Dysprosiumzouten in water: oplosbaarheid, verwijdering en concentratie
Dysprosium in industrieel proceswater en proceswater uit de mijnbouw kan voorkomen als opgelost Dy(III) of in zwevende vaste stoffen. Het gedrag ervan hangt af van het aanwezige zout en de chemische samenstelling van het water. De onderstaande tabel onderscheidt oplosbare proceszouten van mineralen en vaste stoffen die tijdens de behandeling kunnen ontstaan. Neodymium, Nd(III), is opgenomen waar de aangehaalde onderzoeken nuttige vergelijkingen bieden; het gedrag ervan mag niet zonder meer gelijk worden gesteld aan dat van dysprosium.
Zie voor bronnen en verspreidingsroutes in het milieu dysprosium in water.
Oplosbaarheid van dysprosiumzouten en -verbindingen
| Verbinding en formule | Gerapporteerd oplosbaarheidsgedrag en kanttekening | Waar het voorkomt |
|---|---|---|
| Dysprosiumsulfaat, Dy2(SO4)3, inclusief hydraten | De oplosbaarheid varieert met de temperatuur, pH, sulfaatconcentratie en andere opgeloste zouten. Metingen voor sulfaten van Dy en Nd bestrijken pH 2–7 en 25–80 °C, waaronder mengsels met natrium- en ammoniumsulfaat; één waarde kan niet alle processtromen vertegenwoordigen [1]. Ook de hydraatvorm is van belang bij het vergelijken van vaste zouten [5]. | Sulfaatrijke uitloogoplossingen en proceszouten; mogelijke vaste fasen in geconcentreerde processtromen. |
| Dysprosiumchloride, DyCl3 | Als proceszout doorgaans oplosbaar; opgelost Dy(III) kan vervolgens complexen vormen of neerslaan wanneer de chemische samenstelling van het water verandert. | Procesoplossingen en reagentia op chloridebasis. |
| Dysprosiumnitraat, Dy(NO3)3 | Als proceszout doorgaans oplosbaar. Dit zegt niets definitiefs over de oplosbaarheid van andere dysprosiumverbindingen die verderop in het proces ontstaan. | Procesoplossingen met salpeterzuur en reagentia. |
| Dysprosiumcarbonaat, Dy2(CO3)3, en basische carbonaten | Carbonaathoudende vaste stoffen kunnen een lage oplosbaarheid hebben, maar opgeloste carbonaatcomplexen en alternatieve vaste fasen bemoeilijken de voorspelling. Onderzoek naar Nd-carbonaten laat onder bepaalde omstandigheden in de oplossing ook neerslag van dubbelzouten zien [4]. | Carbonaatrijk water, vaste stoffen uit neutralisatie en precipitatieprocessen; niet noodzakelijk dezelfde fasen als natuurlijke carbonaatmineralen. |
| Dysprosiumhydroxide, Dy(OH)3 | Bij stijgende pH wordt precipitatie gunstiger; opgeloste complexen en concurrerende ionen kunnen het waargenomen punt waarop verwijdering optreedt verschuiven. | Alkalische neutralisatie en neerslagen uit de behandeling. |
| Dysprosiumoxalaat, Dy2(C2O4)3 | Neerslag met lage oplosbaarheid onder geschikte omstandigheden; de zuurconcentratie, concurrerende metalen en oxalaatdosering beïnvloeden de kristallisatie en productsamenstelling [3]. | Terugwinningsstappen met oxaalzuur en gemengde concentraten van zeldzame aardmetalen. |
| Dysprosiumfosfaat, DyPO4 | Fase met lage oplosbaarheid wanneer fosfaat beschikbaar is; de gevormde hoeveelheid hangt af van de chemische samenstelling van de oplossing en concurrerende reacties met fosfaat. | Fosfaathoudend water, vaste stoffen uit de behandeling en afzonderlijke, van nature voorkomende fosfaatmineralen. |
| Dysprosiumfluoride, DyF3 | Fase met lage oplosbaarheid onder geschikte omstandigheden wat betreft fluoride; ook fluoridecomplexvorming en de activiteiten van opgeloste deeltjes beïnvloeden het gedrag. | Fluoridehoudende procesoplossingen en neerslagen; te onderscheiden van natuurlijke fluoridemineralen. |
Resultaten van werkelijke processtromen interpreteren
Een zoutformule identificeert op zichzelf niet welke opgeloste deeltjes of vaste stof in een processtroom aanwezig zijn. De pH beïnvloedt hydrolyse en precipitatie, terwijl temperatuur, ionsterkte en sulfaat- of carbonaatconcentraties de activiteiten, complexvorming en evenwichten tussen vaste fasen beïnvloeden [1, 4, 5]. Hydraten kunnen uiteenlopende gerapporteerde oplosbaarheidsresultaten opleveren; concentraties die voor een zuiver zout in water zijn gerapporteerd, mogen niet zonder kritische beoordeling worden toegepast op een gemengde procesvloeistof. Afvalstoffen uit de behandeling van mijnwater kunnen zeldzame aardmetalen bevatten die met verschillende vaste fasen zijn geassocieerd, in plaats van met één identificeerbare dysprosiumverbinding [2].
Behandelings- en terugwinningsmogelijkheden
Door neutralisatie kunnen opgeloste zeldzame aardmetalen overgaan in vaste stoffen, waaronder hydroxide- of carbonaathoudende neerslagen. Bij precipitatie van ijzer of aluminium kunnen ze mede worden verwijderd; pas gevormde Fe-, Al- of Mn-oxiden kunnen opgeloste zeldzame aardmetalen ook sorberen [2]. Deze routes leveren reststoffen op en kunnen meerdere elementen samen afvangen in plaats van een terugwinbaar dysprosiumproduct op te leveren.
Kationenwisseling of chelerende ionenwisseling kan opgeloste zeldzame aardmetalen afvangen, waarna elutie een kleinere, sterker geconcentreerde stroom oplevert [3, 6]. Concurrerende ionen, de chemische samenstelling van de oplossing en regeneratie beïnvloeden de resulterende scheiding. Vervolgens kunnen gefaseerde precipitatie en oxalaatkristallisatie worden beoordeeld voor een gemengd concentraat van zeldzame aardmetalen; de gerapporteerde terugwinning hangt af van de samenstelling van de elementen en de bedrijfsomstandigheden [3]. Noch precipitatie noch ionenwisseling garandeert selectieve terugwinning van dysprosium als afzonderlijk element.
Nanofiltratie of omgekeerde osmose kan worden overwogen om een geschikte stroom te concentreren, mits de osmotische druk, scaling en vervuiling van membranen dit toelaten. Deze methoden zijn niet van nature selectief voor het terugwinnen van dysprosium ten opzichte van andere zeldzame aardmetalen. Tests met een representatieve processtroom zijn nodig om de scheiding, de kwaliteit van het resterende water en het beheer van verbruikte regeneratiemiddelen, concentraten en neergeslagen vaste stoffen te beoordelen.
Concentratie: mg/L als Dy versus mg/L zout
Een concentratie uitgedrukt als elementair dysprosium omvat geen tegenionen of kristalwater. Uitgaande van een atoommassa van dysprosium van 162,500 g/mol [7]:
mg/L als Dy = mg/L zout × (aantal Dy-atomen per formule-eenheid × 162,500) / molaire massa van het zout.
| Zuiver zout | Formule | Benaderde molaire massa | Dy uit 100 mg/L zout |
|---|---|---|---|
| Watervrij dysprosiumchloride | DyCl3 | 268,86 g/mol | 60,4 mg/L als Dy |
| Dysprosiumchloridehexahydraat | DyCl3·6H2O | 376,95 g/mol | 43,1 mg/L als Dy |
| Watervrij dysprosiumsulfaat | Dy2(SO4)3 | 613,18 g/mol | 53,0 mg/L als Dy |
De molaire massa's van de chloriden zijn gebaseerd op leveranciersgegevens [8, 9]; de waarde voor het sulfaat is berekend op basis van de formule. Deze voorbeelden gaan uit van de getoonde zuivere verbinding en volledige oplossing. Het zijn geen oplosbaarheidsgrenzen of aanbevolen doseringen. Corrigeer voor het gehalte van het product, het vochtgehalte, de feitelijke hydraatvorm en eventueel onopgelost materiaal. Voor een nitraat of sulfaat dat alleen als hydraat is aangeduid, moet het watergehalte bekend zijn voordat een betrouwbare omrekening van zout naar element mogelijk is.
Een dysprosiumconcentratie van 1 mmol/L komt overeen met 162,500 mg/L als Dy. Uit een totale elementanalyse kan op basis van alleen die concentratie niet worden afgeleid welk zout oorspronkelijk aanwezig was. Maak onderscheid tussen totaal dysprosium en de opgeloste fractie zoals bepaald door de bemonsterings- en filtratiemethode; zwevende deeltjes en colloïden kunnen het resultaat beïnvloeden.
Dysprosium concentreren: een illustratieve massabalans
Dysprosium uit de hoofdwaterstroom verwijderen en het in een kleinere stroom terugwinnen zijn verschillende doelstellingen. Ionenwisseling gevolgd door elutie kan een concentraat opleveren, terwijl neerslagvorming een vaste stof oplevert die ook andere zeldzame aardmetalen en onzuiverheden kan bevatten. Meet het terugwinningsrendement, de selectiviteit en de productzuiverheid afzonderlijk.
Bijvoorbeeld: 1 m3 water met 10 mg/L als Dy bevat 10 g dysprosium. Als 90% van die massa wordt teruggewonnen in een eindvolume van 10 L vloeistof, levert dat 900 mg/L als Dy op, een concentratiefactor van 90. Dit is een illustratieve berekening, geen te verwachten behandelingsrendement. Neem in een werkelijke procesbalans elke uitgaande vloeistofstroom, resterende vaste stof en elk verlies mee.
Nuttige gegevens voor het ontwerp zijn onder meer het debiet, de temperatuur, de pH, totaal en opgelost dysprosium, andere zeldzame aardmetalen, de belangrijkste ionen, zwevende stoffen en bekende complexvormende stoffen. Definieer zowel de doelstelling voor het behandelde water als de terugwinningsdoelstelling voordat u de prestaties met representatief water beoordeelt.
Bespreek een vraagstuk rond de behandeling of terugwinning van dysprosium
Neem voor een vraag over water of een processtroom die dysprosium bevat contact op met Lenntech en verstrek de beschikbare informatie over de samenstelling en het behandelingsdoel.
Bespreek een waterbehandelingsvraagstuk
Laatst beoordeeld: 11 november 2026 door Lenntech.
Bronnen en aanvullende literatuur
- [1] Cunningham et al. (2024), gemeten oplosbaarheid van neodymium- en dysprosiumsulfaat, Hydrometallurgy 224. DOI: 10.1016/j.hydromet.2023.106253. Lees het onderzoek.
- [2] Hedin et al. (2024), associaties van zeldzame aardmetalen in reststoffen van de behandeling van mijnafvoerwater, USGS. Lees de publicatie.
- [3] Crespo et al. (2026), ionenwisseling gevolgd door neerslagvorming met oxaalzuur uit zuur mijnwater. Lees het onderzoek.
- [4] Yang et al. (2019), het gedrag van neodymiumcarbonaat in oplossing en de neerslagvorming van dubbelzouten, ACS Omega. Lees het onderzoek.
- [5] IUPAC Solubility Data Series, Dysprosium. Bekijk de gegevensreeks.
- [6] Lenntech, Ionenwisseling.
- [7] Royal Society of Chemistry: atoomgegevens van dysprosium.
- [8] Thermo Scientific Chemicals: veiligheidsinformatieblad van dysprosium(III)chloride, molecuulmassa en oplosbaarheid in water.
- [9] FUJIFILM Wako: dysprosiumchloride-hexahydraat, formule en molecuulmassa.