En d'autres termes, l'échange d'ions est l'émission et la réception d'ions entre un matériau d'échange d'ions et un liquide de traitement. Il se produit lorsque le liquide de traitement s'écoule à travers le matériau échangeur d'ions. Des ions mobiles sur le matériau d'échange d'ions sont échangés avec des ions dans le fluide de traitement. Dans les applications d'échange d'ions de La Habra Welding, le matériau d'échange d'ions est une matrice de copolymère activé constituée de perles poreuses (résine) et le fluide de traitement est des eaux usées du système de finition.

Les échangeurs d'ions typiques sont des résines échangeuses d'ions (polymères poreux ou gelés fonctionnalisés), des zéolites, de la montmorillonite, de l'argile et de l'humus du sol. Les échangeurs d'ions sont soit des échangeurs de cations qui échangent des ions chargés positivement (cations) soit des échangeurs d'anions qui échangent des ions chargés négativement (anions). Il existe également des échangeurs amphotères capables d'échanger simultanément les cations et les anions. Cependant, l'échange simultané de cations et d'anions peut être réalisé plus efficacement dans des lits mixtes qui contiennent un mélange d'anions et de résines échangeuses de cations, ou en passant la solution traitée à travers différents matériaux d'échange d'ions différents.

Les échangeurs d'ions peuvent être non sélectifs ou avoir des préférences de liaison pour certains ions ou classes d'ions, en fonction de leur structure chimique. Cela peut dépendre de la taille des ions, de leur charge ou de leur structure. Des exemples typiques d'ions qui peuvent se lier aux échangeurs d'ions sont:
            * H + (proton) et OH- (hydroxyde);
            * Les ions monatomiques à charge unique comme Na +, K + et Cl-
            * Les ions monatomiques à double charge comme Ca2 + et Mg2 +;
            * Les ions inorganiques polyatomiques comme SO42- et PO43-;
            * Des bases organiques, habituellement des molécules contenant le groupe fonctionnel amino -NR2H +;
            * Les acides organiques, souvent des molécules contenant des groupes fonctionnels -COO- (acide carboxylique);
            * Biomolécules ionisables: acides aminés, peptides, protéines, etc.

Échange d'ions dans la séparation des métaux
Les procédés d'échange d'ions sont utilisés pour séparer et purifier les métaux, y compris la séparation de l'uranium du plutonium et d'autres actinides, y compris le thorium; Et le lanthane, le néodyme, l'ytterbium, le samarium, le lutétium, l'un de l'autre et les autres lanthanides. Il existe deux séries de métaux des terres rares, les lanthanides et les actinides. Les membres de chaque famille ont des propriétés chimiques et physiques très semblables. L'échange d'ions a été pendant de nombreuses années le seul moyen pratique de séparer les terres rares en grandes quantités. Cette application a été développée dans les années 1940 par Frank Spedding. Par la suite, l'extraction par solvant a surtout supplanté l'utilisation de résines échangeuses d'ions, sauf pour les produits de pureté maximale.

Un cas très important est le procédé PUREX (procédé d'extraction de plutonium et d'uranium) qui sert à séparer le plutonium et l'uranium des produits de combustible usé d'un réacteur nucléaire et à pouvoir éliminer les déchets. Alors, le plutonium et l'uranium sont disponibles pour fabriquer des matériaux d'énergie nucléaire, tels que le combustible de réacteur et les armes nucléaires.
Les perles d'échange d'ions sont également un composant essentiel dans l'extraction de l'uranium in situ. La récupération in situ implique l'extraction d'eau contenant de l'uranium (classement aussi bas que 0,05% U3O8) à travers des forages. La solution d'uranium extraite est ensuite filtrée à travers les billes de résine. Grâce à un procédé d'échange d'ions, les perles de résine attirent l'uranium de la solution. Les résines chargées d'uranium sont ensuite transportées vers une usine de traitement, où U3O8 est séparé des perles de résine et le gâteau jaune est produit. Les perles de résine peuvent ensuite être renvoyées dans l'échangeur d'ions où elles sont réutilisées.

Le procédé d'échange d'ions est également utilisé pour séparer d'autres ensembles d'éléments chimiques très semblables, tels que le zirconium et l'hafnium, qui est incidemment aussi très important pour l'industrie nucléaire. Le zirconium est pratiquement transparent aux neutrons libres, utilisé dans les réacteurs de construction, mais l'hafnium est un très fort absorbeur de neutrons, utilisé dans les barres de contrôle du réacteur.

Résine échangeuse d'ions

Une résine échangeuse d'ions ou un polymère échangeur d'ions est une matrice insoluble (ou structure de support) normalement sous la forme de petites billes (0,5-1 mm de diamètre), habituellement blanches ou jaunâtres, fabriquées à partir d'un substrat de polymère organique. Les perles sont typiquement poreuses, fournissant une surface spécifique élevée. Le piégeage des ions se produit avec la libération concomitante d'autres ions; Donc le processus est appelé échange d'ions. Il existe plusieurs types de résine échangeuse d'ions. Les résines les plus commerciales sont faites de polystyrène sulfonate.

Les résines échangeuses d'ions sont largement utilisées dans différents procédés de séparation, de purification et de décontamination. Les exemples les plus courants sont l'adoucissement de l'eau et la purification de l'eau. Dans de nombreux cas, des résines échangeuses d'ions ont été introduites dans de tels procédés comme une alternative plus souple à l'utilisation de zéolithes naturelles ou artificielles. En outre, les résines échangeuses d'ions sont très efficaces dans le procédé de filtration du biodiesel.

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