d’oxydation +3. Sa répartition entre espèces dissoutes et solides dépend du pH, des substances complexantes et des ions concurrents. Un réactif soluble peut former un précipité après mélange avec un autre flux. À l’inverse, un acide ou une substance complexante peut modifier la dissolution d’un solide.
Mesurer le lutécium total et le lutécium dissous en appliquant une préparation des échantillons clairement définie. Les colloïdes et les particules fines peuvent influer sur la fraction dissoute telle qu’elle est définie par la méthode employée. La formule du sel ne permet pas, à elle seule, d’identifier toutes les espèces présentes dans l’eau traitée.
Élimination du lutécium de l’eau
La décantation et la filtration peuvent éliminer les particules séparables. Elles ne démontrent pas, à elles seules, l’élimination du Lu(III) dissous. La précipitation transforme le lutécium dissous en un solide qui peut être séparé ; vérifier le pH, la dose de réactif, la teneur résiduelle en lutécium dissous et le comportement des boues dans l’eau concernée.
L’échange d’ions et l’adsorption peuvent capter le lutécium dissous. Des recherches utilisant des échangeurs de cations et d’anions activés ont étudié sa captation à partir de solutions de nitrate. Les terres rares concurrentes, l’acidité et les substances complexantes peuvent modifier les performances ; les résultats de laboratoire ne doivent donc pas être transposés directement à un autre flux.
Des procédés membranaires spécialisés peuvent également être évalués. Des recherches sur une membrane à inclusion polymère ont étudié le transport du Lu(III) et la régénération de la membrane. Il s’agit d’un mécanisme différent de la filtration ordinaire des particules. Évaluer la sélectivité, le taux de récupération et la composition de tous les flux sortants avant de choisir un procédé.
Concentration : mg/L exprimés en Lu ou mg/L de sel
Une concentration exprimée en Lu élémentaire ne tient compte que de la masse de lutécium. Une concentration en sel comprend également les contre-ions et toute eau de cristallisation. Pour un sel pur de composition connue :
mg/L exprimés en Lu = mg/L de sel × (nombre d’atomes de Lu dans la formule × 174,9668) / masse molaire du sel.
| Forme du réactif utilisée pour le calcul | Masse molaire approximative (g/mol) | Fraction massique de Lu | Lu apporté par 100 mg/L de sel |
|---|---|---|---|
| Forme anhydre : LuCl3 | 281.32 | 62.2% | 62,2 mg/L exprimés en Lu |
| LuCl3·6H2O | 389.41 | 44.9% | 44,9 mg/L exprimés en Lu |
Un mmol/L de lutécium correspond à environ 174,97 mg/L exprimés en Lu. Pour un nitrate hydraté dont x n’est pas précisé, effectuer le calcul à partir de la teneur en Lu certifiée ou d’un degré d’hydratation vérifié. Corriger les calculs de quantité de réactif en fonction de la pureté et de la base de dosage indiquées sur le certificat.
Concentration et récupération du lutécium
Après la captation, la désorption ou l’élution peut transférer le lutécium dans un plus petit volume de liquide. L’élimination du lutécium du flux entrant, sa récupération dans ce liquide et la pureté du produit récupéré sont des mesures distinctes. Les terres rares et les sels captés en même temps peuvent réduire la pureté du produit, même lorsque la concentration en Lu augmente.
À titre d’exemple de bilan de masse, 1 m³ d’eau d’alimentation contenant 10 mg/L exprimés en Lu contient 10 g de Lu. Si 90 % de cette masse est récupérée dans 10 L de solution finale, celle-ci contient 9 g de Lu, soit 900 mg/L exprimés en Lu : un facteur de concentration de 90 par rapport à l’eau d’alimentation. Il s’agit d’un calcul, et non d’une prévision du rendement du procédé.
Comptabilisez le lutécium présent dans l’eau traitée, les solides, les milieux épuisés, les eaux de rinçage et les liquides de régénération. Intégrez l’eau et les réactifs ajoutés au bilan volumique, et vérifiez le produit final par analyse.
Sources
- Royal Society of Chemistry : propriétés et masse atomique du lutécium.
- Inorganic Ventures : Guide du tableau périodique, chimie du lutécium en solution.
- Thermo Scientific Chemicals : fiche de spécifications du chlorure de lutécium(III) hexahydraté; nitrate hydraté; sulfate octahydraté.
- Sorption améliorée des ions lutécium dans des solutions aqueuses à l’aide d’échangeurs d’ions activés.
- Étude préliminaire d’une membrane à inclusion polymère pour la séparation du lutécium(III) et la régénération de la membrane.