Separation of rare earths by ionic liquid technology

Het eerste deel van dit doctoraatsproefschrift toont aan hoe ionische vloeistoffen kunnen gebruikt worden als milieuvriendelijkere alternatieven voor traditionele organische solventen in het zuiveren van zeldzame aarden door solventextractie. Het selectief uitlogen van zeldzame aarden uit NdFeB magneten en de solventextractie van uit nitraatmilieu wordt gepresenteerd als een eerste methode. Meer bepaald, neodymium en dysprosium worden gescheiden van kobalt door extractie naar de ionische vloeistof trihexyltetradecylfosfoniumnitraat (Cyphos® IL 101 nitraat). Vervolgens worden neodymium en dysprosium selectief gescheiden met behulp van ethyleendiaminetetra-azijnzuur (EDTA). De gezuiverde metalen worden daarna neergeslagen als oxalaat en gecalcineerd. In een tweede methode wordt het herwinnen en zuiveren van zeldzame aarden uit chloride milieu voorgesteld. Neodymium en dysprosium worden gescheiden door het gebruik van de ionische vloeistof Cyphos® IL 101 met een thiocyanaatanion in combinatie met het moleculaire extractans Cyanex® 923. Het toevoegen van Cyanex® 923 aan de ionische vloeistof resulteerde in een lagere viscositeit en een hogere laadcapaciteit voor het metaal in vergelijking met de zuivere ionische vloeistof. De terugextractie van de zeldzame aarden uit de organische fase werd uitgevoerd met water en de zeldzame aarden werden eveneens neergeslagen als oxalaten.

In het tweede deel van dit doctoraatsproefschrift, werd het diep-eutectische solvent cholinechloride:melkzuur( molaire verhouding 1:2) gebruikt om de magneten in op te lossen. Het solventextractieproces werd uitgevoerd door het diep-eutectische solvent (meer polaire fase) in contact te brengen met een ionische vloeistof en conventionele extractanten opgelost in tolueen (minder polaire fase). Ijzer, boor en kobalt werden gescheiden van neodymium en dysprosium door de ionische vloeistof tricaprylmethyl ammoniumthiocyanaat (Aliquat® 336 SCN) opgelost in tolueen. Neodymium en dysprosium werden op twee verschillende manieren gescheiden: met een mengsel van trialkylfosfineoxides (Cyanex® 923) en met bis(2-ethylhexyl)fosforzuur. Cyanex® 923 gaf de beste resultaten op het vlak van verdelingsverhoudingen, selectiviteit en de eenvoud om de zeldzame aarden te verwijderen uit de organische fase. Deze nieuwe technologie geeft ook een betere selectiviteit dan de overeenkomstige waterige systemen. Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) spectroscopie werd gebruikt als techniek om de extractiemechanismen van kobalt en ijzer vanuit het diep-eutectisch solvent te onderzoeken. Bovendien werd de mogelijkheid tot het opschalen van dit scheidingsproces getest in een opstelling van mixer-settlers.

Tenslotte werden ook praktische richtlijnen voor het correct meten van metalen in waterige oplossingen met behulp van totale-reflectie X-stralenfluorescentie (TXRF) ontwikkeld. Het correct bepalen van metaalconcentraties is essentieel in het beoordelen van solventextractiesystemen op labo- en continue schaal. De belangrijkste parameters die een rol spelen bij het kalibreren van een TXRF-toestel, zoals de keuze van de interne standaard en de concentratieverhouding tussen het analyt en de standaard, werden onderzocht.