Dysprosiumsalze in Wasser: Löslichkeit, Entfernung und Konzentration
Dysprosium kann in industriellem Prozesswasser und Prozesswasser aus dem Bergbau als gelöstes Dy(III) oder in Schwebstoffen vorkommen. Sein Verhalten hängt vom vorhandenen Salz und der Wasserchemie ab. Die folgende Tabelle unterscheidet lösliche Prozesssalze von Mineralen und Feststoffen, die sich bei der Behandlung bilden können. Neodym, Nd(III), wird dort einbezogen, wo die zitierten Studien nützliche Vergleiche ermöglichen; es darf nicht angenommen werden, dass es sich genauso verhält wie Dysprosium.
Informationen zu Quellen und Eintragspfaden in die Umwelt finden Sie unter Dysprosium in Wasser.
Löslichkeit von Dysprosiumsalzen und -verbindungen
| Verbindung und Formel | Beschriebenes Löslichkeitsverhalten und Einschränkungen | Vorkommen |
|---|---|---|
| Dysprosiumsulfat, Dy2(SO4)3, einschließlich Hydraten | Die Löslichkeit variiert mit Temperatur, pH-Wert, Sulfatkonzentration und anderen gelösten Salzen. Messungen an Dy- und Nd-Sulfaten umfassen pH 2–7 und 25–80 °C, einschließlich Mischungen mit Natrium- und Ammoniumsulfat; ein einzelner Wert kann nicht alle Prozessströme repräsentieren [1]. Auch die Hydratform ist beim Vergleich fester Salze von Bedeutung [5]. | Sulfatreiche Laugungslösungen und Prozesssalze; mögliche feste Phasen in konzentrierten Prozessströmen. |
| Dysprosiumchlorid, DyCl3 | Als Prozesssalz im Allgemeinen löslich; gelöstes Dy(III) kann bei veränderter Wasserchemie anschließend Komplexe bilden oder ausfallen. | Chloridbasierte Prozesslösungen und Reagenzien. |
| Dysprosiumnitrat, Dy(NO3)3 | Als Prozesssalz im Allgemeinen löslich. Daraus lässt sich nicht auf die Löslichkeit anderer Dysprosiumverbindungen schließen, die sich in nachfolgenden Prozessschritten bilden. | Salpetersaure Prozesslösungen und Reagenzien. |
| Dysprosiumcarbonat, Dy2(CO3)3, sowie basische Carbonate | Carbonathaltige Feststoffe können eine geringe Löslichkeit aufweisen, doch gelöste Carbonatkomplexe und alternative feste Phasen erschweren Vorhersagen. Studien zu Nd-Carbonaten zeigen unter bestimmten Lösungsbedingungen auch die Fällung von Doppelsalzen [4]. | Carbonatreiche Wässer, Feststoffe aus der Neutralisation und Fällungsprozesse; nicht unbedingt dieselben Phasen wie natürliche Carbonatminerale. |
| Dysprosiumhydroxid, Dy(OH)3 | Mit steigendem pH-Wert wird die Fällung begünstigt; gelöste Komplexe und konkurrierende Ionen können den beobachteten pH-Wert der Entfernung verschieben. | Alkalische Neutralisation und bei der Behandlung entstehende Niederschläge. |
| Dysprosiumoxalat, Dy2(C2O4)3 | Unter geeigneten Bedingungen schwer löslicher Niederschlag; Säurekonzentration, konkurrierende Metalle und Oxalatdosierung beeinflussen die Kristallisation und die Zusammensetzung des Produkts [3]. | Rückgewinnungsschritte mit Oxalsäure und gemischte Seltenerdkonzentrate. |
| Dysprosiumphosphat, DyPO4 | Bei verfügbarem Phosphat schwer lösliche Phase; die gebildete Menge hängt von der Lösungschemie und konkurrierenden Phosphatreaktionen ab. | Phosphathaltige Wässer, Feststoffe aus der Behandlung und davon verschiedene natürlich vorkommende Phosphatminerale. |
| Dysprosiumfluorid, DyF3 | Unter geeigneten Fluoridbedingungen schwer lösliche Phase; auch die Komplexbildung mit Fluorid und die Aktivitäten gelöster Spezies beeinflussen das Verhalten. | Fluoridhaltige Prozesslösungen und Niederschläge; von natürlichen Fluoridmineralen zu unterscheiden. |
Ergebnisse aus tatsächlichen Prozessströmen interpretieren
Eine Salzformel allein gibt weder Aufschluss über die gelösten Spezies noch über den Feststoff in einem betrieblichen Prozessstrom. Der pH-Wert beeinflusst Hydrolyse und Fällung, während Temperatur, Ionenstärke sowie Sulfat- oder Carbonatkonzentrationen die Aktivitäten, Komplexbildung und Gleichgewichte zwischen festen Phasen beeinflussen [1, 4, 5]. Hydrate können zu unterschiedlichen angegebenen Löslichkeitsergebnissen führen; für ein reines Salz in Wasser angegebene Konzentrationen sollten nicht unkritisch auf eine gemischte Prozesslösung übertragen werden. Abfälle aus der Grubenwasserbehandlung können seltene Erden enthalten, die mit mehreren festen Phasen assoziiert sind, statt mit einer einzigen identifizierbaren Dysprosiumverbindung [2].
Behandlungs- und Rückgewinnungsmöglichkeiten
Durch Neutralisation können gelöste seltene Erden in Feststoffe überführt werden, darunter hydroxid- oder carbonathaltige Niederschläge. Bei der Fällung von Eisen oder Aluminium können sie mitentfernt werden; frisch gebildete Fe-, Al- oder Mn-Oxide können gelöste seltene Erden ebenfalls sorbieren [2]. Bei diesen Verfahren entstehen Rückstände, und sie können mehrere Elemente gemeinsam erfassen, statt ein rückgewinnbares Dysprosiumprodukt zu liefern.
Kationenaustauscher oder chelatbildende Ionenaustauscher können gelöste seltene Erden binden; durch anschließende Elution entsteht ein kleinerer, stärker konzentrierter Prozessstrom [3, 6]. Konkurrierende Ionen, die Lösungschemie und die Regeneration beeinflussen die resultierende Trennung. Anschließend können eine stufenweise Fällung und Oxalatkristallisation für ein gemischtes Seltenerdkonzentrat geprüft werden; die berichtete Rückgewinnung hängt von der Elementzusammensetzung und den Betriebsbedingungen ab [3]. Weder Fällung noch Ionenaustausch garantieren die selektive Rückgewinnung von Dysprosium als Einzelelement.
Nanofiltration oder Umkehrosmose können zur Konzentrierung eines geeigneten Prozessstroms erwogen werden, sofern osmotischer Druck, Scaling und Fouling dies zulassen. Diese Verfahren sind nicht von sich aus selektiv für die Rückgewinnung von Dysprosium gegenüber anderen seltenen Erden. Tests mit repräsentativen Prozessströmen sind erforderlich, um die Trennung, die Qualität des verbleibenden Wassers und den Umgang mit verbrauchten Regeneriermitteln, Konzentraten und gefällten Feststoffen zu beurteilen.
Konzentration: mg/L als Dy gegenüber mg/L Salz
Eine als elementares Dysprosium angegebene Konzentration schließt Gegenionen und Kristallwasser aus. Bei einer Atommasse von Dysprosium von 162,500 g/mol [7] gilt:
mg/L als Dy = mg/L Salz × (Anzahl der Dy-Atome pro Formeleinheit × 162,500) / molare Masse des Salzes.
| Reines Salz | Formel | Ungefähre molare Masse | Dy aus 100 mg/L Salz |
|---|---|---|---|
| Wasserfreies Dysprosiumchlorid | DyCl3 | 268,86 g/mol | 60,4 mg/L als Dy |
| Dysprosiumchlorid-Hexahydrat | DyCl3·6H2O | 376,95 g/mol | 43,1 mg/L als Dy |
| Wasserfreies Dysprosiumsulfat | Dy2(SO4)3 | 613,18 g/mol | 53,0 mg/L als Dy |
Die molaren Massen der Chloride beruhen auf Herstellerangaben [8, 9]; der Wert für das Sulfat wurde aus seiner Formel berechnet. Diese Beispiele setzen die jeweils angegebene reine Verbindung und ihre vollständige Auflösung voraus. Es handelt sich weder um Löslichkeitsgrenzen noch um empfohlene Dosierungen. Berücksichtigen Sie den Gehalt des Produkts, Feuchtigkeit, die tatsächliche Hydratform und etwaige ungelöste Bestandteile. Ist ein Nitrat oder Sulfat lediglich als Hydrat bezeichnet, muss sein Wassergehalt bekannt sein, bevor eine zuverlässige Umrechnung von der Salzmenge auf die Elementmenge möglich ist.
Eine Dysprosiumkonzentration von 1 mmol/L entspricht 162,500 mg/L als Dy. Aus dieser Konzentration allein lässt sich durch eine Analyse des Gesamtgehalts an Elementen das ursprüngliche Salz nicht bestimmen. Unterscheiden Sie zwischen dem Gesamtdysprosiumgehalt und dem gelösten Anteil, der durch das Probenahme- und Filtrationsverfahren definiert ist; suspendierte Partikel und Kolloide können das Ergebnis beeinflussen.
Dysprosium aufkonzentrieren: eine beispielhafte Massenbilanz
Dysprosium aus dem Hauptwasserstrom zu entfernen und es in einem kleineren Teilstrom zurückzugewinnen, sind unterschiedliche Ziele. Ionenaustausch mit anschließender Elution kann ein Konzentrat liefern, während durch Fällung ein Feststoff entsteht, der weitere Seltene Erden und Verunreinigungen enthalten kann. Bestimmen Sie Rückgewinnungsgrad, Selektivität und Produktreinheit getrennt.
Beispielsweise enthält 1 m3 Wasser mit einer Konzentration von 10 mg/L als Dy insgesamt 10 g Dysprosium. Werden 90 % dieser Masse in einem endgültigen Flüssigkeitsvolumen von 10 L zurückgewonnen, ergibt sich eine Konzentration von 900 mg/L als Dy, entsprechend einem Aufkonzentrierungsfaktor von 90. Dies ist eine beispielhafte Berechnung und kein zu erwartender Behandlungsertrag. Berücksichtigen Sie in einer tatsächlichen Prozessbilanz sämtliche flüssigen Abströme, verbleibenden Feststoffe und Verluste.
Zu den wichtigen Auslegungsdaten gehören Durchfluss, Temperatur, pH-Wert, gesamtes und gelöstes Dysprosium, weitere Seltenerdelemente, Hauptionen, suspendierte Feststoffe und bekannte komplexbildende Stoffe. Legen Sie sowohl das Ziel für das behandelte Wasser als auch das Rückgewinnungsziel fest, bevor Sie die Leistung anhand repräsentativer Wasserproben beurteilen.
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Zuletzt überprüft: 11. November 2026 von Lenntech.
Quellen und weiterführende Literatur
- [1] Cunningham et al. (2024), gemessene Löslichkeit von Neodym- und Dysprosiumsulfat, Hydrometallurgy 224. DOI: 10.1016/j.hydromet.2023.106253. Studie lesen.
- [2] Hedin et al. (2024), Bindungsformen Seltener Erden in Rückständen aus der Behandlung von Grubenwasser, USGS. Veröffentlichung lesen.
- [3] Crespo et al. (2026), Ionenaustausch mit anschließender Fällung mittels Oxalsäure aus saurem Grubenwasser. Studie lesen.
- [4] Yang et al. (2019), Lösungsverhalten von Neodymcarbonat und Doppelsalzfällung, ACS Omega. Studie lesen.
- [5] IUPAC Solubility Data Series, Dysprosium. Datenreihe ansehen.
- [6] Lenntech, Ionenaustausch.
- [7] Royal Society of Chemistry: Atomdaten zu Dysprosium.
- [8] Thermo Scientific Chemicals: Sicherheitsdatenblatt zu Dysprosium(III)-chlorid, Molekulargewicht und Wasserlöslichkeit.
- [9] FUJIFILM Wako: Dysprosiumchlorid-Hexahydrat, Formel und Molekulargewicht.