Sels de terbium dans l’eau : solubilité, élimination et concentration
Le chlorure, le nitrate et le sulfate de terbium peuvent apporter du terbium dissous à l’eau. Le carbonate, l’oxalate et le fluorure sont des composés peu solubles. Le traitement dépend de la forme chimique présente, et pas seulement du nom du sel initialement ajouté.
Ce guide présente les sels de terbium couramment disponibles dans le commerce, les aspects à prendre en compte pour leur traitement et les calculs de concentration. Pour les sources et les voies de transfert dans l’environnement, voir le terbium dans l’eau.
Sels de terbium courants et solubilité dans l’eau
Les descriptions suivantes sont qualitatives. Elles ne correspondent ni à des concentrations à saturation ni à des spécifications de dosage. Utilisez les données de solubilité correspondant exactement à l’hydrate, à la température et à la composition de la solution ; l’acidité et les substances complexantes peuvent modifier la concentration dissoute.
| Sel | Formule représentative | Comportement dans l’eau | Intérêt pratique |
|---|---|---|---|
| Chlorure de terbium(III) hexahydraté | TbCl3·6H2O | Soluble dans l’eau. | Source de Tb(III) dissous. L’hydratation influe sur la fraction massique de terbium. |
| Nitrate de terbium(III) hexahydraté | Tb(NO3)3·6H2O | Soluble dans l’eau. | Le terbium et le nitrate passent tous deux en solution. Vérifiez l’hydrate et la teneur indiqués sur le certificat du produit. |
| Sulfate de terbium(III) octahydraté | Tb2(SO4)3·8H2O | Soluble dans l’eau. | Vérifiez la température et la composition en sulfates lors de la préparation ou de la concentration des solutions. |
| Carbonate de terbium(III) hydraté | Tb2(CO3)3·xH2O | Peu soluble dans l’eau. | Une suspension est différente d’une solution où le composé est dissous. Une hydratation variable modifie les calculs de masse. |
| Oxalate de terbium(III) hydraté | Tb2(C2O4)3·xH2O | Peu soluble dans l’eau. | Utile pour la précipitation et la récupération ; mesurez le terbium dissous résiduel plutôt que de supposer une capture complète. |
| Fluorure de terbium(III) | TbF3 | Peu soluble dans l’eau. | Tenez compte du fluorure ainsi que du terbium lors de l’évaluation de la qualité de l’eau et des résidus. |
Que se passe-t-il après la dissolution d’un sel ?
Ces sels contiennent du terbium trivalent, Tb(III). Le terbium dissous peut se présenter sous forme d’ions hydratés ou de complexes, et l’hydrolyse entre en jeu lorsque le pH varie. Une solution préparée à partir d’un sel soluble peut ensuite former des particules ou voir le terbium se fixer sur d’autres surfaces. Les ligands organiques et d’autres ions peuvent modifier ce comportement.
Distinguez le terbium total de la fraction dissoute, définie de manière opérationnelle par une méthode de filtration spécifiée. Les particules fines et les colloïdes peuvent compliquer cette distinction. Consignez la méthode d’échantillonnage et de préparation afin de pouvoir comparer les mesures effectuées avant et après traitement.
Élimination du terbium de l’eau
Séparation des solides et précipitation
La décantation et la filtration éliminent les particules contenant du terbium, à condition que les solides puissent être séparés efficacement. Elles ne démontrent pas, à elles seules, l’élimination du Tb(III) dissous. La précipitation peut transférer le terbium dissous dans un solide peu soluble lorsque la composition chimique de la solution le permet.
La formation d’oxalate de terbium a été utilisée dans des procédés de récupération. Cela ne permet pas de fixer une dose de réactif ou un pH de fonctionnement universels pour les eaux usées. Vérifiez l’acidité, les substances complexantes, les métaux concurrents, le terbium dissous résiduel et l’aptitude du précipité à la filtration. Les réactifs ajoutés et les boues produites doivent être pris en compte dans l’évaluation du procédé.
Adsorption et échange d’ions
Des travaux de recherche originaux ont étudié la capture du terbium au moyen d’adsorbants à base de cellulose, de particules magnétiques fonctionnalisées et de clinoptilolite naturelle. Une étude sur la clinoptilolite a examiné le Tb(III) à l’état de traces en conditions d’écoulement, puis sa désorption. Ces études illustrent des mécanismes possibles de capture et de récupération, sans garantir les mêmes performances pour une autre eau.
Pour concevoir un procédé applicable en pratique, testez la capacité du matériau, le temps de contact, la percée, les effets des ions concurrents et la régénération avec l’eau réellement à traiter. Les résultats obtenus avec une simple solution de sel de terbium peuvent différer de ceux obtenus avec un lixiviat contenant plusieurs terres rares ou une eau contenant des ligands organiques. Évaluez conjointement l’eau traitée et le matériau épuisé ou le liquide de régénération.
Concentration : mg/L exprimés en Tb ou mg/L de sel
Une concentration exprimée en terbium élémentaire exclut les contre-ions et l’eau de cristallisation. En utilisant une masse atomique de 158,925 g/mol :
mg/L exprimés en Tb = mg/L de sel × (nombre d’atomes de Tb par unité de formule × 158,925) / masse molaire du sel.
| Sel pur pesé | Masse molaire approximative | Terbium apporté par 100 mg/L de sel |
|---|---|---|
| Chlorure anhydre : TbCl3 | 265,28 g/mol | 59,9 mg/L exprimés en Tb |
| TbCl3·6H2O | 373,37 g/mol | 42,6 mg/L exprimés en Tb |
| Tb(NO3)3·6H2O | 453,03 g/mol | 35,1 mg/L en Tb |
Ces calculs supposent que le composé indiqué est pur et qu’il se dissout complètement. Il faut tenir compte de la teneur du produit, de l’humidité et des matières non dissoutes. Une concentration de 1 mmol/L de terbium correspond à 158,925 mg/L en Tb. L’analyse de la teneur totale en éléments ne permet pas, à elle seule, de déterminer le sel d’origine à partir de cette concentration.
Concentration et récupération du terbium
L’élimination du terbium du flux d’eau principal et sa récupération sous forme de produit utile sont deux objectifs distincts. L’adsorption suivie d’une désorption peut transférer le terbium dans un plus petit volume de liquide. Une étude portant sur un adsorbant à base de cellulose a montré une désorption acide à partir d’un adsorbant chargé, tandis que des recherches sur les eaux usées issues de la récupération de déchets ont étudié la capture à de faibles concentrations de terbium.
Un concentrat peut également contenir d’autres terres rares, des sels dissous et des impuretés. Évaluez la sélectivité et la pureté du produit séparément du pourcentage éliminé. Ni la concentration ni la réussite de l’adsorption ne suffisent, à elles seules, à établir la valeur commerciale d’une matière récupérée.
À titre d’exemple de bilan massique, 1 m3 d’eau à 10 mg/L en Tb contient 10 g de terbium. La récupération de 90 % de cette masse dans un volume liquide final de 10 L donnerait 900 mg/L en Tb, 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, tenez compte de tous les flux liquides sortants, des solides résiduels et des pertes.
Informations utiles au choix du procédé
Les données utiles comprennent le débit, la température, le pH, le terbium total et dissous, les autres terres rares, les ions principaux, les matières en suspension et les substances complexantes connues. Définissez à la fois l’objectif de qualité de l’eau traitée et tout objectif de récupération, puis utilisez des résultats obtenus en laboratoire ou à l’échelle pilote pour établir les performances réalisables.
Sources
- Thermo Scientific Chemicals : chlorure de terbium hexahydraté et nitrate de terbium hydraté.
- Stanford Materials : sulfate de terbium octahydraté et carbonate de terbium.
- Inorganic Ventures : Guide du tableau périodique, chimie du terbium en solution.
- American Elements : composés du terbium, dont le fluorure.
- Méthodes de récupération de l’oxyde de terbium à partir d’un verre, brevet décrivant la précipitation sous forme d’oxalate.
- Bioadsorbant à base de cellulose pour la récupération des ions terbium.
- Sorption du terbium sur une clinoptilolite de Transcarpatie.
- Adsorption du terbium à l’aide de nanoparticules magnétiques fonctionnalisées.
- Adsorption du terbium dans les eaux usées issues de la récupération de déchets de Nd-Fe-B.
- Royal Society of Chemistry : données atomiques du terbium.