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Extração por solvente para separação de terras raras

1940
  • Frank Spedding
Laboratory solvent extraction setup for rare-earth element separation in chemical engineering.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Separação de substâncias quimicamente semelhantes elementos de terras raras é notoriamente difícil. A principal indústria método is solvent extraction, specifically liquid-liquid counter-current extraction. This process exploits subtle differences in the partition coefficients of rare-earth ions between an aqueous phase and an immiscible organic phase containing a complexing agent. By repeating the process over hundreds of stages, high-purity individual elements can be isolated.

O processo baseia-se no princípio da partição diferencial. Os elementos de terras raras, tipicamente como íons trivalentes ([latex]RE^{3+}[/latex]) em solução aquosa ácida, são colocados em contato com um solvente orgânico (como querosene) contendo um extrator. Extratores comuns incluem compostos organofosforados como o fosfato de tributila (TBP) ou o ácido di-(2-etilhexil)fosfórico (D2EHPA). O extrator forma um complexo com os íons de terras raras, tornando-os solúveis na fase orgânica. Devido ao contração de lantanídeos, 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.

Em um sistema de contracorrente, as fases aquosa e orgânica fluem em direções opostas através de uma série de estágios (misturadores-decantadores). Em cada estágio, os elementos se redistribuem entre as duas fases de acordo com seu coeficiente de partição. Essa cascata multiestágios amplifica o pequeno fator de separação de um único estágio, permitindo a separação de elementos de terras raras adjacentes com pureza superior a 99,99%. A escolha do extrator, o pH da fase aquosa e a temperatura são parâmetros críticos que são cuidadosamente controlados para otimizar a separação de elementos específicos. Esse método substituiu as técnicas anteriores de cristalização fracionada, muito mais trabalhosas, e possibilitou a produção em larga escala de terras raras necessária para a tecnologia moderna.

UNESCO Nomenclature: 3305
Engenharia química

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • descoberta de líquidos imiscíveis
  • Lei de distribuição de Nernst que descreve a partilha
  • desenvolvimento da cristalização fracionada, um método de separação anterior e menos eficiente
  • síntese de agentes complexantes orgânicos
  • avanços nos princípios da engenharia química para processos de múltiplos estágios

Aplicações

  • industrial-scale production of high-purity elementos de terras raras
  • reprocessamento nuclear para separar actinídeos como plutônio e urânio de produtos de fissão
  • Hidrometalurgia para extração de metais como cobalto e níquel.
  • purificação de produtos químicos especiais e farmacêuticos

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • ionic liquid-based extraction systems to replace volatile organic solvents, improving safety and recyclability
  • supercritical fluid extraction using co2 for green and efficient separation
  • membrane-based solvent extraction to reduce equipment size and energy consumption
  • automated microfluídica systems for rapid, small-scale separation and analysis
  • use of machine learning algorithms to optimize multi-parameter extraction processes in real-time
  • biosorption and bioleaching using microorganisms to selectively accumulate specific rare-earth elements from low-grade ores
  • development of highly selective ligands and extractants using computational chemistry
  • electro-driven separation processes that use electric fields to enhance mass transfer
  • solid-phase extraction using functionalized polymers for targeted element capture
  • integrated recycling processes for recovering rare earths from e-waste using advanced solvent extraction
Related to: solvent extraction, rare-earth separation, liquid-liquid extraction, hydrometallurgy, Ames laboratory, frank spedding, lanthanides, partition coefficient, misturador-decantador, d2ehpa.

Contexto histórico

Extração por solvente para separação de terras raras

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(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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