Sais de disprósio na água: solubilidade, remoção e concentração
O disprósio presente em águas de processos industriais e mineiros pode ocorrer sob a forma de Dy(III) dissolvido ou em sólidos em suspensão. O seu comportamento depende do sal presente e da composição química da água. A tabela abaixo distingue os sais de processo solúveis dos minerais e sólidos que se podem formar durante o tratamento. O neodímio, Nd(III), é incluído quando os estudos citados permitem comparações úteis; não se deve presumir que o seu comportamento seja idêntico ao do disprósio.
Para informações sobre as fontes e as vias de dispersão no ambiente, consulte disprósio na água.
Solubilidade dos sais e compostos de disprósio
| Composto e fórmula | Comportamento de solubilidade descrito e ressalvas | Onde ocorre |
|---|---|---|
| Sulfato de disprósio, Dy2(SO4)3, incluindo hidratos | A solubilidade varia com a temperatura, o pH, a concentração de sulfato e outros sais dissolvidos. As medições relativas aos sulfatos de Dy e Nd abrangem pH 2–7 e 25–80 °C, incluindo misturas com sulfatos de sódio e de amónio; um único valor não pode representar todas as correntes [1]. A forma hidratada também é relevante na comparação de sais sólidos [5]. | Soluções de lixiviação ricas em sulfato e sais de processo; possíveis fases sólidas em correntes concentradas. |
| Cloreto de disprósio, DyCl3 | Geralmente solúvel enquanto sal de processo; o Dy(III) dissolvido pode posteriormente formar complexos ou precipitar à medida que a composição química da água se altera. | Soluções de processo e reagentes à base de cloreto. |
| Nitrato de disprósio, Dy(NO3)3 | Geralmente solúvel enquanto sal de processo. Isso não determina a solubilidade de outros compostos de disprósio formados em etapas posteriores. | Soluções de processo com ácido nítrico e reagentes. |
| Carbonato de disprósio, Dy2(CO3)3, e carbonatos básicos | Os sólidos que contêm carbonato podem ter baixa solubilidade, mas os complexos carbonatados dissolvidos e as fases sólidas alternativas dificultam a previsão. Estudos sobre carbonatos de Nd também mostram a precipitação de sais duplos em determinadas condições da solução [4]. | Águas ricas em carbonatos, sólidos de neutralização e processos de precipitação; não necessariamente as mesmas fases que os minerais carbonatados naturais. |
| Hidróxido de disprósio, Dy(OH)3 | A precipitação torna-se mais favorável à medida que o pH aumenta; os complexos dissolvidos e os iões concorrentes podem alterar o ponto em que se observa a remoção. | Neutralização alcalina e precipitados de tratamento. |
| Oxalato de disprósio, Dy2(C2O4)3 | Precipitado de baixa solubilidade em condições adequadas; a concentração de ácido, os metais concorrentes e a dose de oxalato afetam a cristalização e a composição do produto [3]. | Etapas de recuperação com ácido oxálico e concentrados mistos de terras raras. |
| Fosfato de disprósio, DyPO4 | Fase de baixa solubilidade quando há fosfato disponível; a quantidade formada depende da composição química da solução e das reações concorrentes do fosfato. | Águas que contêm fosfato, sólidos de tratamento e minerais fosfatados naturais distintos. |
| Fluoreto de disprósio, DyF3 | Fase de baixa solubilidade em condições adequadas de fluoreto; a formação de complexos com fluoreto e as atividades das espécies dissolvidas também afetam o seu comportamento. | Soluções de processo e precipitados que contêm fluoreto; distintos dos minerais naturais de fluoreto. |
Interpretação de resultados de correntes reais
A fórmula de um sal, por si só, não identifica as espécies dissolvidas nem o sólido presente numa corrente de uma instalação. O pH influencia a hidrólise e a precipitação, enquanto a temperatura, a força iónica e as concentrações de sulfato ou carbonato afetam as atividades, a formação de complexos e os equilíbrios entre fases sólidas [1, 4, 5]. Os hidratos podem dar origem a resultados de solubilidade diferentes; as concentrações indicadas para um sal puro em água não devem ser aplicadas sem análise crítica a uma solução mista. Os resíduos do tratamento de águas de drenagem de minas podem conter terras raras associadas a várias fases sólidas, em vez de um único composto de disprósio identificável [2].
Opções de tratamento e recuperação
A neutralização pode transferir terras raras dissolvidas para sólidos, incluindo precipitados que contêm hidróxidos ou carbonatos. A precipitação de ferro ou alumínio pode removê-las conjuntamente; os óxidos de Fe, Al ou Mn recentemente formados também podem adsorver terras raras dissolvidas [2]. Estas vias geram resíduos e podem reunir vários elementos, em vez de produzir um produto de disprósio recuperável.
A permuta iónica catiónica ou com resinas quelantes pode captar terras raras dissolvidas, seguindo-se a eluição para produzir uma corrente menor e mais concentrada [3, 6]. Os iões concorrentes, a composição química da solução e a regeneração afetam a separação resultante. A precipitação por etapas e a cristalização de oxalatos podem então ser avaliadas para um concentrado misto de terras raras; a recuperação descrita depende da mistura de elementos e das condições de operação [3]. Nem a precipitação nem a permuta iónica garantem a recuperação seletiva do disprósio como elemento único.
A nanofiltração ou a osmose inversa podem ser consideradas para concentrar uma corrente adequada, se a pressão osmótica, a formação de incrustações e a colmatação o permitirem. Não são métodos intrinsecamente seletivos para recuperar disprósio de outras terras raras. São necessários ensaios com correntes representativas para avaliar a separação, a qualidade da água residual e a gestão das soluções regenerantes usadas, dos concentrados e dos sólidos precipitados.
Concentração: mg/L expressos em Dy versus mg/L de sal
Uma concentração expressa em disprósio elementar exclui os contra-iões e a água de cristalização. Utilizando uma massa atómica do disprósio de 162,500 g/mol [7]:
mg/L expressos em Dy = mg/L de sal × (número de átomos de Dy por unidade de fórmula × 162,500) / massa molar do sal.
| Sal puro | Fórmula | Massa molar aproximada | Dy proveniente de 100 mg/L de sal |
|---|---|---|---|
| Cloreto de disprósio anidro | DyCl3 | 268,86 g/mol | 60,4 mg/L expressos em Dy |
| Cloreto de disprósio hexa-hidratado | DyCl3·6H2O | 376,95 g/mol | 43,1 mg/L expressos em Dy |
| Sulfato de disprósio anidro | Dy2(SO4)3 | 613,18 g/mol | 53,0 mg/L como Dy |
As massas molares dos cloretos seguem os dados dos fornecedores [8, 9]; o valor do sulfato é calculado a partir da sua fórmula. Estes exemplos pressupõem o composto puro indicado e a sua dissolução completa. Não representam limites de solubilidade nem doses recomendadas. É necessário corrigir os valores em função do teor do produto, da humidade, da forma hidratada efetiva e de qualquer material não dissolvido. Para converter com fiabilidade a concentração de um nitrato ou sulfato identificado apenas como hidratado em concentração do elemento, é necessário conhecer o seu teor de água.
Uma concentração de disprósio de 1 mmol/L corresponde a 162,500 mg/L como Dy. A análise elementar total não permite identificar o sal de origem apenas com base nessa concentração. É necessário distinguir o disprósio total da fração dissolvida definida pelo método de amostragem e filtração; partículas em suspensão e coloides podem afetar o resultado.
Concentração de disprósio: um balanço de massa ilustrativo
Remover o disprósio da corrente principal de água e recuperá-lo numa corrente de menor volume são objetivos diferentes. A permuta iónica seguida de eluição pode produzir um concentrado, enquanto a precipitação produz um sólido que pode conter outras terras raras e impurezas. A recuperação, a seletividade e a pureza do produto devem ser medidas separadamente.
Por exemplo, 1 m3 de água com 10 mg/L como Dy contém 10 g de disprósio. A recuperação de 90% dessa massa num volume líquido final de 10 L resultaria em 900 mg/L como Dy, um fator de concentração de 90. Trata-se de um cálculo ilustrativo, não de um rendimento de tratamento esperado. Num balanço de processo real, devem incluir-se todas as saídas líquidas, os sólidos residuais e as perdas.
Os dados úteis para o projeto incluem caudal, temperatura, pH, disprósio total e dissolvido, outros elementos de terras raras, iões principais, sólidos em suspensão e substâncias complexantes conhecidas. Defina tanto a meta para a água tratada como o objetivo de recuperação antes de avaliar o desempenho com água representativa.
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Última revisão: 11 de novembro de 2026 pela Lenntech.
Fontes e leituras complementares
- [1] Cunningham et al. (2024), solubilidade medida dos sulfatos de neodímio e disprósio, Hydrometallurgy 224. DOI: 10.1016/j.hydromet.2023.106253. Ler o estudo.
- [2] Hedin et al. (2024), associações das terras raras nos resíduos do tratamento de águas de drenagem mineira, USGS. Ler a publicação.
- [3] Crespo et al. (2026), permuta iónica seguida de precipitação com ácido oxálico a partir de água ácida de mina. Ler o estudo.
- [4] Yang et al. (2019), comportamento do carbonato de neodímio em solução e precipitação de sais duplos, ACS Omega. Ler o estudo.
- [5] IUPAC Solubility Data Series, Disprósio. Consultar a série de dados.
- [6] Lenntech, Permuta iónica.
- [7] Royal Society of Chemistry: dados atómicos do disprósio.
- [8] Thermo Scientific Chemicals: ficha de dados de segurança do cloreto de disprósio(III), massa molecular e solubilidade em água.
- [9] FUJIFILM Wako: cloreto de disprósio hexahidratado, fórmula e massa molecular.