Sole dysprozu w wodzie: rozpuszczalność, usuwanie i zatężanie
Dysproz w wodach procesowych z zakładów przemysłowych i górniczych może występować jako rozpuszczony Dy(III) lub w zawiesinach. Jego zachowanie zależy od obecnej soli i składu chemicznego wody. Poniższa tabela odróżnia rozpuszczalne sole stosowane w procesach od minerałów i substancji stałych, które mogą powstawać podczas oczyszczania. Neodym, Nd(III), uwzględniono tam, gdzie cytowane badania dostarczają przydatnych porównań; nie należy zakładać, że zachowuje się identycznie jak dysproz.
Informacje o źródłach i drogach przemieszczania się w środowisku zawiera artykuł Dysproz w wodzie.
Rozpuszczalność soli i związków dysprozu
| Związek i wzór | Opis rozpuszczalności i zastrzeżenia | Gdzie występuje |
|---|---|---|
| Siarczan dysprozu, Dy2(SO4)3, w tym hydraty | Rozpuszczalność zależy od temperatury, pH, stężenia siarczanów i innych rozpuszczonych soli. Pomiary dotyczące siarczanów Dy i Nd obejmują pH 2–7 i temperatury 25–80 °C, w tym mieszaniny z siarczanem sodu i siarczanem amonu; jedna wartość nie może charakteryzować wszystkich strumieni [1]. Przy porównywaniu soli w stanie stałym znaczenie ma również postać hydratu [5]. | Roztwory ługujące bogate w siarczany i sole procesowe; możliwe fazy stałe w zatężonych strumieniach. |
| Chlorek dysprozu, DyCl3 | Jako sól procesowa jest na ogół rozpuszczalny; rozpuszczony Dy(III) może następnie tworzyć kompleksy lub wytrącać się wraz ze zmianą składu chemicznego wody. | Roztwory procesowe i odczynniki na bazie chlorków. |
| Azotan dysprozu, Dy(NO3)3 | Jako sól procesowa jest na ogół rozpuszczalny. Nie przesądza to o rozpuszczalności innych związków dysprozu powstających na dalszych etapach procesu. | Roztwory procesowe i odczynniki na bazie kwasu azotowego. |
| Węglan dysprozu, Dy2(CO3)3 oraz węglany zasadowe | Substancje stałe zawierające węglany mogą mieć niską rozpuszczalność, lecz rozpuszczone kompleksy węglanowe i alternatywne fazy stałe utrudniają przewidywanie. Badania węglanów Nd wykazują również strącanie soli podwójnych w określonych warunkach roztworu [4]. | Wody bogate w węglany, osady z neutralizacji i procesy strącania; niekoniecznie te same fazy co naturalne minerały węglanowe. |
| Wodorotlenek dysprozu, Dy(OH)3 | Wraz ze wzrostem pH strącanie staje się bardziej sprzyjające; rozpuszczone kompleksy i jony konkurencyjne mogą przesuwać obserwowany punkt usuwania. | Neutralizacja w środowisku zasadowym i osady powstające podczas oczyszczania. |
| Szczawian dysprozu, Dy2(C2O4)3 | Osad o niskiej rozpuszczalności w odpowiednich warunkach; stężenie kwasu, konkurujące metale i dawka szczawianu wpływają na krystalizację i skład produktu [3]. | Etapy odzysku z użyciem kwasu szczawiowego i mieszane koncentraty pierwiastków ziem rzadkich. |
| Fosforan dysprozu, DyPO4 | Faza o niskiej rozpuszczalności w obecności fosforanów; powstająca ilość zależy od składu chemicznego roztworu i konkurencyjnych reakcji fosforanów. | Wody zawierające fosforany, osady z oczyszczania oraz odrębne naturalnie występujące minerały fosforanowe. |
| Fluorek dysprozu, DyF3 | Faza o niskiej rozpuszczalności w odpowiednich warunkach dotyczących fluorków; na jej zachowanie wpływają również kompleksowanie fluorkowe i aktywności rozpuszczonych form chemicznych. | Roztwory procesowe i osady zawierające fluorki; odrębne od naturalnych minerałów fluorkowych. |
Interpretacja wyników dotyczących rzeczywistych strumieni
Sam wzór soli nie określa form chemicznych rozpuszczonych w strumieniu procesowym ani obecnej w nim substancji stałej. pH wpływa na hydrolizę i strącanie, natomiast temperatura, siła jonowa oraz stężenia siarczanów lub węglanów wpływają na aktywności, kompleksowanie i równowagi faz stałych [1, 4, 5]. Hydraty mogą dawać różne podawane wyniki rozpuszczalności; wartości stężeń podane dla czystej soli w wodzie nie powinny być bezkrytycznie odnoszone do roztworu mieszanego. Odpady powstające przy oczyszczaniu wód z odwadniania kopalń mogą zawierać pierwiastki ziem rzadkich związane z kilkoma fazami stałymi, a nie z jednym możliwym do zidentyfikowania związkiem dysprozu [2].
Możliwości oczyszczania i odzysku
Neutralizacja może przenieść rozpuszczone pierwiastki ziem rzadkich do fazy stałej, w tym do osadów zawierających wodorotlenki lub węglany. Strącanie żelaza lub glinu może usuwać je jednocześnie; świeżo powstałe tlenki Fe, Al lub Mn mogą również sorbować rozpuszczone pierwiastki ziem rzadkich [2]. Metody te wytwarzają pozostałości i mogą prowadzić do wspólnego wychwytywania kilku pierwiastków zamiast uzyskania produktu dysprozowego nadającego się do odzysku.
Kationowa lub chelatująca wymiana jonowa może wychwytywać rozpuszczone pierwiastki ziem rzadkich, a następująca po niej elucja pozwala uzyskać strumień o mniejszej objętości i wyższym stężeniu [3, 6]. Jony konkurencyjne, skład chemiczny roztworu i regeneracja wpływają na uzyskany rozdział. Następnie można ocenić przydatność etapowego strącania i krystalizacji szczawianów do otrzymania mieszanego koncentratu pierwiastków ziem rzadkich; podawany odzysk zależy od składu pierwiastkowego i warunków prowadzenia procesu [3]. Ani strącanie, ani wymiana jonowa nie gwarantują selektywnego odzysku samego dysprozu.
Nanofiltrację lub odwróconą osmozę można rozważyć w celu zatężenia odpowiedniego strumienia, o ile pozwalają na to ciśnienie osmotyczne, powstawanie osadów na membranach i ich zanieczyszczanie. Metody te nie są z natury selektywne w odzyskiwaniu dysprozu spośród innych pierwiastków ziem rzadkich. Badania na reprezentatywnym strumieniu są potrzebne do oceny rozdziału, jakości wody po oczyszczaniu oraz postępowania ze zużytymi roztworami regeneracyjnymi, koncentratami i wytrąconymi osadami.
Stężenie: mg/L w przeliczeniu na Dy a mg/L soli
Stężenie podane w przeliczeniu na dysproz pierwiastkowy nie obejmuje przeciwjonów ani wody krystalizacyjnej. Przyjmując masę atomową dysprozu równą 162,500 g/mol [7]:
mg/L w przeliczeniu na Dy = mg/L soli × (liczba atomów Dy w jednostce wzoru × 162,500) / masa molowa soli.
| Czysta sól | Wzór | Przybliżona masa molowa | Dy ze 100 mg/L soli |
|---|---|---|---|
| Bezwodny chlorek dysprozu | DyCl3 | 268,86 g/mol | 60,4 mg/L w przeliczeniu na Dy |
| Sześciowodny chlorek dysprozu | DyCl3·6H2O | 376,95 g/mol | 43,1 mg/L w przeliczeniu na Dy |
| Bezwodny siarczan dysprozu | Dy2(SO4)3 | 613,18 g/mol | 53,0 mg/L w przeliczeniu na Dy |
Masy molowe chlorków podano na podstawie danych dostawców [8, 9]; wartość dla siarczanu obliczono z jego wzoru. W przykładach założono użycie przedstawionego czystego związku i jego całkowite rozpuszczenie. Podane wartości nie są granicami rozpuszczalności ani zalecanymi dawkami. Należy uwzględnić deklarowaną zawartość substancji w produkcie, wilgoć, rzeczywistą postać hydratu oraz ewentualną nierozpuszczoną substancję. Jeśli azotan lub siarczan jest oznaczony jedynie jako hydrat, do wiarygodnego przeliczenia masy soli na masę pierwiastka konieczna jest znajomość zawartości wody.
Stężenie dysprozu wynoszące 1 mmol/L odpowiada 162,500 mg/L w przeliczeniu na Dy. Sama analiza całkowitej zawartości pierwiastka nie pozwala na podstawie tego stężenia ustalić, z jakiej soli pochodzi dysproz. Należy odróżniać całkowitą zawartość dysprozu od frakcji rozpuszczonej, określonej metodą pobierania i filtracji próbek; zawieszone cząstki i koloidy mogą wpływać na wynik.
Zatężanie dysprozu: przykładowy bilans masowy
Usunięcie dysprozu z głównego strumienia wody i odzyskanie go w mniejszym strumieniu to dwa różne cele. Wymiana jonowa, po której następuje elucja, może dać koncentrat, natomiast strącanie daje osad stały, który może zawierać inne pierwiastki ziem rzadkich i zanieczyszczenia. Stopień odzysku, selektywność i czystość produktu należy oceniać oddzielnie.
Na przykład 1 m3 wody o stężeniu 10 mg/L w przeliczeniu na Dy zawiera 10 g dysprozu. Odzyskanie 90% tej masy do końcowej objętości cieczy wynoszącej 10 L dałoby stężenie 900 mg/L w przeliczeniu na Dy, czyli 90-krotne zatężenie. Jest to przykładowe obliczenie, a nie oczekiwana wydajność procesu uzdatniania. W rzeczywistym bilansie procesu należy uwzględnić każdy odpływ cieczy, pozostałości stałe oraz straty.
Przydatne dane do projektowania obejmują przepływ, temperaturę, pH, całkowitą zawartość dysprozu i jego stężenie w postaci rozpuszczonej, zawartość innych pierwiastków ziem rzadkich, głównych jonów, zawiesin oraz znanych substancji kompleksujących. Przed oceną skuteczności na reprezentatywnej próbce wody należy określić zarówno docelowe parametry wody po uzdatnieniu, jak i cel odzysku.
Omów problem uzdatniania lub odzysku dysprozu
Jeśli masz pytania dotyczące wody lub strumienia procesowego zawierającego dysproz, skontaktuj się z Lenntech i przekaż dostępne informacje o jego składzie oraz celu uzdatniania.
Omów problem związany z uzdatnianiem wody
Ostatnia weryfikacja: 11 listopada 2026 r., Lenntech.
Źródła i dalsza lektura
- [1] Cunningham i in. (2024), pomiary rozpuszczalności siarczanów neodymu i dysprozu, Hydrometallurgy 224. DOI: 10.1016/j.hydromet.2023.106253. Przeczytaj badanie.
- [2] Hedin i in. (2024), powiązania pierwiastków ziem rzadkich w odpadach z oczyszczania wód kopalnianych, USGS. Przeczytaj publikację.
- [3] Crespo i in. (2026), wymiana jonowa, po której następuje strącanie kwasem szczawiowym z kwaśnych wód kopalnianych. Przeczytaj badanie.
- [4] Yang i in. (2019), zachowanie węglanu neodymu w roztworze i strącanie soli podwójnej, ACS Omega. Przeczytaj badanie.
- [5] Seria danych o rozpuszczalności IUPAC, Dysproz. Zobacz serię danych.
- [6] Lenntech, Wymiana jonowa.
- [7] Royal Society of Chemistry: dane atomowe dysprozu.
- [8] Thermo Scientific Chemicals: karta charakterystyki chlorku dysprozu(III), masa cząsteczkowa i rozpuszczalność w wodzie.
- [9] FUJIFILM Wako: chlorek dysprozu sześciowodny, wzór i masa cząsteczkowa.