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Extracción con disolventes para la separación de tierras raras

1940
  • Frank Spedding
Configuración de extracción por solventes de laboratorio para la separación de elementos de tierras raras en ingeniería química.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La separación de elementos de tierras raras químicamente similares es notoriamente difícil. El principal método industrial es la extracción por disolventes, concretamente la extracción líquido-líquido a contracorriente. Este proceso aprovecha las sutiles diferencias en los coeficientes de partición de los iones de tierras raras entre una fase acuosa y una fase orgánica inmiscible que contiene un agente complejante. Repitiendo el proceso en cientos de etapas, se pueden aislar elementos individuales de alta pureza.

The process relies on the principle of differential partitioning. The rare-earth elements, typically as trivalent ions ([latex]RE^{3+}[/latex]) in an acidic aqueous solution, are brought into contact with an organic solvent (like kerosene) containing an extractant. Common extractants include organophosphorus compounds like tributyl phosphate (TBP) or di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid (D2EHPA). The extractant forms a complex with the rare-earth ions, making them soluble in the organic phase. Due to the lanthanide contraction, the stability of these complexes, and thus their tendency to move into the organic phase, varies slightly across the series. Lighter lanthanides (like lanthanum) are more basic and prefer the aqueous phase, while heavier lanthanides (like lutetium) are more acidic and have a greater affinity for the organic extractant.

En un sistema a contracorriente, las fases acuosa y orgánica fluyen en direcciones opuestas a través de una serie de etapas (mezcladores-sedimentadores). En cada etapa, los elementos se redistribuyen entre las dos fases según su coeficiente de partición. Esta cascada multietapa amplifica el pequeño factor de separación de una sola etapa, lo que permite la separación final de tierras raras adyacentes hasta alcanzar purezas superiores al 99,99 %. La elección del extractante, el pH de la fase acuosa y la temperatura son parámetros críticos que se controlan cuidadosamente para optimizar la separación de elementos específicos. Este método sustituyó a las anteriores técnicas de cristalización fraccionada, mucho más laboriosas, y permitió la producción a gran escala de tierras raras, necesaria para la tecnología moderna.

UNESCO Nomenclature: 3305
- Ingeniería química

Tipo

Proceso químico

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • descubrimiento de líquidos inmiscibles
  • Nernst’s distribution law describing partitioning
  • Desarrollo de la cristalización fraccionada, un método de separación anterior y menos eficiente.
  • síntesis de agentes complejantes orgánicos
  • Avances en los principios de ingeniería química para procesos multietapa

Aplicaciones

  • Producción a escala industrial de elementos de tierras raras de alta pureza
  • reprocesamiento nuclear para separar actínidos como el plutonio y el uranio de los productos de fisión
  • Hidrometalurgia para la extracción de metales como el cobalto y el níquel
  • Purificación de productos químicos y farmacéuticos especiales

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Related to: solvent extraction, rare-earth separation, liquid-liquid extraction, hydrometallurgy, Ames laboratory, frank spedding, lanthanides, partition coefficient, mixer-settler, d2ehpa.

Contexto histórico

Extracción con disolventes para la separación de tierras raras

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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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