DE102013218796A1

DE102013218796A1 - Process for the recovery and / or separation and / or purification of rare earths

Info

Publication number: DE102013218796A1
Application number: DE102013218796.3A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Egner; Alexander Karos; Maximilian Kotzur; Lea König
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2015-03-19
Also published as: WO2015040045A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung und/oder zur Trennung und/oder zur Reinigung von Seltenen Erden. Erfindungsgemäß wird auf eine Ausgangsprobe der Seltenen Erden eine trägerfreie kontinuierliche Elektrophorese angewendet, wobei die Ausgangsprobe in ein in einer Transportrichtung fließendes Trägermedium eingebracht wird, und wobei im Wesentlichen quer zu der Transportrichtung ein elektrisches Feld durch ein von der Ausgangsprobe und dem Trägermedium gebildetes flüssiges Medium geführt wird, und wobei nach Durchfließen einer in der Transportrichtung definierten Transportstrecke, mindestens eine Seltene Erde mittels mindestens eines Auslasses gesammelt wird.The invention relates to a process for the extraction and / or separation and / or purification of rare earths. According to the invention, a carrier-free continuous electrophoresis is applied to a rare-earth starting sample, the starting sample being introduced into a carrier medium flowing in a transport direction, and an electric field being conducted essentially transversely to the transport direction through a liquid medium formed by the starting sample and the carrier medium is, and wherein after flowing through a transport path defined in the transport direction, at least one rare earth is collected by means of at least one outlet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung und/oder zur Trennung und/oder zur Reinigung von Seltenen Erden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for the extraction and / or separation and / or purification of rare earths, as well as a device for carrying out the method.

Vorliegend wird der Begriff ”Seltene Erden” für eines oder mehrere der insgesamt 17 Elemente aus der dritten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente verwendet. Alternativ sind im deutschen Sprachgebrauch die Wortverbindungen ”Seltenerdmetalle” und ”Seltene-Erdelemente” geläufig.In the present case, the term "rare earths" is used for one or more of the 17 elements from the third subgroup of the Periodic Table of the Elements. Alternatively, the word compounds "rare earth metals" and "rare earth elements" are common in German linguistic usage.

Seltene Erden sind aufgrund der Elektronenkonfiguration sehr ähnlich und eine Separierung der einzelnen Elemente gestaltet sich dementsprechend schwierig. Nach einem Abbau eines jeweiligen die Seltenen Erden enthaltenden Erzes und einem Herauslösen der Seltenen Erden aus einem Gestein mittels verschiedener Laugungsschritte und Säureschritte liegt ein Gemisch von gelösten Seltenen Erden in einer Lösung vor. Komplexe Gemische werden sowohl mit klassischen Methoden wie der fraktionierenden Kristallisation und der fraktionierenden Fällung als auch über moderne Techniken wie der Ionenaustauschchromatographie und der Solventextraktion getrennt. Eine Abtrennung einzelner Seltener Erden erfolgt nach dem Stand der Technik meist mehrstufig und sehr aufwändig. Durch vergleichsweise viele Behandlungsschritte ist die Gewinnung von Seltenen Erden vergleichsweise arbeitsintensiv, energieintensiv und kostenintensiv, und erfordert häufig die Verwendung zusätzlicher Chemikalien.Rare earths are very similar due to the electron configuration and a separation of the individual elements is therefore difficult. After decomposing a respective ore containing the rare earths and extracting the rare earths from a rock by means of various leaching steps and acid steps, a mixture of dissolved rare earths is present in a solution. Complex mixtures are separated by classical methods such as fractional crystallization and fractional precipitation as well as by modern techniques such as ion exchange chromatography and solvent extraction. A separation of individual rare earths is carried out according to the prior art mostly multi-stage and very expensive. As a result of comparatively many treatment steps, the extraction of rare earths is comparatively labor-intensive, energy-intensive and cost-intensive, and often requires the use of additional chemicals.

Literatur zum Stand der Technik findet sich beispielsweise bei Gupta, C. K. Krishnamurthy, N. (2005) Extractive Metallurgy of Rare Earths, ISBN 0-415-33340-7, CRC Press” .For example, prior art literature is included Gupta, CK Krishnamurthy, N. (2005) Extractive Metallurgy of Rare Earths, ISBN 0-415-33340-7, CRC Press " ,

Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, sowie durch eine Vorrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.The problem underlying the invention is achieved by a method according to claim 1, and by a device according to the independent claims. Advantageous developments are specified in subclaims. Features which are important for the invention can also be found in the following description and in the drawings, wherein the features, both alone and in different combinations, can be important for the invention, without being explicitly referred to again.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung und/oder zur Trennung und/oder zur Reinigung von Seltenen Erden. Das Verfahren kann in der Analytik aber auch in der industriellen Gewinnung von Seltenen Erden eingesetzt werden. Der nachfolgend verwandte Begriff „Ausgangsprobe” beinhaltet keine Beschränkung der Erfindung auf die Analytik.The invention relates to a process for the extraction and / or separation and / or purification of rare earths. The method can be used in analytics but also in the industrial production of rare earths. The term "starting sample" used below does not limit the invention to analytics.

Erfindungsgemäß wird auf eine Ausgangsprobe der Seltenen Erden eine trägerfreie kontinuierliche Elektrophorese angewendet, wobei die Ausgangsprobe zu diesem Zweck in ein in einer Transportrichtung fließendes Trägermedium eingebracht wird, und wobei im Wesentlichen quer zu der Transportrichtung ein elektrisches Feld durch ein von der Ausgangsprobe und dem Trägermedium gebildetes flüssiges Medium geführt wird, und wobei nach Durchfließen einer in der Transportrichtung definierten Transportstrecke, mindestens eine Seltene Erde gesammelt wird, indem ein mit einer Seltenen Erde angereicherter Teilstrom des Mediums an einem Auslass abgezogen wird.According to the invention, a carrier-free continuous electrophoresis is applied to a rare-earth starting sample, the starting sample being introduced into a carrier medium flowing in a transport direction for this purpose, and an electric field being formed essentially transversely to the transport direction by an electrode formed by the starting sample and the carrier medium liquid medium is guided, and wherein after flowing through a transport path defined in the transport direction, at least one rare earth is collected by a rare earth enriched partial stream of the medium is withdrawn at an outlet.

Vereinfacht ausgedrückt ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, Seltene Erden in einem elektrischen Feld voneinander zu trennen (zu separieren). Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass die verschiedenen Seltenen Erden in dem elektrischen Feld ein unterschiedliches Bewegungsverhalten haben und sich daher die verschiedenen Seltenen Erden in verschiedenen Teilströmen des Mediums anreichern. Wenn man einen solchen Teilstrom an geeigneter Stelle durch einen Auslass oder dergleichen abzieht, dann befindet sich in diesem Teilstrom mit hoher Reinheit nur eine Seltene Erde. Die Reinheit beträgt mindestens 50%, es konnten jedoch auch Reinheiten von mindestens 60% oder 70 erreicht werden.In simple terms, the method according to the invention makes it possible to separate (separate) rare earths in an electric field. In this case, the effect is exploited that the different rare earths in the electric field have a different movement behavior and therefore accumulate the different rare earths in different partial streams of the medium. If such a partial stream is withdrawn at an appropriate point through an outlet or the like, then there is only a rare earth in this high purity sub-stream. The purity is at least 50%, but also purities of at least 60% or 70 could be achieved.

Die erfindungsgemäße Verwendung der trägerfreien, kontinuierlichen Elektrophorese weist unter anderem den Vorteil auf, dass mehrere Metalle der Seltenen Erden aus einem homogenen Gemisch (”Ausgangsprobe”), welches die Seltenen Erden in einem im Allgemeinen ionisierten Zustand enthält, gleichzeitig gewonnen bzw. separiert bzw. gereinigt werden können.The use according to the invention of carrier-free, continuous electrophoresis has, inter alia, the advantage that several rare-earth metals are simultaneously obtained or separated from a homogeneous mixture ("starting sample") which contains the rare earths in a generally ionized state. can be cleaned.

Wenn nachfolgend gelegentlich der Begriff ”Seltene-Erden-Ionen” verwendet wird, so ist das lediglich ein zusätzlicher Hinweis auf den ionisierten Zustand der Seltenen Erden. Die Vorrichtung zur Durchführung der trägerfreien, kontinuierlichen Elektrophorese wird nachfolgend vereinfachend auch als ”Kammer” bezeichnet.When occasionally the term "rare earth ions" is used below, this is merely an additional indication of the ionized state of the rare earths. The device for carrying out the carrier-free, continuous electrophoresis is hereinafter also referred to simply as "chamber".

Bei der erfindungsgemäßen trägerfreien Elektrophorese der Seltenen Erden wird in einer Querrichtung zu einem kontinuierlichen Fluss oder Strom des Trägermediums, in das die zu trennenden Ionen der Seltenen Erden eingebracht werden, ein elektrisches Feld erzeugt. Abhängig von den Eigenschaften des elektrischen Feldes und von hydraulischen Randbedingungen werden die Ionen unterschiedlich stark von der natürlichen Fließrichtung abgelenkt und können durch abziehen verschiedener Teilströme durch verschieden angeordnete Auslässe separat gesammelt werden. Somit werden verschiedene Seltenen Erden gleichzeitig gesammelt und die Anzahl der Behandlungsschritte gegenüber herkömmlichen Verfahren wird deutlich reduziert. Auch der Energiebedarf und der Verbrauch von Chemikalien werden deutlich reduziert.In the carrier-free rare-earth electrophoresis of the present invention, an electric field is generated in a transverse direction to a continuous flow or current of the carrier medium into which the rare-earth ions to be separated are introduced. Depending on the properties of the electric field and hydraulic boundary conditions, the ions become different in magnitude from the natural flow direction deflected and can be collected separately by subtracting different streams through differently arranged outlets. Thus, various rare earths are collected simultaneously and the number of treatment steps compared to conventional methods is significantly reduced. The energy requirement and the consumption of chemicals are also significantly reduced.

Nachfolgend wird ein Gemisch aus dem Trägermedium und den darin eingebrachten Seltenen Erden, und eventuell zusätzlich eingebrachter Additive, auch als ”flüssiges Medium” bezeichnet.Hereinafter, a mixture of the carrier medium and the rare earths introduced therein, and possibly additionally introduced additives, also referred to as "liquid medium".

Die erfindungsgemäße Wirkung des Verfahrens besteht darin, dass, je nach den chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften der unterschiedlichen Seltenen Erden, die einzelnen der in einer wässrigen Lösung vorliegenden Ionen durch ein homogenes elektrisches Feld in jeweils unterschiedlicher Weise von einer durch eine Geometrie der Kammer und einen Mediumsfluss bedingten Fließrichtung abgelenkt werden. Ein bereits erwähnter Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass verschiedene Seltene Erden gleichzeitig voneinander getrennt und einzeln gesammelt werden können. Dabei ist ein kontinuierlicher Betrieb des Verfahrens möglich, wodurch die für das Verfahren insgesamt erforderlichen Arbeitsschritte deutlich minimiert werden können.The inventive effect of the method is that, depending on the chemical and / or physical properties of the different rare earths, the individual of the ions present in an aqueous solution by a homogeneous electric field in each case different from one by a geometry of the chamber and be deflected a flow of fluid conditional flow direction. An already mentioned advantage of the method according to the invention is that different rare earths can be separated from one another at the same time and collected individually. In this case, a continuous operation of the method is possible, whereby the total required for the process steps can be significantly minimized.

Weiterhin sind vergleichsweise wenige Chemikalien zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich. Sofern das Verfahren unter Zusatz von Additiven erfolgt, können diese für die erfindungsgemäße Fraktionierung in einer vergleichsweise niedrigen Konzentration verwendet werden.Furthermore, comparatively few chemicals are required for carrying out the process according to the invention. If the process is carried out with the addition of additives, these can be used for the fractionation according to the invention in a comparatively low concentration.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß ermöglich, das Verfahren nach einem vorhergehenden Laugungsschritt auch zur Gewinnung von Seltenen Erden aus Gestein anzuwenden. Durch die Erfindung können aber auch momentan noch nicht wettbewerbsfähige Recyclingschritte vergleichsweise kostengünstig und somit konkurrenzfähig durchgeführt werden. Weiterhin kann es durch die Erfindung ermöglicht werden, Seltene Erden beispielsweise aus Elektronikabfällen oder dergleichen rückzugewinnen.Furthermore, it is possible according to the invention to apply the method after a previous leaching step for the extraction of rare earths from rock. By virtue of the invention, however, currently not yet competitive recycling steps can be carried out comparatively inexpensively and thus competitively. Furthermore, it can be made possible by the invention to recover rare earths, for example, from electronic waste or the like.

Die eigentliche Fraktionierung wird durch das angelegte elektrische Feld bewirkt. Eine elektrochemische und/oder elektrophysikalische Behandlung der Ausgangsprobe hat den Vorteil, dass nach einem Abschluss der Fraktionierung keine zusätzlichen Chemikalien, insbesondere eventuell eingebrachte Additive, in dem flüssigen Medium verbleiben. Somit sind im Wesentlichen keine weiteren so genannten Aufreinigungsschritte und/oder Abtrennschritte zur Entfernung der zugegebenen Chemikalien erforderlich.The actual fractionation is effected by the applied electric field. An electrochemical and / or electrophysical treatment of the starting sample has the advantage that after completion of the fractionation no additional chemicals, in particular any additives introduced, remain in the liquid medium. Thus, essentially no further so-called purification steps and / or separation steps are required to remove the added chemicals.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen, trägerfreien Elektrophorese von Seltenen Erden kann mittels mehrerer alternativer und/oder ergänzender Ausgestaltungen durchgeführt werden, welche jeweils die erfindungsgemäße Gewinnung und/oder Trennung und/oder Reinigung der Seltenen Erden ermöglichen.The inventive method for continuous, carrier-free electrophoresis of rare earths can be carried out by means of a plurality of alternative and / or complementary embodiments, which in each case allow the recovery and / or separation and / or purification of the rare earths according to the invention.

Die erfindungsgemäße Gewinnung und/oder Trennung und/oder Reinigung von Seltenen Erden mittels der trägerfreien, kontinuierlichen Elektrophorese kann sowohl für analytische Zwecke bei vergleichsweise geringen Mengen durchgeführt werden, als auch für eine industrielle Produktion mit vergleichsweise großen Mengen durchgeführt werden. Sie kann auf die Gewinnung und/oder Trennung und/oder Reinigung von Seltenen Erden unter Verwendung von Gemischen mit 1 bis 17 Seltenen Erden angewendet werden.The recovery and / or separation and / or purification of rare earths according to the invention by means of carrier-free, continuous electrophoresis can be carried out both for analytical purposes with comparatively small amounts, as well as for industrial production with comparatively large amounts. It can be applied to the recovery and / or separation and / or purification of rare earths using mixtures of 1 to 17 rare earths.

Erfindungsgemäß können also auch Verunreinigungen von Seltenen-Erden-Ionen entfernt werden. Ebenso können erfindungsgemäß eine oder mehrere Seltene Erden von Verunreinigungen abgetrennt werden. Als Ausgangsprobe kann ein wässriges oder nicht-wässriges Medium verwendet werden.According to the invention, therefore, impurities of rare earth ions can be removed. Likewise, according to the invention one or more rare earths can be separated from impurities. As the starting sample, an aqueous or non-aqueous medium can be used.

Das Trägermedium besteht vorzugsweise aus leitenden pH-stabilisierenden Komponenten, welche die Trennung unterstützen. Diese sind in der Regel eine wässrige Lösung, können jedoch auch eine nicht-wässrige Lösung sein.The carrier medium is preferably made of conductive pH stabilizing components which aid in the separation. These are usually an aqueous solution, but may also be a non-aqueous solution.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren mittels einer Zonenelektrophorese oder Isotachophorese durchgeführt. Bei der Zonenelektrophorese erfolgt eine Trennung im Wesentlichen in Abhängigkeit von einer Ladungsdichte, und bei der Isotachophorese erfolgt eine Trennung im Wesentlichen in Abhängigkeit von einer elektrophoretischen Mobilität (Beweglichkeit). Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren unter Berücksichtigung einer jeweiligen Zusammensetzung der Ausgangsprobe optimiert durchgeführt werden, wodurch das Ergebnis verbessert und Kosten gespart werden können.In one embodiment of the invention, the method is carried out by means of a zone electrophoresis or isotachophoresis. In the zone electrophoresis, a separation essentially takes place as a function of a charge density, and in isotachophoresis a separation takes place essentially as a function of an electrophoretic mobility (mobility). As a result, the method according to the invention can be carried out optimally taking into account a particular composition of the starting sample, whereby the result can be improved and costs can be saved.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Ausgangsprobe in das Trägermedium in Bezug auf eine quer zu der Transportrichtung definierte Breite des Trägermediums seitlich oder in etwa mittig eingebracht. Dadurch wird eine weitere Optimierung des Verfahrens ermöglicht, weil die jeweilige Zusammensetzung der Ausgangsprobe spezifische, das erfindungsgemäße Verfahren beeinflussende Eigenschaften aufweist. Dadurch kann das Ergebnis der erfindungsgemäßen Trennung der Seltenen Erden verbessert werden.In a further embodiment of the invention, the starting sample is introduced into the carrier medium laterally or approximately centrally with respect to a width of the carrier medium defined transversely to the transport direction. This makes possible a further optimization of the method because the particular composition of the starting sample has specific properties which influence the method according to the invention. As a result, the result of the rare earth separation according to the invention can be improved.

Die Wirkung des Verfahrens kann weiter verbessert werden, wenn mindestens ein Additiv in das Trägermedium eingebracht wird. Die Additive können pH-Wert stabilisierende Substanzen organischer und anorganischer Art, Säuren und Basen, leitfähigkeitsbeeinflussende Salze und Lösungen aber auch komplexbildende und/oder komplexzerstörende Substanzen umfassen, wie weiter unten teilweise noch näher erläutert werden wird. Dadurch können eine Selektivität des Verfahrens verbessert und Kosten gespart werden. The effect of the process can be further improved if at least one additive is introduced into the carrier medium. The additives may include pH-stabilizing substances of organic and inorganic type, acids and bases, conductivity-influencing salts and solutions but also complex-forming and / or complex-destroying substances, as will be explained in more detail below. This can improve the selectivity of the process and save costs.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Additiv ein Komplexbildner ist. Dadurch kann die erfindungsgemäße Gewinnung und/oder Trennung und/oder Reinigung der Seltenen Erden verbessert werden.In particular, it can be provided that the at least one additive is a complexing agent. As a result, the recovery and / or separation and / or purification of the rare earths according to the invention can be improved.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der mindestens eine Komplexbildner eine α-Iso-Butylbuttersäure, eine Ethylendiamintetraessigsäure, EDTA, eine Nitrilotriessigsäure, NTA, ein Acetat, eine Huminsäure und/oder eine organische Säure ist. Dadurch sind weitere erfindungsgemäße Anpassungen an eine jeweilige spezifische Zusammensetzung der Ausgangsprobe möglich.It is particularly advantageous if the at least one complexing agent is an α-isobutylbutyric acid, an ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA, a nitrilotriacetic acid, NTA, an acetate, a humic acid and / or an organic acid. As a result, further adjustments according to the invention to a specific composition of the starting sample are possible.

Ergänzend kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Additiv ein Komplexzerstörer ist. Dies ermöglicht weitere vorteilhafte Verfahrensschritte, wodurch das Ergebnis verbessert werden kann.In addition, it can be provided that the at least one additive is a complex destroyer. This allows further advantageous method steps, whereby the result can be improved.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das mindestens eine Additiv in Bezug auf die Breite des Stroms des Trägermediums in unterschiedlichen Konzentrationen eingebracht. Beispielsweise können dadurch die gegebenenfalls unterschiedlichen Komplexbildungskonstanten der in dem flüssigen Medium enthaltenen Kationen vorteilhaft zur Trennung der Seltenen Erden ausgenutzt werden.In a further preferred embodiment of the method, the at least one additive is introduced in different concentrations with respect to the width of the stream of the carrier medium. By way of example, this can advantageously exploit the optionally different complexing constants of the cations contained in the liquid medium for the separation of the rare earths.

Das Verfahren kann flexibler durchgeführt werden, wenn die unterschiedlichen Konzentrationen der Additive gestuft erzeugt werden, wobei unterschiedliche Konzentrationen und/oder unterschiedliche Mengen des Additivs mittels in Richtung der Breite verteilt angeordneter Einlässe für das Trägermedium und/oder mittels in Richtung der Breite verteilt angeordneter zusätzlicher Einlässe für das mindestens eine Additiv in das Trägermedium eingebracht werden. Dadurch kann das Ergebnis zusätzlich verbessert und/oder beschleunigt werden. In einer dazu alternativen Ausgestaltung werden die unterschiedlichen Konzentrationen stetig erzeugt, wobei eine Wanderung des mindestens einen Additivs in dem elektrischen Feld ausgenutzt wird. Es ergibt sich somit ein Gradient der Konzentration in der quer zu der Transportrichtung definierten Breite des flüssigen Mediums bzw. des Trägermediums.The method can be carried out more flexibly if the different concentrations of the additives are generated in a stepped manner, wherein different concentrations and / or different amounts of the additive are distributed through widthwise distributed inlets for the carrier medium and / or by means of widthwise arranged additional inlets for which at least one additive is introduced into the carrier medium. As a result, the result can be additionally improved and / or accelerated. In an alternative embodiment, the different concentrations are generated continuously, whereby a migration of the at least one additive in the electric field is utilized. This results in a gradient of the concentration in the width of the liquid medium or of the carrier medium defined transversely to the transport direction.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Teilstrom des Trägermediums und/oder des mindestens einen Additivs an mindestens einem Auslass abgezogen. Dabei wird das abgezogene Trägermedium und/oder das abgezogene mindestens eine Additiv mittels quer zu der Transportrichtung verteilt angeordneter Einlässe für das Trägermedium und/oder mittels quer zu der Transportrichtung verteilt angeordneter zusätzlicher Einlässe für das mindestens eine Additiv erneut in das Trägermedium eingebracht. Dies ist möglich, weil im Allgemeinen nicht alle Auslässe metallhaltige Fraktionen führen. Die überwiegend oder ausschließlich aus Bestandteilen des Trägermediums bestehenden Fraktionen – insbesondere solche, die nicht ionisiert sind – können also gesammelt und erneut für das Verfahren verwendet werden. Durch diese Wiederverwertung kann die Menge von gegebenenfalls zusätzlich für das Verfahren angewendeter Chemikalien, welche insbesondere dem Trägermedium zugesetzt werden können, reduziert werden. Dadurch kann das Verfahren besonders umweltfreundlich und wirtschaftlich durchgeführt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one partial stream of the carrier medium and / or of the at least one additive is withdrawn at at least one outlet. In this case, the withdrawn carrier medium and / or the withdrawn at least one additive is introduced by means of transversely distributed to the transport direction of inlets for the carrier medium and / or distributed transversely to the transport direction arranged additional inlets for the at least one additive again in the carrier medium. This is possible because generally not all outlets contain metal-containing fractions. The fractions consisting predominantly or exclusively of constituents of the carrier medium - in particular those which are not ionized - can thus be collected and used again for the process. By this recycling, the amount of optionally additionally used for the process chemicals that can be added in particular the carrier medium, can be reduced. This makes the process particularly environmentally friendly and economical.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Ausgangsprobe ein wässriges oder ein nicht-wässriges Medium umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft für beide Möglichkeiten anwendbar.Furthermore, it can be provided that the starting sample comprises an aqueous or a nonaqueous medium. The inventive method is advantageously applicable to both options.

Das Ergebnis des Verfahrens kann weiter verbessert werden, wenn die Ausgangsprobe vor dem Einbringen in das Trägermedium durchmischt wird, und/oder wenn das Trägermedium vor dem Einbringen durchmischt wird, und/oder wenn ein Additiv vor dem Einbringen in das Trägermedium durchmischt wird. Dadurch wird eine Homogenität der jeweiligen Lösung verbessert und somit kann die Selektivität des Verfahrens erhöht werden, wodurch das Verfahren verbessert und Kosten gespart werden können.The result of the process can be further improved if the starting sample is thoroughly mixed prior to introduction into the carrier medium and / or if the carrier medium is thoroughly mixed before introduction and / or if an additive is mixed before being introduced into the carrier medium. As a result, a homogeneity of the respective solution is improved and thus the selectivity of the process can be increased, whereby the process can be improved and costs can be saved.

Weiterhin umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, Seltene Erden zu gewinnen und/oder zu trennen und/oder zu reinigen. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung weiter dazu ausgebildet, eine trägerfreie kontinuierliche Elektrophorese auf eine Ausgangsprobe mit mindestens einer Seltenen Erde anzuwenden, und ist weiter dazu ausgebildet, die Ausgangsprobe in ein in einer Transportrichtung fließendes Trägermedium einzubringen, und ist weiter dazu ausgebildet, im Wesentlichen quer zu der Transportrichtung ein elektrisches Feld durch ein von der Ausgangsprobe und dem Trägermedium gebildetes flüssiges Medium zu führen. Weiter ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu ausgebildet, nach Durchfließen einer in der Transportrichtung definierten Transportstrecke mindestens eine Seltene Erde mittels mindestens eines Auslasses zu sammeln. Es gelten somit dieselben Vorteile, wie es oben für die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung bereits beschrieben wurde.Furthermore, the invention comprises an apparatus for carrying out the method described above. In particular, the device is designed to recover and / or separate and / or purify rare earths. According to the invention, the device is further adapted to apply a carrier-free continuous electrophoresis on a starting sample with at least one rare earth, and is further adapted to introduce the starting sample in a carrier medium flowing in a transport direction, and is further formed, substantially transversely to the Transport direction to pass an electric field through a formed by the original sample and the carrier medium liquid medium. Furthermore, the device according to the invention is designed, after flowing through a transport path defined in the transport direction, by means of at least one rare earth to collect at least one outlet. The same advantages thus apply as have already been described above for the various embodiments of the invention.

Ergänzend kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Abschnitt der Vorrichtung, in welchem das elektrische Feld durch das flüssige Medium geführt wird, mindestens eine ionenselektive Membrane umfasst. Dadurch kann die Wirksamkeit des Verfahrens verbessert werden. Insbesondere können Gasblasen in für die Trennung der Seltenen Erden wichtigen Abschnitten der Vorrichtung vermieden werden, wodurch die Trennung ungestört ablaufen kann und somit die Selektivität des Verfahrens verbessert wird.In addition, it can be provided that at least a portion of the device in which the electric field is passed through the liquid medium comprises at least one ion-selective membrane. This can improve the effectiveness of the process. In particular, gas bubbles can be avoided in sections of the device which are important for the separation of the rare earths, as a result of which the separation can proceed undisturbed and thus the selectivity of the method is improved.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung mindestens ein Paar von das elektrische Feld erzeugenden Elektroden umfasst, und dass sie eine Entlüftung für mindestens einen eine Elektrode umgebenden Raumabschnitt aufweist. Dadurch kann eine unerwünschte Gasbildung in den die Elektroden umgebenden Raumbereichen verhindert werden.Furthermore, it can be provided that the device comprises at least one pair of electric field-generating electrodes, and that it has a vent for at least one space portion surrounding an electrode. As a result, undesired gas formation in the space regions surrounding the electrodes can be prevented.

Entsprechend den oben beschriebenen Verfahrensschritten kann die Vorrichtung ergänzend dazu ausgebildet sein, mindestens ein Additiv in Bezug auf die quer zu der Transportrichtung definierte Breite in unterschiedlichen Konzentrationen einzubringen. Dadurch kann die Selektivität der Trennung erhöht werden.In accordance with the method steps described above, the device may additionally be designed to introduce at least one additive in different concentrations with respect to the width defined transversely to the transport direction. This can increase the selectivity of the separation.

Die Wirkung der Erfindung kann verbessert werden, wenn die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, das elektrische Feld mit in der Transportrichtung unterschiedlich großen elektrischen Feldstärken zu erzeugen. Dies kann insbesondere eine Erhöhung der Selektivität bewirken.The effect of the invention can be improved if the device is designed to generate the electric field with different electric field strengths in the transport direction. This can in particular cause an increase in the selectivity.

Eine Menge der zu trennenden Seltenen Erden kann erhöht werden, wenn die Vorrichtung mehrere Einzel-Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens umfasst, welche funktional parallel angeordnet sind. Dadurch können ein Durchsatz der Vorrichtung erhöht und Kosten gespart werden.An amount of the rare earths to be separated can be increased if the device comprises a plurality of individual devices for carrying out the method, which are arranged functionally parallel. As a result, a throughput of the device can be increased and costs can be saved.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung mehrere Einzel-Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, welche funktional kaskadiert angeordnet sind, wobei jede der Einzel-Vorrichtungen eine spezifische Seltene Erde sammelt. Dadurch kann eine Selektivität des Verfahrens bzw. eine Reinheit der verfahrensgemäß getrennten Seltenen Erden erhöht werden.In a further embodiment, the device comprises a plurality of individual devices for performing the method, which are arranged functionally cascaded, wherein each of the individual devices collects a specific rare earth. As a result, a selectivity of the process or a purity of the rare earths separated according to the method can be increased.

Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be explained with reference to the drawings. In the drawing show:

1 ein vereinfachtes Schema einer Vorrichtung zur Durchführung einer Elektrophorese von Seltenen Erden in einer Draufsicht; 1 a simplified diagram of an apparatus for performing a rare earth electrophoresis in a plan view;

2 einen Schnitt durch die Vorrichtung von 1 entlang einer Linie II-II; 2 a section through the device of 1 along a line II-II;

3 ein erstes Schema für ein Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden unter Verwendung von einer Zonenelektrophorese; 3 a first scheme for a rare earth separation method using zone electrophoresis;

4 ein zweites Schema für das Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden unter Verwendung von einer Zonenelektrophorese; 4 a second scheme for the rare earth separation method using zone electrophoresis;

5 ein drittes Schema für das Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden unter Verwendung von Additiven; 5 a third scheme for the method for the separation of rare earths using additives;

6 ein viertes Schema für das Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden unter Verwendung von einer Isotachophorese; 6 a fourth scheme for the rare earth separation method using isotachophoresis;

7 ein fünftes Schema für das Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden unter Verwendung von einer Isotachophorese; und 7 a fifth scheme for the rare earth separation method using isotachophoresis; and

8 ein Flussdiagramm zur Durchführung des Verfahrens zur Trennung der Seltenen Erden. 8th a flow chart for performing the method for the separation of rare earths.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.The same reference numerals are used for functionally equivalent elements and sizes in all figures, even in different embodiments.

1 zeigt in einer Draufsicht ein vereinfachtes Schema einer Vorrichtung 10 zur Durchführung einer trägerfreien, kontinuierlichen Elektrophorese zur Gewinnung und/oder zur Trennung und/oder zur Reinigung von Seltenen Erden 32 (siehe 3). Die 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in 1. Die Vorrichtung 10 wird nachfolgend gelegentlich auch als ”Kammer” bezeichnet. 1 shows in a plan view a simplified diagram of a device 10 for carrying out a carrier-free, continuous electrophoresis for the recovery and / or separation and / or for the purification of rare earths 32 (please refer 3 ). The 2 shows a sectional view taken along the line II-II in 1 , The device 10 is sometimes referred to as "chamber" below.

Zwischen zwei in Bezug auf eine Ebene der Zeichnung übereinander liegenden rechteckförmigen Platten 12a und 12b aus einem Isolierwerkstoff sind zwei Elektroden 14 und 16 in der Zeichnung horizontal zueinander angeordnet. Die Elektroden 14 und 16 sind in einem Randbereich von den beiden Platten 12a und 12b in der Zeichnung links und rechts angeordnet und erstrecken sich jeweils von oben nach unten über einen wesentlichen Teil einer Länge der Platten 12a und 12b.Between two rectangular plates superimposed with respect to a plane of the drawing 12a and 12b one insulating material has two electrodes 14 and 16 arranged horizontally to each other in the drawing. The electrodes 14 and 16 are in a border area of the two plates 12a and 12b arranged on the left and right in the drawing and each extending from top to bottom over a substantial part of a length of the plates 12a and 12b ,

In einem in der Zeichnung von 1 oberen Bereich sind in der ”oberen” Platte 12a sechs vorliegend kreisförmige Einlässe 18 in einer horizontalen Reihe angeordnet. Durch die Einlässe 18 kann insbesondere ein Trägermedium 20 in einen im Wesentlichen durch die Platten 12a und 12b sowie durch die Elektroden 14 und 16 begrenzten Raum eingebracht werden.In one in the drawing of 1 upper area are in the "upper" plate 12a six present circular inlets 18 in a horizontal Row arranged. Through the inlets 18 in particular, a carrier medium 20 in a substantially through the plates 12a and 12b as well as through the electrodes 14 and 16 be introduced limited space.

In einem in der 1 unteren Bereich sind in der ”unteren” Platte 12b eine Mehrzahl von kreisförmigen Auslässen 22 angeordnet. Die Auslässe 22 weisen jeweils einen vergleichsweise kleinen Durchmesser auf und sind vorliegend in zwei in der Zeichnung horizontalen Reihen auf Lücke zueinander angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung 10 weisen die Auslässe 22 zumindest in etwa einen Durchmesser von Kapillarröhrchen auf.In one in the 1 lower area are in the "lower" plate 12b a plurality of circular outlets 22 arranged. The outlets 22 each have a comparatively small diameter and are arranged in this case in two horizontal rows in the drawing on a gap to each other. In a preferred embodiment of the device 10 have the outlets 22 at least about a diameter of capillary tubes.

Ein vertikaler großer Pfeil in der Mitte von 1 bezeichnet von oben nach unten eine Transportrichtung 24 eines flüssigen Mediums 26 in der Vorrichtung 10. In einem in der Zeichnung rechten oberen Abschnitt der Platte 12a ist ein vorliegend kreisförmiger Probeneinlass 28 angeordnet. Der Probeneinlass 28, welcher einen vergleichsweise kleinen Durchmesser aufweist, ist in einer quer zu der Transportrichtung 24 definierten Breite 29 des Stroms des (Träger-)Mediums in etwa seitlich angeordnet, und zwar vorliegend etwas unterhalb des in der Zeichnung äußeren rechten Einlasses 18. Die Breite 29 ist in der 1 durch einen horizontalen Doppelpfeil zwischen den Elektroden 14 und 16 gekennzeichnet.A vertical big arrow in the middle of 1 denotes from top to bottom a transport direction 24 a liquid medium 26 in the device 10 , In a right upper section of the plate in the drawing 12a is a presently circular sample inlet 28 arranged. The sample inlet 28 which has a comparatively small diameter is in a direction transverse to the transport direction 24 defined width 29 the current of the (carrier) medium arranged approximately laterally, in this case slightly below the right in the drawing right inlet 18 , The width 29 is in the 1 by a horizontal double arrow between the electrodes 14 and 16 characterized.

Weitere Einzelheiten der Vorrichtung 10, wie beispielsweise umlaufende Dichtelemente an Randbereichen der Platten 12a und 12b zur Verhinderung eines ungewollten Abflusses der beteiligten Medien, sind in dem Schema von 1 nicht mit dargestellt.Further details of the device 10 , such as circumferential sealing elements on edge regions of the plates 12a and 12b to prevent an unwanted outflow of the involved media, are in the scheme of 1 not shown.

Im Betrieb der Vorrichtung 10 wird durch die Einlässe 18 fortlaufend (”kontinuierlich”) das Trägermedium 20 zwischen die Platten 12a und 12b eingebracht. Ebenso wird durch den Probeneinlass 28 fortlaufend eine Ausgangsprobe 30 der Seltenen Erden 32 in das Trägermedium 20 eingebracht. Die Ausgangsprobe 30 umfasst vorliegend ein wässriges Medium. Alternativ kann die Ausgangsprobe 30 ein nicht-wässriges Medium umfassen.In operation of the device 10 is through the inlets 18 continuously ("continuously") the carrier medium 20 between the plates 12a and 12b brought in. Likewise, through the sample inlet 28 continuously a starting sample 30 the rare earth 32 in the carrier medium 20 brought in. The initial sample 30 in this case comprises an aqueous medium. Alternatively, the starting sample 30 a non-aqueous medium.

Das Trägermedium 20 umfasst vorliegend leitende pH-stabilisierende Komponenten, welche eine Trennung der in der Ausgangsprobe 30 enthaltenen Seltenen Erden 32 unterstützen. Die pH-stabilisierende Komponenten sind vorliegend eine wässrige Lösung, sie können alternativ jedoch auch eine nicht-wässrige Lösung sein. Eine Gesamtheit der mittels der Einlässe 18 und des Probeneinlasses 28 in die Vorrichtung 10 eingebrachten Stoffe wird vorliegend als flüssiges Medium 26 bezeichnet. Als Folge des Einbringens des Trägermediums 20 und der Ausgangsprobe 30 zwischen die Platten 12a und 12b wird in einem in der 1 oberen Bereich ein hydraulischer Druck aufgebaut. Dadurch ergibt sich ein – vergleichsweise langsamer – Transport des flüssigen Mediums 26 in der Transportrichtung 24.The carrier medium 20 in the present case comprises conductive pH-stabilizing components, which are a separation of those in the starting sample 30 contained rare earths 32 support. The pH-stabilizing components herein are an aqueous solution, but may alternatively be a non-aqueous solution. A whole by means of the inlets 18 and the sample inlet 28 into the device 10 introduced substances is present as a liquid medium 26 designated. As a result of introducing the carrier medium 20 and the original sample 30 between the plates 12a and 12b will be in one in the 1 Upper area built up a hydraulic pressure. This results in a - relatively slow - transport of the liquid medium 26 in the transport direction 24 ,

Zwischen den Elektroden 14 und 16 wird zur Trennung der mittels der Ausgangsprobe 30 in das Trägermedium 20 eingebrachten Seltenen Erden 32 eine elektrische Spannung angelegt, wodurch ein elektrisches Feld 31 erzeugt wird. Dieses ist in der 2 durch horizontale Pfeile symbolisiert. Dabei kann eine Trennung der Seltenen Erden 32 beispielsweise aufgrund einer jeweils unterschiedlichen Ladungsdichte und/oder aufgrund einer jeweils unterschiedlichen elektrophoretischen Mobilität erfolgen. Dies wird in den nachfolgenden 3 bis 7 unter anderem noch gezeigt werden. Mittels der Auslässe 22 können die verfahrensgemäß separierten Bestandteile, also insbesondere die Seltenen Erden 32, getrennt voneinander gesammelt werden.Between the electrodes 14 and 16 is used to separate the by means of the original sample 30 in the carrier medium 20 introduced rare earths 32 an electrical voltage is applied, creating an electric field 31 is produced. This is in the 2 symbolized by horizontal arrows. This can be a separation of the rare earths 32 for example, due to a different charge density and / or due to a different electrophoretic mobility. This will be in the following 3 to 7 among other things still be shown. By means of the outlets 22 can the separated according to the process components, ie in particular the rare earths 32 , collected separately.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß den 1 und 2 umfasst mindestens ein Abschnitt der Vorrichtung 10, in welchem das elektrische Feld 31 durch das flüssige Medium 26 geführt wird, mindestens eine ionenselektive Membrane.In an embodiment, not shown, of the device 10 according to the 1 and 2 includes at least a portion of the device 10 in which the electric field 31 through the liquid medium 26 is guided, at least one ion-selective membrane.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 weist diese eine Entlüftung für mindestens einen die Elektrode 14 und/oder die Elektrode 16 umgebenden Raumabschnitt auf.In a further embodiment, not shown, of the device 10 this has a vent for at least one of the electrode 14 and / or the electrode 16 surrounding room section.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 ist diese dazu ausgebildet, das elektrische Feld 31 mit in der Transportrichtung 24 unterschiedlich großen elektrischen Feldstärken zu erzeugen.In a further embodiment, not shown, of the device 10 this is designed to be the electric field 31 with in the transport direction 24 To produce different sized electric field strengths.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 umfasst diese mehrere Einzel-Vorrichtungen 10', welche funktional parallel angeordnet sind.In a further embodiment, not shown, of the device 10 this includes several individual devices 10 ' , which are arranged functionally parallel.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 10 umfasst diese mehrere Einzel-Vorrichtungen 10', welche funktional kaskadiert angeordnet sind, wobei jede der Einzel-Vorrichtungen 10' mindestens eine spezifische Seltene Erde 32 sammeln kann.In a further embodiment, not shown, of the device 10 this includes several individual devices 10 ' which are functionally cascaded, each of the individual devices 10 ' at least one specific rare earth 32 can collect.

3 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform für ein Verfahren zur Trennung der Seltenen Erden 32 unter Verwendung einer so genannten Zonenelektrophorese. Wegen der besseren Übersichtlichkeit sind die Elektroden 14 und 16 sowie der die Transportrichtung 24 kennzeichnende Pfeil nachfolgend nicht mit dargestellt. In den 3 bis 7 kennzeichnet das Zeichen ”–” die negative Elektrode 14 (Kathode) und das Zeichen ”+” die positive Elektrode 16 (Anode). Unterschiedlich strukturierte Linien zwischen dem Probeneinlass 28 und jeweils einigen der Auslässe 22 kennzeichnen spezifische Fließverläufe verschiedener Stoffe, insbesondere der verschiedenen Seltenen Erden 32, wodurch diese verfahrensgemäß mittels der Auslässe 22 separiert werden können. 3 schematically shows a first embodiment of a method for the separation of rare earths 32 using a so-called zone electrophoresis. For better clarity, the electrodes are 14 and 16 as well as the transport direction 24 characterizing arrow not shown below. In the 3 to 7 the sign "-" indicates the negative electrode 14 (Cathode) and the sign "+" the positive electrode 16 (Anode). Differently structured lines between the sample inlet 28 and each one of the outlets 22 characterize specific flows of different substances, especially the different rare earths 32 , whereby these procedurally by means of the outlets 22 can be separated.

Bei der Zonenelektrophorese wird, ausgehend von dem räumlich begrenzten und vorzugsweise in etwa punktförmigen Probeneinlass 28 die zu trennende Ausgangsprobe 30 in das in der Transportrichtung 24 kontinuierlich fließende Trägermedium 20 kontinuierlich eingebracht. Vorzugsweise ist – wie in der 3 dargestellt – der Probeneinlass 28 in der Transportrichtung 24 vergleichsweise dicht hinter den Einlässen 18 für das Trägermedium 20 angeordnet. Das Einbringen der Ausgangsprobe 30 (also des Gemisches der Seltenen Erden 32) erfolgt wie in der 1 seitlich in Bezug auf die quer zu der Transportrichtung 24 definierte Breite 29 des Trägermediums 20 bzw. des flüssigen Mediums 26. Das Gemisch aus Seltenen-Erden-Ionen wird mittels des quer zu der Transportrichtung 24 angelegten elektrischen Feldes 31 von einer ”natürlichen” Fließrichtung abgelenkt. Für die in Bezug auf die unterschiedlichen Seltenen Erden 32 jeweils quer zu der Transportrichtung 24 sich ergebende unterschiedliche Ablenkung sind insbesondere die Eigenschaften der Kationen ursächlich. Die dadurch ermöglichte Trennung der Seltenen Erden 32 wird durch das Trägermedium 20 unterstützt. Die unterschiedlichen Seltenen Erden 32 (”Elemente”) werden über die Mehrzahl von Auslässen 22 an einem in Bezug auf die Transportrichtung 24 definierten Ende der Kammer fraktioniert gesammelt.In zone electrophoresis, starting from the spatially limited and preferably approximately punctiform sample inlet 28 the starting sample to be separated 30 in the direction of transport 24 continuously flowing carrier medium 20 introduced continuously. Preferably - as in the 3 shown - the sample inlet 28 in the transport direction 24 comparatively close behind the inlets 18 for the carrier medium 20 arranged. The introduction of the original sample 30 (ie the mixture of the rare earths 32 ) takes place as in the 1 laterally with respect to the transverse to the transport direction 24 defined width 29 of the carrier medium 20 or of the liquid medium 26 , The mixture of rare earth ions is by means of the transverse to the transport direction 24 applied electric field 31 distracted from a "natural" flow direction. For those in relation to the different rare earths 32 each transverse to the transport direction 24 resulting different distraction are in particular the properties of the cations causally. The thus enabled separation of the rare earths 32 gets through the carrier medium 20 supported. The different rare earths 32 ("Elements") are about the majority of outlets 22 at one with respect to the transport direction 24 defined end of the chamber fractionally collected.

4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Trennung der Seltenen Erden 32. Im Unterschied zu der 3 ist bei der 4 der Probeneinlass 28 in Bezug auf die Breite 29 mittig angeordnet, und zwar ebenfalls in der Zeichnung etwas unterhalb der sechs Einlässe 18. Die für die einzelnen Seltenen Erden 32 spezifischen Fließverläufe ergeben sich daher bei der 4 leicht anders als bei der 3. 4 schematically shows another embodiment of the method for the separation of rare earths 32 , Unlike the 3 Is at the 4 the sample inlet 28 in terms of width 29 centered, also in the drawing just below the six inlets 18 , Those for the individual rare earths 32 Therefore, specific flow patterns arise in the 4 slightly different than the 3 ,

5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform für das Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden 32. In der 5 erfolgt dies unter Verwendung von mindestens einem Additiv 34, welches vorliegend ein so genannter Komplexbildner ist. Dabei werden die naturgemäß sehr ähnlichen Eigenschaften der Seltenen Erden 32 durch ein Einbringen eines oder mehrerer der Komplexbildner vorteilhaft verändert. Die Komplexierung einer Seltenen Erde 32 ist von einer Komplexbildungskonstante mit einem jeweiligen Additiv 34 abhängig. Die Komplexbildungskonstante legt fest, bei welcher Konzentration eines jeweiligen Additivs 34 eine Verbindung eingegangen wird. Ein quer zu der Transportrichtung 24 definierter Gradient 36 der Konzentration des Komplexbildners kann beispielsweise mittels Eintrag über die (diskreten) Einlässe 18 für das Trägermedium 20 als so genannter Stufengradient ausgebildet werden. Dadurch kann die Konzentration also in Richtung der Breite 29 ”gestuft” ausgebildet werden. 5 schematically shows another embodiment of the method for the separation of rare earths 32 , In the 5 this is done using at least one additive 34 , which in the present case is a so-called complexing agent. In doing so, the naturally very similar properties of the rare earths become 32 advantageously changed by introducing one or more of the complexing agents. The complexation of a rare earth 32 is of a complexing constant with a respective additive 34 dependent. The complexation constant determines at which concentration of a respective additive 34 a connection is made. A transverse to the transport direction 24 defined gradient 36 the concentration of the complexing agent can, for example, by means of entry on the (discrete) inlets 18 for the carrier medium 20 be trained as a so-called step gradient. This allows the concentration in the direction of the width 29 Be trained "stepped".

Alternativ kann der Gradient 36 mittels einer Berücksichtigung einer Wanderung des Komplexbildners in dem elektrischen Feld 31 im Wesentlichen stufenlos, also stetig, eingebracht werden. Die Bildung des Gradienten 36 kann alternativ oder ergänzend durch Erzeugen bzw. Einbringen eines pH-Gradienten unterstützt werden. Das Erzeugen bzw. Einbringen des pH-Gradienten kann erfindungsgemäß jedoch vorteilhaft auch ohne das Einbringen eines Komplexbildners durchgeführt werden, sofern dies eine Trennung der Seltenen Erden 32 begünstigt.Alternatively, the gradient 36 by considering a migration of the complexing agent in the electric field 31 essentially continuously, so steadily, be introduced. The formation of the gradient 36 may alternatively or additionally be assisted by generating or introducing a pH gradient. The generation or introduction of the pH gradient can be carried out according to the invention, however, advantageously without the introduction of a complexing agent, if this is a separation of the rare earths 32 favored.

In der 5 erfolgt das Einbringen der Ausgangsprobe 30 vorliegend durch den in der Zeichnung von rechts zweiten Einlass 18, wobei die Ausgangsprobe 30 vorzugsweise zuvor mit einem Anteil des Trägermediums 20 durchmischt wurde. In die in der Zeichnung linken vier Einlässe 18 wird das Trägermedium 20 eingebracht, wobei jeweils der Komplexbildner in einer mit von rechts nach links zunehmenden Konzentration zuvor eingemischt wurde. Ein Koordinatensystem in der Zeichnung oberhalb der besagten vier Einlässe 18 veranschaulicht diesen Vorgang. In dem äußerst rechten Einlass 18 wird ein Komplexzerstörer 35 eingebracht, welcher vorzugsweise zuvor mit einem Anteil des Trägermediums 20 durchmischt wurde.In the 5 the introduction of the starting sample takes place 30 in this case by the second inlet in the drawing from the right 18 , where the initial sample 30 preferably previously with a proportion of the carrier medium 20 was mixed. In the left in the drawing four inlets 18 becomes the carrier medium 20 introduced, wherein in each case the complexing agent was previously mixed in an increasing from right to left concentration. A coordinate system in the drawing above the said four inlets 18 illustrates this process. In the extreme right inlet 18 becomes a complex destroyer 35 introduced, which preferably before with a proportion of the carrier medium 20 was mixed.

Ein großes Hindernis während des Elektrophoreseprozesses kann eine Hydratisierung der Ionen sein. In einem wässrigen Milieu liegen die Ionen im Allgemeinen nicht frei vor, sondern werden von einer Solvathülle aus Lösemittelmolekülen umgeben und ähneln sich stark in ihrer Bewegung. Dieser Umstand kann durch die Verwendung diverser Komplexbildnerliganden beeinflusst werden. Als Komplexbildner kann unter anderem α-Iso-Butylbuttersäure verwendet werden. Weitere mögliche starke Komplexbildner sind EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) oder NTA (Nitrilotriessigsäure). Weitere mögliche schwache Komplexbildner sind Acetat oder Huminsäuren sowie andere organische Säuren.A major obstacle during the electrophoresis process may be hydration of the ions. In an aqueous medium, the ions are generally not free, but are surrounded by a solvation shell of solvent molecules and are very similar in their motion. This circumstance can be influenced by the use of various complexing agent ligands. Inter alia, α-isobutylbutyric acid can be used as complexing agent. Other possible strong complexing agents are EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) or NTA (nitrilotriacetic acid). Other possible weak complexing agents are acetate or humic acids as well as other organic acids.

Je nach einer Zusammensetzung der Ausgangsprobe 30 können die Komplexbildner auf unterschiedliche Weise mit der Ausgangsprobe 30 zusammengemischt bzw. in die Ausgangsprobe 30 und/oder in das Trägermedium 20 eingebracht werden. Bei Ionen, die eine starke Bindung mit dem Komplexbildner eingehen, können die Liganden vor einer Behandlung mit der trägerfreien, kontinuierlichen Elektrophorese hinzugefügt werden. Die komplexierten Ionen weisen somit frühzeitig ihre spezifischen Eigenschaften auf und unterscheiden sich so von den anderen Ionen. Bei welcher Konzentration ein Komplexbildner an das Kation bindet, ist stark von der Komplexierungskonstante der jeweiligen Ionenart abhängig. Durch die beschriebene Zumischung eines Liganden in die Ausgangsprobe 30 ist nur eine einzige jeweilige Konzentration des Liganden möglich.Depending on a composition of the original sample 30 The complexing agents can be mixed with the original sample in different ways 30 mixed together or in the original sample 30 and / or in the carrier medium 20 be introduced. For ions that bind strongly to the complexing agent, the ligands can be added prior to treatment with the carrier-free, continuous electrophoresis. The Complexed ions thus show their specific properties at an early stage and thus differ from the other ions. At which concentration a complexing agent binds to the cation is strongly dependent on the complexing constant of the respective ion species. By the described admixture of a ligand in the starting sample 30 Only a single concentration of the ligand is possible.

Durch die oben beschriebene Bildung des Gradienten 36 des Komplexbildners quer zu der Transportrichtung 24 sind mehrere Konzentrationen gleichzeitig möglich. Über die Einlässe 18 können verschiedenartige Lösungen – auch gleichzeitig – in die Kammer eingetragen werden. Vorzugsweise erfolgt dies derart, dass eine jeweilige Konzentration der Lösung quer zu der Transportrichtung 24 in Richtung auf eine das elektrische Feld 31 erzeugende Kathode ansteigt. Die unbehandelte Ausgangsprobe 30 wird vorzugsweise an einer Anodenseite eingebracht. Während die Ionen der Ausgangsprobe 30 zur Kathode hin wandern, wandern sie gleichzeitig durch den Komplexbildnergradienten. Je nach der Komplexbildungskonstante des Kations wird der Komplex durch eine metallische Bindung nach außen hin neutralisiert und in der Komplexkonzentration gebunden.By the formation of the gradient described above 36 the complexing agent transverse to the transport direction 24 Several concentrations are possible at the same time. About the inlets 18 Different solutions can be entered into the chamber - also at the same time. Preferably, this is done such that a respective concentration of the solution transverse to the transport direction 24 towards the electric field 31 generating cathode increases. The untreated starting sample 30 is preferably introduced on an anode side. While the ions of the original sample 30 Towards the cathode, they simultaneously migrate through the complexing agent gradient. Depending on the complexation constant of the cation, the complex is neutralized by a metallic bond to the outside and bound in the complex concentration.

6 zeigt eine weitere Ausführungsform für das Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden 32, vorliegend unter Verwendung von einer Isotachophorese. Dabei erfolgt die Trennung der Seltenen Erden 32 im Wesentlichen aufgrund einer verschiedenen elektrophoretischen Mobilität (Beweglichkeit) der Ionen. Das Verfahren wird dazu in einem diskontinuierlichen Puffersystem durchgeführt. Die Kationen bewegen sich zwischen einem so genannten Leitelektrolyt (engl. ”leading electrolyte”; L+) mit einer vergleichsweise hohen Mobilität und dem so genannten Endelektrolyt (tailing electrolyte; T+) mit einer vergleichsweise geringen Mobilität. Die verschiedenen Lanthanide werden dabei entsprechend ihrer jeweiligen Beweglichkeit getrennt und bilden Schichten aus. 6 shows a further embodiment of the method for the separation of rare earths 32 , present using isotachophoresis. The separation of the rare earths takes place 32 essentially due to a different electrophoretic mobility (mobility) of the ions. The process is carried out in a discontinuous buffer system. The cations move between a so-called "leading electrolyte" (L +) with a comparatively high mobility and the so-called tail electrolyte (T +) with a comparatively low mobility. The different lanthanides are separated according to their respective mobility and form layers.

Das Kation mit der höchsten Beweglichkeit folgt direkt dem Leitelektrolyt, das Molekül mit der geringsten Beweglichkeit wandert vor dem Endelektrolyt. Durch diese Trennweise werden die verschiedenen Stoffe in kleinen Volumina und in einer vergleichsweise kurzen Zeit aufgetrennt.The cation with the highest mobility follows directly the guide electrolyte, the molecule with the least mobility migrates in front of the final electrolyte. By this separation, the various substances are separated in small volumes and in a relatively short time.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Trennung von Seltenen Erden 32 mittels einer Isotachophorese. Im Unterschied zu der Ausführungsform von 6 wird die Ausgangsprobe 30 nicht an dem separaten Probeneinlass 28, sondern an einem der Einlässe 18 durchgeführt. Vorliegend ist dies der in der Zeichnung zweite Einlass 18 von rechts. 7 shows a further embodiment of the method for the separation of rare earths 32 by means of an isotachophoresis. Unlike the embodiment of 6 becomes the initial sample 30 not at the separate sample inlet 28 but at one of the inlets 18 carried out. In the present case, this is the second inlet in the drawing 18 from the right.

8 zeigt ein Flussdiagramm zur Durchführung des Verfahrens zur Gewinnung und/oder zur Trennung und/oder zur Reinigung von Seltenen Erden 32, wobei auf die Ausgangsprobe 30 eine trägerfreie kontinuierliche Elektrophorese angewendet wird. Vorzugsweise erfolgt dies mittels der Vorrichtung 10, wie es in den obigen 1 bis 7 bereits gezeigt wurde. 8th shows a flow chart for performing the method for obtaining and / or for the separation and / or purification of rare earths 32 , being based on the original sample 30 a carrier-free continuous electrophoresis is applied. This is preferably done by means of the device 10 as stated in the above 1 to 7 has already been shown.

In einem Startblock 50 beginnt die in der 8 dargestellte Prozedur. In einem folgenden Block 52 wird mindestens ein Additiv 34 in das Trägermedium 20 eingebracht und mit diesem durchmischt. Ebenso wird die Ausgangsprobe 30 durchmischt. In einem folgenden Block 54 wird eine Spannung an die Elektroden 14 und 16 angelegt, wodurch das elektrische Feld 31 erzeugt wird.In a starting block 50 starts in the 8th presented procedure. In a following block 52 will be at least one additive 34 in the carrier medium 20 introduced and mixed with this. Likewise, the initial sample 30 mixed. In a following block 54 will apply a voltage to the electrodes 14 and 16 created, causing the electric field 31 is produced.

In einem folgenden Block 56 wird das durchmischte Trägermedium 20 mittels der Einlässe 18 in die Vorrichtung 10 kontinuierlich eingebracht. Ebenso wird die Ausgangsprobe 30 in den Probeneinlass 28 kontinuierlich eingebracht. Ein hydraulischer Druck an den Einlässen 18 und dem Probeneinlass 28 ist zumindest geringfügig größer als ein hydraulischer Druck an den Auslässen 22.In a following block 56 becomes the mixed carrier medium 20 by means of the inlets 18 into the device 10 introduced continuously. Likewise, the initial sample 30 in the sample inlet 28 introduced continuously. A hydraulic pressure at the inlets 18 and the sample inlet 28 is at least slightly greater than a hydraulic pressure at the outlets 22 ,

In einem folgenden Block 58 wird das aus dem mit dem Additiv 34 durchmischten Trägermedium 20 und der Ausgangsprobe 30 gebildete flüssige Medium 26 in der Transportrichtung 24 transportiert, wobei das elektrische Feld 31 im Wesentlichen quer zu der Transportrichtung 24 durch das flüssige Medium 26 geführt wird.In a following block 58 this will be the one with the additive 34 mixed carrier medium 20 and the original sample 30 formed liquid medium 26 in the transport direction 24 transported, the electric field 31 essentially transversely to the transport direction 24 through the liquid medium 26 to be led.

In einem folgenden Block 60 werden nach Durchfließen der in der Transportrichtung 24 definierten Transportstrecke, die in der Ausgangsprobe 30 enthaltenen verschiedenen Seltenen Erden 32 in einem jeweiligen Auslass 22 spezifisch gesammelt.In a following block 60 after flowing through in the transport direction 24 defined transport route, in the initial sample 30 contained various rare earths 32 in a respective outlet 22 specifically collected.

In einem folgenden Block 62 wird mittels der Auslässe 22 eine mindestens teilweise Sammlung des Trägermediums 20 und/oder des mindestens einen Additivs 34 mittels jeweils mindestens eines Auslasses 22 durchgeführt. In einem folgenden Block 64 wird das gesammelte Trägermedium 20 und/oder das gesammelte mindestens eine Additiv 34 mittels in der quer zu der Transportrichtung 24 definierten Breite 29 verteilt angeordneter Einlässe 18 für das Trägermedium 20 und/oder mittels in der Breite 29 verteilt angeordneter zusätzlicher Einlässe 18 für das mindestens eine Additiv 34 erneut in das Trägermedium 20 eingebracht.In a following block 62 is by means of the outlets 22 an at least partial collection of the carrier medium 20 and / or the at least one additive 34 by means of at least one outlet 22 carried out. In a following block 64 becomes the collected carrier medium 20 and / or the collected at least one additive 34 by means in the direction transverse to the transport direction 24 defined width 29 distributed inlets 18 for the carrier medium 20 and / or by means of in width 29 distributed additional inlets 18 for the at least one additive 34 again in the carrier medium 20 brought in.

In einem Endeblock 66 endet die dargestellte Prozedur. Eine gestrichelte Linie (ohne Bezugszeichen) deutet die Kontinuität des Verfahrens an.In an endblock 66 the presented procedure ends. A dashed line (without reference numeral) indicates the continuity of the method.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Gupta, CK Krishnamurthy, N. (2005) Extractive Metallurgy of Rare Earths, ISBN 0-415-33340-7, CRC Press " [0004]

Claims

Process for the extraction and / or separation and / or purification of rare earths ( 32 ), characterized in that an initial sample ( 30 ) of the rare earths ( 32 ) a carrier-free continuous electrophoresis is applied so that the starting sample ( 30 ) in a transport direction ( 24 ) flowing carrier medium ( 20 ) is introduced, that a stream of the carrier medium ( 20 ) transversely to the transport direction ( 24 ) a width ( 29 ), that substantially transversely to the transport direction ( 24 ) an electric field ( 31 ) by one from the original sample ( 30 ) and the carrier medium ( 20 ) formed liquid medium ( 26 ) is guided, and that after flowing through a in the transport direction ( 24 ) defined transport path, at least a partial flow of the medium, which is a rare earth ( 32 ) is enriched at an outlet ( 22 ) is deducted.

A method according to claim 1, characterized in that it is carried out by means of a zone electrophoresis or isotachophoresis.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the starting sample ( 30 ) into the carrier medium ( 20 ) is introduced laterally or approximately centrally.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one additive ( 34 ) into the carrier medium ( 20 ) is introduced.

Method according to claim 4, characterized in that the at least one additive ( 34 ) is a complexing agent.

A method according to claim 5, characterized in that the at least one complexing agent is an α-isobutylbutyric acid, an ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA, a nitrilotriacetic acid, NTA, an acetate, a humic acid and / or an organic acid.

Method according to claim 4, characterized in that the at least one additive ( 34 ) a complex destroyer ( 35 ).

Method according to at least one of claims 4 to 7, characterized in that the at least one additive ( 34 ) in terms of width ( 29 ) of the stream of the carrier medium ( 20 ) is introduced in different concentrations.

A method according to claim 8, characterized in that the different concentrations are generated stepwise, wherein different concentrations and / or different amounts of the additive ( 34 ) by means in the direction of the width ( 29 ) distributed inlets ( 18 ) for the carrier medium ( 20 ) and / or by means in the direction of the width ( 29 ) distributed additional inlets ( 18 ) for the at least one additive ( 34 ) into the carrier medium ( 20 ) are introduced.

A method according to claim 8 or 9, characterized in that the different concentrations are generated continuously, wherein a migration of the at least one additive ( 34 ) in the electric field ( 31 ) is exploited.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least a partial stream of the carrier medium ( 20 ) and / or the at least one additive ( 34 ) at least one outlet ( 22 ) and that the withdrawn carrier medium ( 20 ) and / or the withdrawn at least one additive ( 34 ) by means of transverse to the transport direction ( 24 ) distributed inlets ( 18 ) for the carrier medium ( 20 ) and / or transverse to the transport direction ( 24 ) distributed additional inlets ( 18 ) for the at least one additive ( 34 ) again into the carrier medium ( 20 ) is introduced.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the starting sample ( 30 ) comprises an aqueous or a nonaqueous medium.

Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the starting sample ( 30 ) before introduction into the carrier medium ( 20 ), and / or that the carrier medium ( 20 ) is mixed before introduction, and / or that an additive ( 34 ) before introduction into the carrier medium ( 20 ) is mixed.

Contraption ( 10 ), which is adapted to rare earths ( 32 ) and / or to separate and / or to clean, characterized in that it is further adapted to a carrier-free continuous electrophoresis on a starting sample ( 30 ) with at least one rare earth ( 32 ) and that it is further prepared to use the original sample ( 30 ) in a transport direction ( 24 ) flowing carrier medium ( 20 ), and that it is further adapted to be substantially transversely to the transport direction ( 24 ) an electric field ( 31 ) by one from the original sample ( 30 ) and the carrier medium ( 20 ) formed liquid medium ( 26 ), and that it is further adapted, after flowing through one in the transport direction ( 24 ) defined transport path at least one rare earth ( 32 ) by means of at least one outlet ( 22 ) to collect.

Contraption ( 10 ) according to claim 14, characterized in that at least a portion of the device ( 10 ), in which the electric field ( 31 ) through the liquid medium ( 26 ), comprises at least one ion-selective membrane.

Contraption ( 10 ) according to at least one of claims 14 or 15, characterized in that it comprises at least one pair of the electric field ( 31 ) generating electrodes ( 14 . 16 ) and that it provides a vent for at least one electrode ( 14 . 16 ) has surrounding space portion.

Contraption ( 10 ) according to at least one of claims 14 to 16, characterized in that it is designed to contain at least one additive ( 34 ) with respect to a direction transverse to the transport direction ( 24 ) defined width ( 29 ) in different concentrations.

Contraption ( 10 ) according to at least one of claims 14 to 17, characterized in that it is adapted to the electric field ( 31 ) with in the transport direction ( 24 ) to produce different sized electric field strengths.

Contraption ( 10 ) according to at least one of claims 14 to 18, characterized in that it comprises a plurality of individual devices ( 10 ' ) for carrying out the method, which are arranged functionally parallel.

Contraption ( 10 ) according to at least one of claims 14 to 19, characterized in that it comprises a plurality of individual devices ( 10 ' ) for performing the method, which are functionally cascaded, each of the individual devices ( 10 ' ) at least one specific rare earth ( 32 ) collects.