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RÉSUMÉ
Cet article est axé sur les aspects théoriques de l’extraction liquide-liquide. Il vise à sensibiliser le lecteur à l’existence des nombreux phénomènes physico-chimiques qui concourent à l’extraction sélective d’un soluté cible initialement présent dans un mélange complexe et à montrer comment il est possible d’en tirer profit pour optimiser une séparation. Il rappelle d’abord le principe de la méthode ainsi qu’un certain nombre de définitions qui s’y rattachent, puis propose une classification des systèmes d’extraction liquide-liquide avant d’aborder la question des contraintes imposées par un procédé industriel.
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This article focuses on the theoretical aspects of liquid-liquid extraction. It draws the reader's attention to many physical and chemical phenomena that contribute to the selective extraction of a target solute initially present in a complex mixture, and shows how it is possible to make use of them to optimize a separation. First it states the principle of the method along with a number of definitions related to it. It then proposes a classification of liquid-liquid extraction systems, and lastly addresses the issue of constraints imposed by an industrial process.
Auteur(s)
-
Gérard COTE : Professeur Institut de Recherche de Chimie Paris, PSL Research University, Chimie ParisTech – CNRS
INTRODUCTION
L’extraction liquide-liquide est une technique de séparation largement utilisée à l’échelle industrielle, dans des domaines aussi variés que l’hydrométallurgie classique, l’industrie nucléaire, la pétrochimie, l’industrie pharmaceutique ou encore l’industrie agroalimentaire. Bien que le principe de cette technique soit relativement simple, les séparations qu’elle permet de réaliser sont en réalité le résultat de la conjonction d’un grand nombre de phénomènes physico-chimiques.
La classification des systèmes d’extraction proposée dans ce premier article [J 2 760] sur l’extraction liquide-liquide repose sur une approche macroscopique des transferts de masse utile dans une vision procédés : extractions non compensées, extractions avec échanges de cations ou échanges d’anions. Cependant, au-delà de cette classification, l’attention du lecteur est attirée sur l’importance des phénomènes de coordination sur lesquels repose largement la formation de nombreuses espèces extractibles d’intérêt. En particulier, dans le cas de l’extraction des métaux en hydrométallurgie, l’importance relative des interactions en sphère interne et en sphère externe au sein des entités formées en phase organique est discutée dans le cadre d’une approche unificatrice soulignant la continuité des phénomènes entre les échelles moléculaire et supramoléculaire. Cela permet d’identifier les leviers dont dispose l’ingénieur pour concevoir des systèmes d’extraction sélectifs vis-à-vis d’ions cibles, mais également d’appréhender les verrous qui s’y opposent.
L’article [J 2 761] est centré sur les aspects thermodynamiques et cinétiques des transferts de matière entre deux phases liquides non miscibles.
L’article [J 2 762], quant à lui, donne quelques éléments sur la définition d’un procédé d’extraction liquide-liquide, mais il est surtout consacré à la présentation des réactifs industriels disponibles pour formuler un solvant d’extraction.
Les articles suivants [J 2 765] et [J 2 766] concernent plus particulièrement les aspects pratiques, la mise en œuvre et le développement industriel. Enfin, l’article [J 2 770] est entièrement axé sur les séparations par extraction à l’aide de fluides supercritiques.
Le lecteur pourra également consulter les articles [P 1 425] et [J 2 780].
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
Coordination | synergy | separation | aggregation
VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 1998 par Gérard COTE
DOI (Digital Object Identifier)
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Définitions et nomenclature1. Principes de la méthode d’extraction liquide-liquide
L’extraction liquide-liquide constitue une opération unitaire du génie chimique et du génie des procédés. Elle doit son origine à la chimie analytique dont les méthodes d’identification des espèces en solution sont fondées sur des techniques de séparation. Plus précisément, l’extraction liquide-liquide est un procédé qui permet la séparation de deux ou plusieurs constituants d’un mélange en mettant à profit leur distribution inégale entre deux liquides pratiquement non miscibles.
Généralement, on met en contact intime une solution d’alimentation, contenant les constituants à séparer (solutés) avec une seconde phase liquide appelée solvant souvent composée d’un extractant et d’un diluant, voire d’un modificateur de phase, qui extrait préférentiellement un ou plusieurs des solutés. Le solvant qui contient alors le ou les solutés est désigné sous le terme d’extrait, la solution d’alimentation ayant perdu la majeure partie de ces mêmes constituants est appelée raffinat (figure 1).
En pratique, un étage d’extraction liquide-liquide requiert deux opérations successives :
-
une mise en contact intime des deux phases liquides durant un temps suffisant à l’obtention de l’équilibre ou d’un état proche de l’équilibre et pendant lequel le ou les solutés sont transférés de la phase d’alimentation dans le solvant. À l’équilibre, le rapport des concentrations du soluté dans l’extrait et dans le raffinat, appelé rapport (ou coefficient) de distribution, donne une mesure de l’affinité relative du soluté pour les deux phases ;
-
après leur contact, une séparation ultérieure des deux liquides (extrait et raffinat) sous l’effet de la gravité naturelle auquel peut s’ajouter dans certains cas la mise en œuvre d’autres forces : force centrifuge, champ électrique, etc.
Depuis les années 1960, l’extraction liquide-liquide est largement utilisée dans l’industrie au même titre que d’autres techniques de séparation dont la distillation, l’échange d’ions, la précipitation et plus récemment les techniques membranaires. Ce sont les industries nucléaire et pharmaceutique qui permirent ses premiers développements...
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Principes de la méthode d’extraction liquide-liquide
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HOMBOURGER (T.), GOUZIEN (L.), MIKITENKO (P.), BONFILS (P.) - Extraction par solvant dans l’industrie pétrolière. - Dans Raffinage du pétrole (Le), Tome 2, Procédés de séparation, Coordonnateur WAUQUIER (J.-P.), Éditions TECHNIP, Paris, p. 365-464 (2008).
-
(2) - SOMEKH (G.S.) - New Union Carbide aromatics extraction process. - Dans : Proc. Intern, Solvent Extr. conf. ISEC’71, Society of Chemical Industry, Londres, vol. 1, p. 323-328 (1971).
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(3) - WRIGHT (A.), PAVIET-HARTMANN (P.) - Review of physical and chemical properties of tributyl phosphate/diluent/nitric acid systems. - Separ. Sci. Technol., 45, n° 12, p. 1753-1762 (2010).
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(4) - BAJORIA (S.L.), RATHOD (V.K.), PANDEY (N.K.), MUDALI (U.K.), NATARAJAN (R.) - Effect of tri-n-butyl phosphate on physical properties of dodecane-nitric acid system. - J. Radioanal. Chem., 295, n° 1, p. 271-276 (2013).
-
(5) - TIAN (Q.), HUIZHOU LIU (H.) - Densities and viscosities of binary mixtures of tributyl phosphate with hexane and dodecane from (298.15...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
IUPAC Compendium of Chemical Terminology http://goldbook.iupac.org/PDF/goldbook.pdf (page consultée le 05/07/2016)
HAUT DE PAGE
GOREN (M.B.). – Hydrometallurgical process for the recovery of uranium. US Patent 3,115,388, 24 décembre 1963.
WIGSTOL (E.) et FROYLAND (K.E.). – Separation of copper from cobalt. US Patent 3,887,679, 3 juin 1975.
ARRACHART (G.), AYCHET (N.), BERNIER (G.), BURDET (F.), LEYDIER (A.), MIGUIRDITCHIAN (M.), PELLET-ROSTAING (S.), PLANCQUE (G.), TURGIS (R.) ET ZEKRI (E.). – Nouveaux composés bifonctionnels utiles comme ligands de l’uranium(VI), leurs procédés de synthèse et leurs utilisations. Brevet WO 2013/167516 A1 – PCT/EP2013/059352.
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