Sels de tantale dans l’eau : solubilité, élimination et concentration
Les composés du tantale peuvent réagir avec l’eau et changer de forme chimique. Les données de solubilité doivent donc distinguer la simple dissolution de l’hydrolyse ou de la décomposition. Le choix du traitement dépend du tantale effectivement présent sous forme dissoute et particulaire dans l’eau à traiter.
Pour en savoir plus sur sa présence et sa chimie générale, voir le tantale dans l’eau.
Composés courants du tantale et leur comportement dans l’eau
Les composés commercialisés ci-dessous sont pertinents pour le traitement du tantale et la chimie de laboratoire. Le tableau décrit les produits cités ; il ne les classe pas selon leur consommation mondiale et n’attribue aucune concentration de saturation non étayée.
| Composé | Formule | Comportement dans l’eau | Conséquences pour le traitement |
|---|---|---|---|
| Chlorure de tantale(V) | TaCl5 | Thermo Scientific indique qu’il réagit avec l’eau. | Tenir compte de l’hydrolyse. La formule initiale ne décrit pas toutes les espèces présentes après contact avec l’eau. |
| Fluorure de tantale(V) | TaF5 | Gelest indique qu’il réagit avec l’eau. | L’acidité et la concentration en fluorure influencent la chimie en solution aqueuse. La quantité de réactif ajoutée ne constitue pas une mesure de la concentration en tantale dissous. |
| Heptafluorotantalate(V) de potassium | K2TaF7 | La fiche du produit Thermo Scientific citée indique qu’il se décompose dans l’eau. | Ne pas considérer une simple indication « soluble » ou « insoluble » comme une preuve de stabilité chimique dans l’eau concernée. |
Ces descriptions qualitatives ne constituent pas des limites numériques de solubilité. Utiliser des données correspondant à la forme solide exacte, à la température, à l’acidité et à la composition de la solution. Le comportement d’un complexe fluoré dans une solution de procédé acide diffère de celui d’un composé solide ajouté à de l’eau ordinaire.
Solubilité et espèces dissoutes
Dans ces composés, le tantale se trouve généralement sous la forme Ta(V). L’hydrolyse, la formation de complexes et la précipitation influencent sa répartition entre matières dissoutes, colloïdes et solides. Des milieux fluorés et chlorurés ont été étudiés pour la récupération du tantale, et les conditions influencent le comportement lors de l’extraction. Des observations en laboratoire montrent également que des précipités peuvent se former pendant le stockage de solutions d’halogénures de tantale.
Indiquer séparément le tantale total et le tantale dissous selon la définition opérationnelle retenue, en précisant les caractéristiques du filtre, la conservation des échantillons et la méthode d’analyse. La fraction filtrée peut contenir des colloïdes et des complexes. Mesurer le niobium et les autres éléments associés lorsque la pureté du produit récupéré est importante.
Élimination du tantale de l’eau
- Particules et précipités : évaluer la décantation, la coagulation lorsque cela convient et la filtration. Lors des essais de précipitation d’une fraction dissoute, mesurer le tantale dissous résiduel et évaluer la séparation des solides.
- Échange d’ions : les études sur le traitement du tantale et du niobium montrent l’importance du choix de la résine et de la composition chimique de l’eau à traiter. Vérifier la capacité, la sélectivité, la percée et la régénération à l’aide d’une eau à traiter représentative.
- Extraction par solvant : des recherches démontrent la récupération à partir de solutions d’halogénures particulières. Évaluer la séparation des phases, la réextraction et la gestion du solvant. Ces résultats ne permettent pas d’établir un taux d’élimination universel pour les eaux usées.
- Adsorption et membranes : déterminer expérimentalement les performances pour les espèces effectivement présentes et la composition de l’eau concernée. Vérifier la compatibilité des matériaux, les ions concurrents, l’encrassement et le flux résiduel produit.
L’élimination du tantale le transfère vers des solides, des matériaux de traitement, une phase d’extraction ou un concentrat. Inclure ces flux dans le bilan matière. Éliminer ensemble le tantale et le niobium n’est pas la même chose que séparer ces deux éléments.
Concentration : mg/L exprimés en Ta ou mg/L de composé
Pour un composé pur contenant un atome de tantale par unité de formule :
mg/L exprimés en Ta = mg/L de composé × 180,948 ÷ masse molaire du composé.
| Composé | Masse molaire approximative (g/mol) | Fraction massique de tantale | Ta élémentaire dans 100 mg de composé pur |
|---|---|---|---|
| Chlorure de tantale(V) | 358.20 | 50.5% | 50,5 mg |
| Fluorure de tantale(V) | 275.94 | 65.6% | 65,6 mg |
| Heptafluorotantalate(V) de potassium | 392.13 | 46.1% | 46,1 mg |
Ces calculs décrivent des quantités théoriques d’élément. Il ne s’agit ni de valeurs de solubilité ni d’instructions de préparation de solutions. Tenir compte de la pureté réelle du composé et de son état d’hydratation ; un dosage fondé sur la teneur en métaux ne correspond pas nécessairement à la pureté massique du composé entier. Un mmol/L de Ta élémentaire correspond à environ 180,948 mg/L exprimés en Ta, quel que soit le réactif initial.
Concentration et récupération du tantale
La capture suivie d’une réextraction ou d’une élution peut transférer le tantale dans un volume de liquide plus faible. La concentration dépend de la masse effectivement récupérée :
Concentration après récupération = concentration dans l’eau à traiter × volume d’eau à traiter × fraction massique récupérée ÷ volume après récupération.
Par exemple, 1 000 L à 10 mg/L exprimés en Ta contiennent 10 g de tantale. La récupération de 90 % de cette masse dans 10 L donne 900 mg/L exprimés en Ta, soit un facteur de concentration de 90. Il s’agit d’un exemple de bilan matière, et non d’un résultat de procédé garanti. Inclure les rinçages, la dilution et le tantale non récupéré dans le calcul.
Indiquer séparément le rendement d’élimination, le taux de récupération massique et la pureté du produit récupéré. Concentrer une solution contenant plusieurs substances ne purifie pas à lui seul le tantale. Tenir compte du tantale présent dans l’eau traitée, les solides, les matériaux de traitement usagés, les phases d’extraction et les liquides de régénération.
Données utiles pour évaluer le traitement
Fournir le débit, le pH, la température, les concentrations totales et dissoutes en tantale et en niobium, 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 souhaité. Des essais sur une eau à traiter représentative et un bilan matière complet sont nécessaires pour évaluer les performances du traitement.
Sources
- Royal Society of Chemistry : tantale.
- Thermo Scientific : chlorure de tantale(V).
- Gelest : fiche de données de sécurité du pentafluorure de tantale.
- Thermo Scientific : heptafluorotantalate(V) de potassium.
- Recyclage du tantale par extraction par solvant : le chlorure est préférable au fluorure.
- Séparation et isolement du tantale et du niobium à partir de tantalite par extraction par solvant et échange d’ions.