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희토류 분리를 위한 용매 추출법

1940
  • Frank Spedding
화학 공학에서 희토류 원소 분리를 위한 실험실 용매 추출 설정.

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

화학적으로 유사한 희토류 원소를 분리하는 것은 매우 어려운 일입니다. 주요 산업적 방법은 용매 추출, 특히 액체-액체 역류 추출입니다. 이 공정은 착화제를 포함하는 혼합 불가능한 유기상과 수용액상 사이에서 희토류 이온의 분배 계수의 미묘한 차이를 이용합니다. 이 과정을 수백 단계에 걸쳐 반복함으로써 고순도의 개별 원소를 분리할 수 있습니다.

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.

역류식 시스템에서는 수용액상과 유기상이 여러 단계(혼합기-침전조)를 거치면서 서로 반대 방향으로 흐릅니다. 각 단계에서 원소들은 분배 계수에 따라 두 상 사이에서 재분배됩니다. 이러한 다단계 분리 과정은 단일 단계의 작은 분리 계수를 증폭시켜, 인접한 희토류 원소들을 99.99% 이상의 순도로 분리할 수 있게 합니다. 추출제의 종류, 수용액상의 pH, 온도는 특정 원소의 분리를 최적화하기 위해 신중하게 제어되는 중요한 변수입니다. 이 방법은 기존의 훨씬 더 번거로운 분별 결정화 기술을 대체하여 현대 기술에 필요한 희토류의 대규모 생산을 가능하게 했습니다.

UNESCO Nomenclature: 3305
화학공학

유형

화학 공정

분열

실질적인

용법

널리 사용됨

전구체

  • 섞이지 않는 액체의 발견
  • 분할을 설명하는 네른스트의 분배 법칙
  • 분별 결정화법의 개발은 이전의 효율성이 떨어지는 분리 방법이었다.
  • 유기 착화제 합성
  • 다단계 공정을 위한 화학 공학 원리의 발전

응용 프로그램

  • 고순도 희토류 원소의 산업 규모 생산
  • 핵 재처리는 플루토늄과 우라늄 같은 악티늄족 원소를 핵분열 생성물로부터 분리하는 과정입니다.
  • 코발트와 니켈 같은 금속을 추출하기 위한 습식 제련법
  • 특수 화학물질 및 의약품 정제

특허:

NA

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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.

역사적 맥락

희토류 분리를 위한 용매 추출법

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1950

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

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