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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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Physico-chimie et phénomènes de coordination
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3. Classification des systèmes d’extraction
De manière schématique, on peut remarquer que le transfert d’un soluté d’une phase d’alimentation dans un solvant peut nécessiter un transfert réciproque de matière (c’est-à-dire du solvant vers la phase d’alimentation) ou ne pas en nécessiter. On peut ainsi distinguer deux grands types de processus d’extraction :
-
les extractions par échange d’ions dans lesquelles la phase d’alimentation reçoit généralement une nouvelle espèce ou s’enrichit en une espèce déjà présente (par exemple des ions H+) parallèlement à l’extraction du soluté enjeu du procédé ;
-
les extractions non compensées avec simplement transfert d’une molécule ou d’un agrégat d’ions globalement neutre et appauvrissement de la phase d’alimentation.
En fait, chacun de ces deux grands types de processus peut faire l’objet d’une classification plus fine traduisant des situations variées (figure 2).
3.1 Extractions non compensées
Dans le cadre des extractions non compensées, les extractions simples de molécules (extractions du type 1a, figure 2) correspondent à la situation la plus banale dans la mesure où les forces motrices du transfert sont de nature purement physique et où les solutés possèdent le plus souvent la même structure moléculaire dans les deux phases. Industriellement, les extractions simples de molécules sont mises à profit à grande échelle, par exemple pour séparer les composés aromatiques (benzène, toluène et aromatiques en C8) des composés aliphatiques (typiquement en C6 et C7) initialement présents dans certaines coupes pétrolières ...
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Classification des systèmes d’extraction
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).
-
(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).
-
(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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