Erbio (Er) e acqua: presenza, chimica e rimozione

L’erbio è un elemento delle terre rare che può essere presente nell’acqua sotto forma di specie disciolte o in particelle. La sua forma chimica, le altre sostanze presenti nell’acqua e l’obiettivo di recupero previsto determinano quali opzioni di trattamento valga la pena sperimentare.

Come può entrare l’erbio nell’acqua?

L’erbio è presente in minerali tra cui la monazite e la bastnäsite. L’acqua a contatto con minerali o materiali contenenti erbio può trasportare erbio disciolto o particelle minerali. La lavorazione dei minerali, le attività di laboratorio e il riciclaggio di materiali contenenti erbio sono potenziali vie di ingresso da esaminare laddove si svolgano tali attività. La presenza di queste attività non dimostra che un sito specifico sia contaminato; è necessario effettuare campionamenti.

L’erbio è utilizzato negli amplificatori per fibre ottiche e in alcuni vetri speciali. Per le proprietà generali dell’elemento, vedere erbio.

Chimica dell’erbio nell’acqua

Lo stato di ossidazione più comune è Er(III). L’acidità, le sostanze complessanti e gli altri ioni influenzano la quantità di erbio che rimane disciolta. Le indicazioni per la preparazione delle soluzioni analitiche segnalano la scarsa solubilità del carbonato, dell’ossalato e del fluoruro di erbio e sconsigliano i mezzi neutri o basici per il mantenimento delle soluzioni analitiche.

Un sale solubile in acqua non garantisce che l’erbio rimanga disciolto dopo la miscelazione con un altro flusso. Modificare il pH o aggiungere una sostanza che lega l’erbio può cambiarne la distribuzione tra fase liquida e solidi. Valutare la composizione effettiva dell’acqua anziché prevedere il trattamento basandosi soltanto sul nome del reagente iniziale.

Distinguere l’erbio totale dalla frazione disciolta, definita dal metodo di campionamento e filtrazione. Le particelle fini e i colloidi possono complicare questa distinzione. Utilizzare una preparazione dei campioni coerente nel confronto tra acqua non trattata e acqua trattata.

Rimozione dell’erbio dall’acqua

La sedimentazione e la filtrazione possono separare le particelle contenenti erbio quando le loro dimensioni e il loro comportamento durante la sedimentazione lo consentono. L’erbio disciolto richiede la cattura delle specie disciolte o la loro trasformazione in un solido separabile. La precipitazione deve essere valutata misurando l’erbio disciolto residuo e la separazione dei solidi, tenendo conto anche degli effetti degli ioni concorrenti e delle sostanze complessanti.

Ricerche specifiche sull’erbio hanno esaminato l’adsorbimento e il desorbimento mediante la resina D113-III in sistemi discontinui e a colonna. Uno studio distinto ha esaminato microsfere di sericina-alginato reticolate, considerando anche gli effetti di pH, dose, tempo di contatto, temperatura, ioni concorrenti e riutilizzo. Questi studi dimostrano le prestazioni nelle rispettive condizioni sperimentali; non stabiliscono un pH operativo, una capacità o una percentuale di rimozione universalmente validi per un’acqua diversa.

Concentrazione e recupero

L’adsorbimento seguito dal desorbimento, oppure lo scambio ionico seguito dall’eluizione, possono trasferire l’erbio catturato in un altro flusso liquido. Un volume finale inferiore può aumentarne la concentrazione. Lo studio sulle microsfere di sericina-alginato ha dimostrato un arricchimento mediante il riutilizzo dell’eluente, illustrando la distinzione tra rimuovere l’erbio dall’acqua e raccoglierlo in un flusso di recupero.

Misurare separatamente la rimozione dell’erbio, il recupero in massa e la purezza del prodotto. Anche altri elementi delle terre rare e sali possono concentrarsi contemporaneamente. Il bilancio di massa deve comprendere l’acqua in ingresso, l’acqua trattata, i solidi, i materiali di trattamento esausti e i liquidi di rigenerazione.

Informazioni utili per valutare il trattamento

Portata, temperatura, pH e variazioni della composizione dell’acqua.
Erbio totale e disciolto, con indicazione del metodo di campionamento e filtrazione.
Altri elementi delle terre rare, ioni principali, solidi sospesi e sostanze complessanti note.
L’obiettivo per l’acqua trattata e il prodotto di recupero desiderato.
La composizione e la destinazione dei fanghi, dei materiali di trattamento esausti e dei liquidi di rigenerazione.

Riportare le concentrazioni su una base coerente. Un valore espresso come Er elementare esclude i controioni e l’acqua di cristallizzazione ed è diverso dalla concentrazione massica di un sale di erbio.