Le thulium dans l’eau : présence, chimie, élimination et récupération

Le thulium (Tm) est un lanthanide qui peut se retrouver dans l’eau en lien avec des minéraux de terres rares ou des flux issus de leur traitement. Pour les ingénieurs qui évaluent ces flux, la distinction essentielle est celle entre le thulium dissous dans l’eau et le thulium transporté par des particules en suspension ou des colloïdes. Sa forme chimique et la composition de l’eau déterminent les méthodes de séparation qu’il convient d’évaluer.

Présence et formes dans l’eau

Le thulium se trouve avec d’autres éléments de terres rares dans des minéraux tels que la monazite et est récupéré par des procédés de séparation des terres rares. Dans les eaux de procédé, il peut être présent sous forme dissoute, adsorbé sur des solides ou contenu dans des particules minérales en suspension. Lorsque cette distinction influe sur la conception du traitement, l’échantillonnage et l’analyse doivent distinguer la fraction dissoute après filtration du thulium total. La filtration seule permet de retirer la matière associée aux particules ; elle n’élimine pas nécessairement le thulium dissous.

Pour connaître les propriétés et les applications de cet élément, consultez la page consacrée au thulium.

Chimie du thulium en milieu aqueux

Dans des conditions aqueuses ordinaires, le thulium se présente principalement à l’état d’oxydation +3, Tm(III). Sa répartition entre les phases dissoute et solide dépend du pH et des substances qui se lient au métal ou interagissent avec lui. Les ions hydroxyde, carbonate et phosphate ainsi que les ligands organiques peuvent influer sur les espèces dissoutes, l’adsorption et la précipitation. Comme les flux issus du traitement des terres rares peuvent contenir d’autres métaux et des agents complexants, une modification du pH ne suffit pas à déterminer la quantité de thulium qui pourra être séparée.

Le thulium présent dans la nature est le thulium-169 stable. Le thulium-170 est un isotope radioactif qui peut être produit par irradiation ; les considérations radiologiques relatives à un flux contenant cet isotope sont distinctes de l’évaluation du thulium stable en tant que métal dissous.

Considérations relatives à l’élimination et à la récupération

Précipitation et séparation des solides

L’ajustement des conditions pour former une phase insoluble contenant du thulium peut permettre son élimination par clarification et filtration. Le résultat dépend de la spéciation, des constituants concurrents et des propriétés des solides formés. Lorsque le thulium est déjà associé à des particules, une séparation physique peut être pertinente sans qu’il soit nécessaire de provoquer d’abord une précipitation.

Échange d’ions

Les matériaux échangeurs d’ions peuvent capter le Tm(III) dissous, mais d’autres ions de terres rares et métaux dissous peuvent entrer en concurrence pour les sites d’échange. Les ligands peuvent également modifier la forme disponible pour l’échange. Le choix du matériau et les possibilités de régénération ou de récupération doivent donc être évalués en fonction de la composition réelle du flux.

Concentration membranaire

Les procédés membranaires peuvent séparer ou concentrer les espèces dissoutes contenant du thulium, selon le choix de la membrane, la spéciation et les conditions d’exploitation. Un prétraitement peut être utile en présence de solides en suspension ou de précipités. Une membrane produit un concentrat dont la gestion ou la récupération doit encore être définie ; elle ne détruit pas le thulium.

Évaluation d’un flux de procédé

Une évaluation utile détermine les teneurs en thulium total et dissous, le pH, les solides en suspension, les métaux concurrents et les ligands pertinents avant de comparer les options de traitement. Des essais en laboratoire peuvent ensuite établir si l’objectif visé est l’élimination des solides, l’atteinte d’un niveau de qualité pour l’eau traitée ou la concentration du thulium en vue d’une éventuelle récupération. On ne peut présumer qu’une seule méthode de séparation sera efficace pour tous les flux contenant du thulium.