En pocas palabras, el intercambio iónico es la entrega y recepción de iones entre un material de intercambio iónico y un líquido de proceso. Se produce cuando el líquido del proceso fluye a través del material de intercambio iónico. Los iones móviles sobre el material de intercambio de iones se intercambian con iones en el fluido de proceso. En las aplicaciones de intercambio iónico de La Habra Welding, el material de intercambio iónico es una matriz de copolímero activado constituida por perlas porosas (resina) y el fluido de proceso es el agua residual del sistema de acabado.

Los intercambiadores de iones típicos son resinas de intercambio iónico (polímero poroso o gelificado funcionalizado), zeolitas, montmorillonita, arcilla y humus del suelo. Los intercambiadores de iones son intercambiadores de cationes que intercambian iones cargados positivamente (cationes) o intercambiadores de aniones que intercambian iones cargados negativamente (aniones). También hay intercambiadores anfóteros que son capaces de intercambiar simultáneamente cationes y aniones. Sin embargo, el intercambio simultáneo de cationes y aniones puede realizarse más eficazmente en lechos mixtos que contienen una mezcla de aniones y resinas de intercambio catiónico, o pasar la solución tratada a través de diferentes materiales de intercambio iónico.

Los intercambiadores de iones pueden ser no selectivos o tienen preferencias de unión para ciertos iones o clases de iones, dependiendo de su estructura química. Esto puede depender del tamaño de los iones, su carga o su estructura. Ejemplos típicos de iones que pueden unirse a intercambiadores de iones son:
* H + (protón) e OH- (hidróxido);
            * Iones monoatómicos de carga única como Na +, K + y Cl-
            * Iones monatomicos doble carga como Ca2 + y Mg2 +,
            * Iones inorgánicos poliatómicos como SO42- y PO43-;
            * Bases orgánicas, usualmente moléculas que contienen el grupo funcional amino -NR2H +;
            * Ácidos orgánicos, a menudo moléculas que contienen grupos funcionales -COO- (ácido carboxílico);
            * Biomoléculas que pueden ser ionizadas: aminoácidos, péptidos, proteínas, etc.

Intercambio de iones en separación de metales
Los procesos de intercambio iónico se utilizan para separar y purificar metales, incluyendo la separación del uranio del plutonio y otros actínidos, incluyendo el torio; Y el lantano, el neodimio, el iterbio, el samario, el lutecio, entre sí y los otros lantánidos. Hay dos series de metales de tierras raras, los lantánidos y los actinides. Los miembros de cada familia tienen propiedades químicas y físicas muy similares. El intercambio iónico fue durante muchos años la única forma práctica de separar las tierras raras en grandes cantidades. Esta aplicación fue desarrollada en la década de 1940 por Frank Spedding. Posteriormente, la extracción con disolvente ha suplantado en su mayoría el uso de resinas de intercambio iónico excepto para los productos de mayor pureza.

Un caso muy importante es el proceso PUREX (proceso de extracción de plutonio-uranio) que se utiliza para separar el plutonio y el uranio de los productos de combustible gastado de un reactor nuclear y para poder disponer de los residuos. Entonces, el plutonio y el uranio están disponibles para fabricar materiales de energía nuclear, como combustible de reactores nuevos y armas nucleares.

Las perlas de intercambio iónico son también un componente esencial en la minería in situ de uranio por lixiviación. La recuperación in situ implica la extracción de agua que contiene uranio (con un grado tan bajo como 0,05% de U3O8) a través de perforaciones. La solución de uranio extraída se filtra a continuación a través de las perlas de resina. A través de un proceso de intercambio iónico, las perlas de resina atraen el uranio de la solución. Las resinas cargadas de uranio se transportan entonces a una planta de procesamiento, donde se separa U3O8 de las perlas de resina y se produce la torta amarilla. Las perlas de resina pueden ser devueltas a la instalación de intercambio iónico donde se reutilizan.

El proceso de intercambio iónico también se utiliza para separar otros conjuntos de elementos químicos muy similares, tales como zirconio y hafnio, que incidentalmente es también muy importante para la industria nuclear. El circonio es prácticamente transparente a los neutrones libres, utilizados en los reactores de construcción, pero el hafnio es un absorbente muy fuerte de neutrones, utilizado en las barras de control del reactor.

Resina de intercambio iónico

Una resina de intercambio iónico o polímero de intercambio iónico es una matriz insoluble (o estructura de soporte) normalmente en forma de pequeñas perlas (0,5-1 mm de diámetro), usualmente blancas o amarillentas, fabricadas a partir de un sustrato de polímero orgánico. Las perlas son típicamente porosas, proporcionando una superficie elevada. La captura de iones ocurre con la liberación concomitante de otros iones; Por lo que el proceso se llama intercambio iónico. Hay varios tipos de resina de intercambio iónico. Las resinas más comerciales están hechas de sulfonato de poliestireno.

Las resinas de intercambio iónico son ampliamente utilizadas en diferentes procesos de separación, purificación y descontaminación. Los ejemplos más comunes son el ablandamiento del agua y la purificación del agua. En muchos casos se introdujeron resinas de intercambio iónico en tales procedimientos como una alternativa más flexible al uso de zeolitas naturales o artificiales. Además, las resinas de intercambio iónico son muy eficaces en el proceso de filtración de biodiesel.

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