Sali di disprosio nell'acqua: solubilità, rimozione e concentrazione
Nelle acque di processo industriali e minerarie, il disprosio può trovarsi come Dy(III) disciolto o nei solidi sospesi. Il suo comportamento dipende dal sale presente e dalla composizione chimica dell'acqua. La tabella seguente distingue i sali di processo solubili dai minerali e dai solidi che possono formarsi durante il trattamento. Il neodimio, Nd(III), è incluso nei casi in cui gli studi citati forniscono confronti utili; non si deve presumere che il suo comportamento sia identico a quello del disprosio.
Per le fonti e le vie di diffusione nell'ambiente, vedere il disprosio nell'acqua.
Solubilità dei sali e dei composti del disprosio
| Composto e formula | Comportamento di solubilità riportato e relative precisazioni | Dove si trova |
|---|---|---|
| Solfato di disprosio, Dy2(SO4)3, compresi gli idrati | La solubilità varia con la temperatura, il pH, la concentrazione di solfati e gli altri sali disciolti. Le misure relative ai solfati di Dy e Nd coprono pH 2–7 e 25–80 °C, comprese le miscele con solfato di sodio e di ammonio; un unico valore non può rappresentare tutte le correnti [1]. Anche la forma idrata è importante quando si confrontano sali solidi [5]. | Soluzioni di lisciviazione ricche di solfati e sali di processo; possibili fasi solide nelle correnti concentrate. |
| Cloruro di disprosio, DyCl3 | Generalmente solubile come sale di processo; il Dy(III) disciolto può successivamente formare complessi o precipitare al variare della composizione chimica dell'acqua. | Soluzioni di processo e reagenti a base di cloruri. |
| Nitrato di disprosio, Dy(NO3)3 | Generalmente solubile come sale di processo. Questo non determina la solubilità degli altri composti del disprosio formati nelle fasi successive. | Soluzioni di processo a base di acido nitrico e reagenti. |
| Carbonato di disprosio, Dy2(CO3)3, e carbonati basici | I solidi contenenti carbonati possono avere una bassa solubilità, ma i complessi carbonatici disciolti e le fasi solide alternative rendono più difficile la previsione. Gli studi sui carbonati di Nd mostrano anche la precipitazione di sali doppi in particolari condizioni della soluzione [4]. | Acque ricche di carbonati, solidi di neutralizzazione e processi di precipitazione; non necessariamente le stesse fasi dei minerali carbonatici naturali. |
| Idrossido di disprosio, Dy(OH)3 | La precipitazione diventa più favorevole all'aumentare del pH; i complessi disciolti e gli ioni concorrenti possono modificare il pH al quale si osserva la rimozione. | Neutralizzazione alcalina e precipitati del trattamento. |
| Ossalato di disprosio, Dy2(C2O4)3 | Precipitato a bassa solubilità in condizioni idonee; la concentrazione di acido, i metalli concorrenti e la dose di ossalato influenzano la cristallizzazione e la composizione del prodotto [3]. | Fasi di recupero con acido ossalico e concentrati misti di terre rare. |
| Fosfato di disprosio, DyPO4 | Fase a bassa solubilità in presenza di fosfato; la quantità formata dipende dalla composizione chimica della soluzione e dalle reazioni concorrenti del fosfato. | Acque contenenti fosfati, solidi di trattamento e distinti minerali fosfatici presenti in natura. |
| Fluoruro di disprosio, DyF3 | Fase a bassa solubilità in condizioni idonee relative al fluoruro; anche la formazione di complessi con il fluoruro e le attività delle specie disciolte ne influenzano il comportamento. | Soluzioni di processo e precipitati contenenti fluoruri; distinti dai minerali fluorurati naturali. |
Interpretazione dei risultati delle correnti reali
La formula di un sale, da sola, non identifica le specie disciolte né il solido presente in una corrente di impianto. Il pH influenza l'idrolisi e la precipitazione, mentre la temperatura, la forza ionica e le concentrazioni di solfati o carbonati influenzano le attività, la formazione di complessi e gli equilibri delle fasi solide [1, 4, 5]. Gli idrati possono dare risultati di solubilità riportati differenti; le concentrazioni misurate per un sale puro in acqua non devono essere applicate senza cautela a una soluzione mista. I residui del trattamento delle acque di drenaggio minerario possono contenere terre rare associate a diverse fasi solide, anziché a un unico composto identificabile del disprosio [2].
Opzioni di trattamento e recupero
La neutralizzazione può trasferire le terre rare disciolte nei solidi, inclusi i precipitati contenenti idrossidi o carbonati. La precipitazione di ferro o alluminio può rimuoverle insieme a questi elementi; anche gli ossidi di Fe, Al o Mn appena formati possono adsorbire le terre rare disciolte [2]. Questi metodi generano residui e possono raccogliere insieme diversi elementi anziché produrre un prodotto di disprosio recuperabile.
Lo scambio ionico con resine cationiche o chelanti può catturare le terre rare disciolte; una successiva eluizione produce una corrente di volume minore e più concentrata [3, 6]. Gli ioni concorrenti, la composizione chimica della soluzione e la rigenerazione influenzano la separazione risultante. La precipitazione per stadi e la cristallizzazione degli ossalati possono quindi essere valutate per ottenere un concentrato misto di terre rare; il recupero riportato dipende dalla miscela di elementi e dalle condizioni operative [3]. Né la precipitazione né lo scambio ionico garantiscono il recupero selettivo del solo disprosio.
La nanofiltrazione o l'osmosi inversa possono essere prese in considerazione per concentrare una corrente idonea, se la pressione osmotica, la formazione di incrostazioni e il fouling lo consentono. Non sono metodi intrinsecamente selettivi per recuperare il disprosio separandolo dalle altre terre rare. Sono necessarie prove su correnti rappresentative per valutare la separazione, la qualità dell'acqua trattata e la gestione dei rigeneranti esausti, dei concentrati e dei solidi precipitati.
Concentrazione: mg/L come Dy rispetto a mg/L di sale
Una concentrazione espressa come disprosio elementare esclude i controioni e l'acqua di cristallizzazione. Utilizzando una massa atomica del disprosio di 162,500 g/mol [7]:
mg/L come Dy = mg/L di sale × (numero di atomi di Dy per unità di formula × 162,500) / massa molare del sale.
| Sale puro | Formula | Massa molare approssimativa | Dy da 100 mg/L di sale |
|---|---|---|---|
| Cloruro di disprosio anidro | DyCl3 | 268,86 g/mol | 60,4 mg/L come Dy |
| Cloruro di disprosio esaidrato | DyCl3·6H2O | 376,95 g/mol | 43,1 mg/L come Dy |
| Solfato di disprosio anidro | Dy2(SO4)3 | 613,18 g/mol | 53,0 mg/L come Dy |
Le masse molari dei cloruri si basano sui dati dei fornitori [8, 9]; il valore per il solfato è calcolato dalla sua formula. Questi esempi presuppongono il composto puro indicato e la sua completa dissoluzione. Non rappresentano limiti di solubilità né dosi raccomandate. Occorre correggere i calcoli tenendo conto del titolo del prodotto, dell'umidità, dell'effettiva forma idrata e dell'eventuale materiale non disciolto. Per convertire in modo affidabile la concentrazione di un nitrato o solfato indicato soltanto come idrato in quella dell'elemento, è necessario conoscerne il contenuto d'acqua.
Una concentrazione di disprosio di 1 mmol/L corrisponde a 162,500 mg/L come Dy. L'analisi elementare totale non consente, da sola, di identificare il sale originario a partire da tale concentrazione. Occorre distinguere il disprosio totale dalla frazione disciolta, definita dal metodo di campionamento e filtrazione; particelle sospese e colloidi possono influire sul risultato.
Concentrare il disprosio: un bilancio di massa illustrativo
Rimuovere il disprosio dal flusso idrico principale e recuperarlo in un flusso più piccolo sono obiettivi diversi. Lo scambio ionico seguito dall'eluizione può produrre un concentrato, mentre la precipitazione produce un solido che può contenere altre terre rare e impurità. Misurare separatamente il recupero, la selettività e la purezza del prodotto.
Per esempio, 1 m3 di acqua con 10 mg/L come Dy contiene 10 g di disprosio. Recuperare il 90% di tale massa in un volume liquido finale di 10 L darebbe 900 mg/L come Dy, con un fattore di concentrazione pari a 90. Si tratta di un calcolo illustrativo, non di una resa di trattamento attesa. In un bilancio di processo effettivo, includere tutte le uscite liquide, i solidi residui e le perdite.
Tra i dati utili per la progettazione figurano portata, temperatura, pH, disprosio totale e disciolto, altri elementi delle terre rare, ioni principali, solidi sospesi e sostanze complessanti note. Definire sia l'obiettivo per l'acqua trattata sia quello di recupero prima di valutare le prestazioni con acqua rappresentativa.
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Ultima revisione: 11 novembre 2026 a cura di Lenntech.
Fonti e approfondimenti
- [1] Cunningham et al. (2024), misure della solubilità dei solfati di neodimio e disprosio, Hydrometallurgy 224. DOI: 10.1016/j.hydromet.2023.106253. Leggi lo studio.
- [2] Hedin et al. (2024), associazioni delle terre rare nei residui del trattamento delle acque di drenaggio minerario, USGS. Leggi la pubblicazione.
- [3] Crespo et al. (2026), scambio ionico seguito da precipitazione con acido ossalico da acque acide di miniera. Leggi lo studio.
- [4] Yang et al. (2019), comportamento del carbonato di neodimio in soluzione e precipitazione di sali doppi, ACS Omega. Leggi lo studio.
- [5] IUPAC Solubility Data Series, Dysprosium. Consulta la serie di dati.
- [6] Lenntech, Scambio ionico.
- [7] Royal Society of Chemistry: dati atomici del disprosio.
- [8] Thermo Scientific Chemicals: scheda di dati di sicurezza del cloruro di disprosio(III), massa molecolare e solubilità in acqua.
- [9] FUJIFILM Wako: cloruro di disprosio esaidrato, formula e massa molecolare.