Removal of lanthanum, cerium, europium and holmium from water by co-precipitation with iron and aluminium (hydr)oxides

Abstract

Effluents from mining activities may have high concentrations of trace elements such as arsenic, rare earth elements (REE) and actinides, mainly im areas where acid mine dramage (AMD) occurs. Use of lime to neutralise AMD also promote co-precipitation of 1ron (Fe) and aluminium (Al) (hydr)oxides, increasing the removal of trace elements from water. This study aimed to evaluate the efficiency of Fe/Al (hydr)oxides co-precipitation to remove lanthanum (La), cerrum (Ce), europium (Eu) and holmium (Ho) from water under laboratory conditions. Two sets of experiments were performed with individual REE solutions containing Eu and Ho. In these cases, Fe(Il) and Al sulphates were used at different Fe:AI:REE molar ratios. Two other sets of experiments with Fe(IN) and Fe(IIN sulphates were performed in a mixed REE solution containing La, Ce, Eu and Ho. To co- precipitate Fe/Al (hydr)oxides, pH’s were raised to 9.0 and 6.0 with 5 mol L-¹ KOH solution. Soluble contents of Fe, Al and REE were periodically measured mn supernatants aliquots. Precipitates were collected at the end of the 60-day incubation period and, then, oven-dried, sieved and characterised by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analysis. The stability of REE im precipitates was also assessed by BCR sequential extractions. All treatments presented high REE removal efficiency from water at pH 9.0, but significantly lower at pH 6.0 for Fe(II) treatments. Magnetite precipitation was favoured by lower contents of REE and Al, whereas goethite and lepidocrocite were favoured at higher contents. Segregated phases were not detected for Eu and Ho, but lanthanite and cerianite precipitated at high amounts of La and Ce, respectively. For mixed REE treatments, the mimeralogical phases precipitated were mostly poorly crystallised. The presence of magnetite was associated to higher REE stabilities, whereas lepidocrocite decreased the stability as measured by BCR extractions. The presence of segregated phases as cerianite resulted im increased Ce stability, but presence of lanthanite decreased La stability in precipitates.Efluentes de atividades de mineração podem conter altas concentrações de elementos- traço, como arsênio, elementos terras raras (ETR) e actinídeos, principalmente em áreas de ocorrência de drenagem ácida de minas (DAM). O uso de calcário para neutralizar DAM também promove a co-precipitação de (hidr)jóxidos de ferro (Fe) e alumínio (Al), aumentando a remoção de elementos-traço da água. Este trabalho objetivou avaliar a eficiência da co-precipitação de (hydr)óxidos de Fe/Al na remoção de lantânio (La), cério (Ce), európio (Eu) e hólmio (Ho) da água sob condições de laboratório. Dois conjuntos de experimentos foram conduzidos com soluções individuais de ETR contendo Eu e Ho. Nestes casos, sulfatos de Fe(II) e de Al foram usados a diferentes relações molares Fe: AI:REE. Dois outros conjuntos de experimentos com sulfatos de Fe(II) e Fe(IIN) foram conduzidos em uma solução mista de ETR contendo La, Ce, Eu e Ho. Para co-precipitar os (hidr)óxidos de Fe/Al], o pH foi elevado a 9,0 e 6,0 usando solução de KOH 5 mol -¹!. Conteúdos solúveis de Fe, Al e ETR foram periodicamente quantificados em alíquotas dos sobrenadantes. Os precipitados foram coletados ao final do período de incubação de 60 dias, secos em estufa, peneirados e caracterizados por difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A estabilidade do ETR nos precipitados foi também avaliada por meio de extrações sequenciais BCR. Todos os tratamentos apresentaram alta eficiência de remoção de ETR da água a pH 9,0, mas significativamente menor a pH 6,0 nos tratamentos com Fe(IN. Precipitação de magnetita foi favorecida em baixos teores de ETR e Al, enquanto goethita e lepidocrocite foram favorecidas por altos teores. Fases segregadas não foram detectadas para Eu e Ho, mas lantanita e cerianita precipitaram em altos teores de La e Ce, respectivamente. Para tratamentos mistos de ETR, as fases mineralógicas precipitadas foram em sua maioria mal cristalizadas. A presença de magnetita foi associada a maior estabilidade dos ETR, enquanto lepidocrocita diminuiu a estabilidade de acordo com quantificações por BCR. A presença de fases segregadas na forma de cerianite resultou em maior estabilidade do Ce, mas a presença de lantanita diminuiu a estabilidade do La nos precipitados.