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Estrazione con solvente per la separazione delle terre rare

1940
  • Frank Spedding
Configurazione di estrazione con solvente in laboratorio per la separazione di elementi di terre rare nell'ingegneria chimica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Separare elementi delle terre rare chimicamente simili è notoriamente difficile. Il principale metodo industriale è l'estrazione con solvente, in particolare l'estrazione liquido-liquido in controcorrente. Questo processo sfrutta sottili differenze nei coefficienti di ripartizione degli ioni delle terre rare tra una fase acquosa e una fase organica immiscibile contenente un agente complessante. Ripetendo il processo per centinaia di fasi, è possibile isolare singoli elementi ad elevata purezza.

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.

In un sistema controcorrente, le fasi acquosa e organica fluiscono in direzioni opposte attraverso una serie di stadi (miscelatori-decantatori). A ogni stadio, gli elementi si ridistribuiscono tra le due fasi in base al loro coefficiente di ripartizione. Questa cascata multistadio amplifica il piccolo fattore di separazione del singolo stadio, consentendo la separazione finale degli elementi di terre rare adiacenti fino a livelli di purezza superiori al 99,99%. La scelta dell'estratto, il pH della fase acquosa e la temperatura sono parametri critici che vengono attentamente controllati per ottimizzare la separazione di elementi specifici. Questo metodo ha sostituito le precedenti e molto più laboriose tecniche di cristallizzazione frazionata e ha consentito la produzione su larga scala di terre rare necessarie per la tecnologia moderna.

UNESCO Nomenclature: 3305
- Ingegneria chimica

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Finanziario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • scoperta dei liquidi immiscibili
  • Legge di distribuzione di Nernst che descrive la ripartizione
  • sviluppo della cristallizzazione frazionata, un metodo di separazione precedente e meno efficiente
  • sintesi di agenti complessanti organici
  • progressi nei principi di ingegneria chimica per processi multistadio

Applicazioni

  • produzione su scala industriale di elementi di terre rare ad alta purezza
  • riprocessamento nucleare per separare gli attinidi come il plutonio e l'uranio dai prodotti di fissione
  • idrometallurgia per l'estrazione di metalli come cobalto e nichel
  • purificazione di prodotti chimici e farmaceutici speciali

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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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.

Contesto storico

Estrazione con solvente per la separazione delle terre rare

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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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