Tulio nell'acqua: presenza, chimica, rimozione e recupero

Il tulio (Tm) è un lantanide che può entrare nell'acqua in associazione a minerali delle terre rare o a flussi provenienti dalla lavorazione delle terre rare. Per gli ingegneri che valutano questi flussi, la distinzione fondamentale è tra il tulio disciolto nell'acqua e quello trasportato da particelle sospese o colloidi. La sua forma chimica e la composizione dell'acqua determinano quali metodi di separazione meritano di essere valutati.

Presenza e forme nell'acqua

Il tulio si trova insieme ad altri elementi delle terre rare in minerali come la monazite e viene recuperato mediante processi di separazione delle terre rare. Nelle acque di processo, il tulio può essere presente in forma disciolta, adsorbito sui solidi o contenuto in particelle minerali sospese. Quando questa distinzione incide sulla progettazione del trattamento, il campionamento e l'analisi devono distinguere la frazione disciolta dopo filtrazione dal tulio totale. La sola filtrazione agisce sul materiale associato alle particelle; non rimuove necessariamente il tulio disciolto.

Per le proprietà e le applicazioni dell'elemento, consulta la pagina dedicata all'elemento tulio.

Chimica del tulio in soluzione acquosa

In condizioni acquose ordinarie, il tulio si trova prevalentemente nello stato di ossidazione +3, Tm(III). La sua distribuzione tra la fase disciolta e quella solida dipende dal pH e dalle sostanze che si legano al metallo o interagiscono con esso. Idrossido, carbonato, fosfato e ligandi organici possono influenzare le specie disciolte, l'adsorbimento e la precipitazione. Poiché i flussi di processo delle terre rare possono contenere altri metalli e agenti complessanti, una variazione del pH non consente, da sola, di stabilire quanto tulio diventerà separabile.

Il tulio presente in natura è l'isotopo stabile tulio-169. Il tulio-170 è un isotopo radioattivo che può essere prodotto mediante irraggiamento; le considerazioni radiologiche relative a un flusso che contiene questo isotopo sono distinte dalla valutazione del tulio stabile come metallo disciolto.

Considerazioni sulla rimozione e sul recupero

Precipitazione e separazione dei solidi

Regolare le condizioni per formare una fase insolubile contenente tulio può consentirne la rimozione mediante chiarificazione e filtrazione. Il risultato dipende dalla speciazione, dai costituenti concorrenti e dalle proprietà dei solidi formati. Quando il tulio è già associato alle particelle, la separazione fisica può essere appropriata senza indurre prima la precipitazione.

Scambio ionico

I materiali a scambio ionico possono trattenere il Tm(III) disciolto, ma altri ioni delle terre rare e metalli disciolti possono competere per i siti di scambio. Anche i ligandi possono modificare la forma disponibile per lo scambio. La scelta del materiale e le opzioni di rigenerazione o recupero devono quindi essere valutate in base alla composizione effettiva del flusso.

Concentrazione mediante membrane

I processi a membrana possono separare o concentrare le specie disciolte contenenti tulio, a seconda della membrana scelta, della speciazione e delle condizioni operative. Un pretrattamento può essere opportuno in presenza di solidi sospesi o precipitati. Una membrana produce un concentrato per il quale occorre comunque definire una modalità di gestione o recupero; non distrugge il tulio.

Valutazione di un flusso di processo

Una valutazione utile determina il tulio totale e quello disciolto, il pH, i solidi sospesi, i metalli concorrenti e i ligandi pertinenti prima di confrontare le opzioni di trattamento. Prove di laboratorio possono quindi stabilire se l'obiettivo previsto sia la rimozione dei solidi, il raggiungimento di un valore obiettivo per la qualità dell'acqua trattata o la concentrazione del tulio in vista di un eventuale recupero. Non si può presumere che un unico metodo di separazione sia efficace per tutti i flussi contenenti tulio.