Principaux sels de praséodyme dans l’eau : solubilité, élimination et concentration
Les sels courants de praséodyme comprennent le chlorure, le nitrate et le sulfate, tandis que le carbonate, l’oxalate, le phosphate et le fluorure sont également pertinents en tant que solides peu solubles. Ce guide compare leur comportement dans l’eau et explique comment exprimer la concentration en praséodyme, l’éliminer de l’eau et le concentrer en vue de sa récupération.
Pour des informations sur sa présence et son contexte environnemental, voir le praséodyme dans l’eau. Le terme « courants » renvoie ici à la chimie de laboratoire et des procédés, et non à un classement des sels détectés dans les eaux naturelles. Une fois un sel dissous, sa formule initiale ne décrit pas toutes les espèces présentes : le Pr(III) peut former des complexes dissous ou passer dans des solides.
Sels courants et solubilité dans l’eau
| Sel | Formule et exemples d’hydrates | Solubilité dans l’eau | Importance pratique |
|---|---|---|---|
| Chlorure de praséodyme(III) | PrCl3; PrCl3·6H2O ou ·7H2O | Soluble dans l’eau ; vérifier l’hydrate indiqué. | Sel de Pr soluble utilisé comme matière première. L’élimination du Pr n’élimine pas nécessairement le chlorure. |
| Nitrate de praséodyme(III) | Pr(NO3)3; généralement hydraté | Soluble dans l’eau. | Utilisé pour préparer des solutions de Pr ; le nitrate reste un paramètre distinct à prendre en compte pour la qualité de l’eau. |
| Sulfate de praséodyme(III) | Pr2(SO4)3; octahydrate | Solubilité limitée ; dépend fortement des conditions et de la phase solide. | Le sulfate forme aussi des complexes dissous ; une eau contenant des sulfates ne provoque pas automatiquement la précipitation de tout le Pr. |
| Carbonate de praséodyme(III) | Pr2(CO3)3·xH2O | Peu soluble dans l’eau ; l’acide favorise sa dissolution. | Produit potentiel de précipitation et de récupération. |
| Oxalate de praséodyme(III) | Pr2(C2O4)3·xH2O | Peu soluble ; le pH et l’excès de ligand influent sur la quantité de Pr dissous. | Pertinent pour la précipitation et la concentration des terres rares. |
| Phosphate de praséodyme(III) | PrPO4 | Faiblement soluble ; l’acidité et la complexation influent sur sa dissolution. | Peut immobiliser le Pr dans une phase solide. |
| Fluorure de praséodyme(III) | PrF3 | Peu soluble dans l’eau. | Précipité possible ; l’ajout de fluorure introduit un contaminant supplémentaire et ne constitue pas une recommandation générale pour le traitement de l’eau. |
Il s’agit de comparaisons qualitatives, et non de concentrations à saturation. Toute valeur numérique de solubilité doit préciser la température, le pH, l’hydrate ou la phase solide, la composition de la solution et les unités. Les valeurs en g pour 100 g d’eau ne peuvent pas être utilisées directement comme des valeurs en g/L de solution. Les hydroxydes et les oxydes de Pr sont également des solides pertinents, mais ne figurent pas comme sels dans ce tableau. [1–4]
Quels facteurs déterminent la quantité de praséodyme dissous ?
La solubilité est une propriété d’équilibre ; la concentration mesurée dépend aussi de la quantité introduite, du temps de séjour et de la séparation des solides. L’acidité, les carbonates, les sulfates, les phosphates, les fluorures et les ligands organiques peuvent modifier l’équilibre entre les ions Pr3+ libres, les complexes dissous et les précipités. Une faible concentration d’ions libres ne signifie pas nécessairement une faible concentration totale de Pr dissous. Les prévisions de précipitation doivent tenir compte de la complexation et des phases solides effectivement présentes. [3,4]
Concentration : mg/L exprimés en Pr ou mg/L de sel
Exprimer les résultats en praséodyme élémentaire, par exemple en µg/L exprimés en Pr ou en mg/L exprimés en Pr, et préciser si l’échantillon représente la fraction dissoute ou la matière totale. Ne pas assimiler une dose de sel à la quantité de Pr dissous restant après l’établissement de l’équilibre. Il n’existe pas de concentration unique représentative de toutes les eaux naturelles ou industrielles.
Concentration calculée en Pr (mg/L) = dose de sel (mg/L) × n × 140.90766 / masse molaire du sel (g/mol).
Ici, n est le nombre d’atomes de Pr par unité de formule. Inclure l’eau de cristallisation dans la masse molaire et, le cas échéant, corriger selon la teneur réelle du produit.
| Sel défini | Masse molaire approximative (g/mol) | Pr issu de 100 mg/L de sel, valeur calculée |
|---|---|---|
| PrCl3, anhydre | 247.26 | 57,0 mg/L exprimés en Pr |
| PrCl3·6H2O | 355.35 | 39,7 mg/L exprimés en Pr |
| Pr(NO3)3·6H2O | 435.01 | 32,4 mg/L exprimés en Pr |
Ces exemples stœchiométriques supposent un produit pur, une dissolution complète et aucune perte ultérieure ; ils ne constituent ni des mesures de solubilité ni des concentrations environnementales. Un mmol/L de Pr correspond à environ 140,91 mg/L exprimés en Pr. Inversement, 1 mg/L exprimé en Pr correspond à environ 7,10 µmol/L.
Élimination du praséodyme de l’eau
- Précipitation et séparation des solides : évaluer l’ajustement du pH et les agents précipitants appropriés sur l’eau à traiter. Les réactions avec les carbonates, les oxalates et les phosphates peuvent transférer les terres rares vers la phase solide. Faire suivre la précipitation d’une décantation ou d’une filtration : la seule formation d’un précipité ne suffit pas à l’éliminer du flux d’eau. La coprécipitation peut produire des boues contenant plusieurs métaux. [4]
- Échange d’ions : capter le Pr dissous sur une résine adaptée, puis régénérer celle-ci afin de le recueillir dans un plus petit volume de liquide. La fixation du Pr(III) a été étudiée avec une résine échangeuse de cations acide ; l’acidité, les ions concurrents et la charge influencent les performances. Une capacité mesurée en laboratoire ne garantit pas la capacité de fonctionnement d’une installation. [5]
- Adsorption : les sorbants peuvent fixer le Pr, mais le pH, le temps de contact et la composition de l’eau jouent un rôle. Les recherches sur l’adsorption du Pr par les sédiments justifient la réalisation d’essais plutôt que de présumer une élimination universelle. Évaluer la régénération ou l’élimination du sorbant usé. [6]
La filtration seule cible les particules, et non les ions Pr libres dissous. Le choix du traitement doit reposer sur les caractéristiques mesurées de l’eau entrante, la concentration requise en sortie, les métaux concurrents et les flux de déchets ou de récupération produits. L’élimination du Pr ne démontre pas à elle seule que les teneurs en chlorure, nitrate, sulfate ou autres constituants dissous satisfont aux exigences de qualité de l’eau.
Concentration et récupération
L’élimination réduit la teneur en Pr de l’eau traitée ; la récupération permet de le recueillir dans un produit utile. L’élution d’une résine échangeuse d’ions peut concentrer le Pr dans un plus petit volume de liquide, tandis que la précipitation le concentre dans un solide. Aucune de ces étapes ne garantit, à elle seule, sa séparation des terres rares voisines ni une pureté suffisante pour obtenir un produit commercialisable. [4,5]
Facteur de concentration dans le liquide = concentration de Pr dans l’éluat recueilli / concentration de Pr dans l’eau d’alimentation. Déterminer séparément le taux de récupération en divisant la masse de Pr recueillie par la masse de Pr dans l’eau d’alimentation. Par exemple, 1 m³ contenant 10 mg/L exprimés en Pr contient 10 g de Pr. Une récupération de 90 % dans 10 L donnerait 900 mg/L exprimés en Pr et un facteur de concentration de 90. Il s’agit d’un bilan massique illustratif, et non d’une prévision des performances du traitement.
Données nécessaires à l’évaluation du traitement
Les données utiles comprennent le débit, les teneurs en Pr dissous et total, le pH, la température, les principaux anions, les métaux concurrents, les matières en suspension et la concentration cible en sortie. Définir avec le laboratoire les modalités d’échantillonnage et de préparation analytique afin que les résultats pour le Pr dissous et total restent comparables. Les essais à l’échelle du laboratoire doivent mesurer le Pr résiduel, la séparation des solides, la consommation de réactifs et la composition de tout concentrat obtenu.
Sources et lectures complémentaires
- Stanford Materials : informations sur le chlorure de praséodyme.
- CDH : spécifications du nitrate de praséodyme.
- Inorganic Ventures : guide du tableau périodique, compatibilité et solubilité du praséodyme.
- Han (2020) : caractéristiques de la précipitation des terres rares avec différents agents précipitants.
- Études de modélisation et d’équilibre sur la récupération du praséodyme (III), du dysprosium (III) et de l’yttrium (III) au moyen d’une résine échangeuse de cations acide (2022).
- Sédiments naturels d’un barrage et leurs composants inorganiques comme adsorbants du praséodyme (Pr(III)) (2023).