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希土類元素分離のための溶媒抽出法

1940
  • Frank Spedding
化学工学における希土類元素分離のためのラボ溶媒抽出セットアップ。.

(画像はイメージです)

化学的に類似した希土類元素を分離することは非常に困難である。主な工業的方法は溶媒抽出、特に液液向流抽出である。このプロセスは、水相と錯化剤を含む混ざり合わない有機相との間の希土類イオンの分配係数の微妙な違いを利用する。このプロセスを数百段階にわたって繰り返すことで、高純度の個々の元素を分離することができる。

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.

向流システムでは、水相と有機相が一連の段(ミキサーセトラー)を逆方向に流れます。各段で、元素は分配係数に従って2つの相間で再分配されます。この多段カスケードにより、単段分離の小さな係数が増幅され、隣接する希土類元素を最終的に99.99%を超える純度まで分離することが可能になります。抽出剤の選択、水相のpH、および温度は、特定の元素の分離を最適化するために慎重に制御される重要なパラメータです。この方法は、以前のはるかに手間のかかる分別結晶化技術に取って代わり、現代技術に必要な希土類の大規模生産を可能にしました。

UNESCO Nomenclature: 3305
化学工学

タイプ

化学プロセス

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 混ざり合わない液体の発見
  • ネルンストの分配法則は分割を記述する
  • 以前の、効率の低い分離方法であった分画結晶化法の開発
  • 有機錯化剤の合成
  • 多段階プロセスにおける化学工学原理の進歩

アプリケーション

  • 高純度希土類元素の工業規模生産
  • 核再処理とは、プルトニウムやウランなどのアクチニドを核分裂生成物から分離するプロセスである。
  • コバルトやニッケルなどの金属を抽出するための湿式冶金法
  • 特殊化学品および医薬品の精製

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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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.

歴史的背景

希土類元素分離のための溶媒抽出法

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1950

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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