Sels de rhénium courants dans l’eau : solubilité, élimination et concentration
Les sels de rhénium dans l’eau concernent principalement les réactifs spécialisés et les procédés de récupération des métaux. Dans les solutions oxygénées, le rhénium dissous se présente souvent sous forme de perrhénate, ReO4−. Le nom d’un sel dissous désigne la matière de départ ou le produit ; il ne signifie pas que des molécules de sel intactes restent en solution.
Voir le rhénium dans l’eau pour sa présence et sa chimie en solution aqueuse, et le rhénium dans les eaux minières et les eaux de traitement pour les sources industrielles et les circuits de récupération.
Sels de rhénium représentatifs et solubilité dans l’eau
| Composé | Formule | Comportement dans l’eau | Intérêt pratique |
|---|---|---|---|
| Perrhénate d’ammonium (APR) | NH4ReO4 | Un fournisseur indique une solubilité de 62,3 g/L dans l’eau à 20 °C. La température et les autres sels d’ammonium dissous influent sur la saturation. | Intermédiaire cristallin récupéré à partir de solutions purifiées riches en rhénium. |
| Perrhénate de sodium | NaReO4 | Très soluble dans l’eau. Des travaux publiés sur la cristallisation indiquent plus de 1 130 g/L à 298 K ; cette valeur ne constitue pas une limite pour les solutions de traitement mixtes. | Réactif et solutions de récupération contenant du sodium. |
| Perrhénate de potassium | KReO4 | Solubilité dans l’eau limitée par rapport au perrhénate de sodium ; utiliser des données mesurées à la température considérée pour dimensionner la cristallisation. | Réactif et certaines voies de précipitation ou de purification. |
Il s’agit de sels de procédé représentatifs, et non d’un classement des substances présentes dans les eaux naturelles. L’acide perrhénique, HReO4, est un acide et non un sel ; les solutions acides de récupération sont souvent décrites en ces termes. Une solubilité exprimée en grammes de sel par litre ne doit pas être interprétée comme une concentration en grammes de rhénium élémentaire par litre. Les valeurs par litre de solution et par kilogramme d’eau reposent également sur des bases de référence différentes.
Les données obtenues dans l’eau pure fournissent une première référence. La saturation réelle dépend de la température, de l’acidité, des contre-ions et des autres sels dissous. Les études sur le perrhénate d’ammonium en présence de chlorure, de nitrate et de sulfate d’ammonium montrent pourquoi une solution mixte nécessite sa propre évaluation de l’équilibre.
Élimination du rhénium de l’eau
- Séparer les matières en suspension : la clarification et la filtration éliminent les particules contenant du rhénium. La filtration particulaire ordinaire n’élimine pas le perrhénate dissous.
- Retenir le perrhénate dissous : l’échange d’anions et certains adsorbants peuvent le transférer de l’eau vers une phase solide. Tester la capacité, la sélectivité et la percée avec l’eau à traiter, notamment en présence de sulfate, de molybdate et d’autres ions concurrents.
- Séparer et purifier les solutions de traitement : l’extraction par solvant est utilisée en hydrométallurgie du rhénium. Elle nécessite une alimentation adaptée ainsi qu’un circuit d’extraction et de réextraction maîtrisé ; elle ne peut pas être directement transposée au traitement de l’eau potable.
- Récupérer un produit cristallin : la précipitation ou la cristallisation permettent de récupérer des sels de perrhénate à partir de solutions suffisamment concentrées et conditionnées. Éliminer une concentration à l’état de traces est un objectif différent de la production d’un sel de haute pureté.
Choisir une filière de traitement en fonction des teneurs en rhénium dissous et total, du débit, du pH, des conditions d’oxydoréduction, de la salinité, des métaux concurrents et de l’objectif requis en matière de rejet, de réutilisation ou de récupération. Des essais en laboratoire et, le cas échéant, des essais pilotes permettent d’établir les performances. Tenir compte des médias usés, des solutions de régénération, des raffinats et des solides ; transférer le rhénium vers un flux résiduel ne revient pas à le détruire.
Concentration : mg/L exprimés en Re contre mg/L de sel
Pour un sel pur de formule connue :
mg/L exprimés en Re = mg/L de sel × nombre d’atomes de Re par unité de formule × 186,207 ÷ masse molaire du sel.
Le perrhénate d’ammonium a une masse molaire d’environ 268,24 g/mol et contient un atome de rhénium par unité de formule. Sa fraction massique théorique en rhénium est de 69,42 %. Ainsi, 100 mg/L de perrhénate d’ammonium pur correspondent à environ 69,42 mg/L exprimés en Re lorsque tout son rhénium appartient à la fraction mesurée. Un mmol/L de rhénium correspond à 186,207 mg/L exprimés en Re.
Il s’agit de calculs de composition, et non de limites de solubilité. Tenir compte de la teneur réelle du réactif, de son état d’hydratation et de sa formule chimique exacte. Préciser si un résultat d’analyse représente le rhénium dissous ou total. Un résultat exprimé en perrhénate inclut la masse de l’oxygène et ne peut pas être utilisé directement comme résultat exprimé en Re.
Concentration du rhénium et calcul de la récupération
L’élution d’un lit échangeur d’ions ou la réextraction d’une phase d’extraction par solvant peut transférer le rhénium retenu dans un plus petit volume de liquide. Une purification et une cristallisation ultérieures peuvent produire du perrhénate d’ammonium. La concentration dépend de la masse récupérée et du volume final :
Concentration dans le volume récupéré = concentration de l’alimentation × volume de l’alimentation × fraction massique récupérée ÷ volume récupéré.
Par exemple, 1 000 L contenant 10 mg/L exprimés en Re renferment 10 g de rhénium. En récupérer 90 % dans 10 L donne 900 mg/L exprimés en Re, soit un facteur de concentration de 90. Cet exemple illustre un bilan de matière et non une performance de traitement garantie.
Indiquer séparément l’efficacité d’élimination, la récupération massique et la pureté du produit. Inclure les liquides de lavage et de régénération dans le bilan volumique, et vérifier les impuretés avant de considérer un flux concentré comme un produit commercialisable.
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Sources et lectures complémentaires
- Todini Chemicals : solubilité du perrhénate d’ammonium.
- Carl Roth : données de sécurité du perrhénate d’ammonium et solubilité dans l’eau à 20 °C.
- Casas et ses collègues : cristallisation du perrhénate de sodium à 298 K.
- Étude expérimentale : solubilité et densité des solutions de perrhénate d’ammonium et de potassium.
- Étude expérimentale : solubilité du perrhénate d’ammonium dans des mélanges de sels d’ammonium.
- Étude expérimentale : récupération du rhénium à partir de solutions industrielles de lixiviation par extraction au solvant.
- Revue des technologies d’extraction et de recyclage du rhénium.
- Thermo Scientific : formule et masse molaire du perrhénate d’ammonium.
- CIAAW : poids atomique standard du rhénium.