Nd(III)/Dy(III) Ayrımı İçin Kimya Kılavuzlu Bir Çerçeveye Doğru: Hidrometalurji, İyonik Sıvılar ve Derin Ötektik Çözücülerin Entegrasyonu

Creative Commons License

Pişkin M., Yağımlı M.

Journal of the Turkish Chemical Society, Section A: Chemistry, cilt.2026, sa.2, ss.1-10, 2026 (Scopus, TRDizin)

Özet

Nadir toprak elementleri (REE'ler), özellikle neodim (Nd) ve disprosyum (Dy), kalıcı mıknatıslar, elektrikli araçlar, rüzgar enerjisi teknolojileri ve diğer gelişmiş enerji sistemleri için vazgeçilmezdir. Bununla birlikte, Nd(III) ve Dy(III)'ün verimli bir şekilde ayrılması, birbirine çok benzeyen fizikokimyasal özellikleri, güçlü hidrasyonları ve karşılaştırılabilir koordinasyon davranışları nedeniyle hidrometalurjideki en kalıcı zorluklardan biri olmaya devam etmektedir; bu durum, geleneksel çözücü ekstraksiyon süreçlerinin seçiciliğini temelden sınırlamaktadır. Bu inceleme, geleneksel hidrometalurjik prensipleri, iyonik sıvılar (IL'ler) ve derin ötektik çözücüler (DES'ler), özellikle hidrofobik derin ötektik çözücüler (HDES'ler) dahil olmak üzere yeni ortaya çıkan yeşil çözücü sistemleriyle entegre ederek sürdürülebilir Nd(III)/Dy(III) ayrımındaki son gelişmeleri eleştirel bir şekilde değerlendirmektedir. Özellikle, hidrasyon termodinamiği, arayüzey dehidrasyonu, iyon eşleşmesi, hidrojen bağı organizasyonu, çözücü yapılandırması ve koordinasyon stabilizasyonu dahil olmak üzere lantanit ayrımını yöneten moleküler mekanizmalara vurgu yapılmaktadır. Esas olarak ekstraksiyon verimliliklerini ve çözücü bileşimlerini özetleyen geleneksel tanımlayıcı incelemelerin aksine, bu inceleme, Nd(III)/Dy(III) çözücü ekstraksiyonunu hidrasyon termodinamiği, arayüzey dehidrasyonu ve koordinasyon kimyasını içeren sıralı ve enerjik olarak eşleştirilmiş bir süreç olarak yorumlayan, kimya odaklı kavramsal bir çerçeve önermektedir. Çözücü yapısını ve moleküler düzeydeki etkileşimleri makroskopik ekstraksiyon performansı ile açıkça ilişkilendirerek, önerilen çerçeve, geleneksel ve yeni ortaya çıkan çözücü sistemlerinde seçici Nd(III)/Dy(III) ayrımını anlamak ve rasyonel olarak tasarlamak için birleşik bir mekanistik temel oluşturmaktadır. İnceleme ayrıca, özellikle arayüzey enerjisi, geçici koordinasyon süreçleri, çözücü yapılandırma etkileri ve tahmine dayalı termodinamik modelleme ile ilgili temel bilgi boşluklarını da belirlemektedir. Son olarak, çevresel olarak sürdürülebilir, mekanizma odaklı nadir toprak elementleri ayırma teknolojilerinin rasyonel tasarımını ve ikincil kaynaklardan kritik elementlerin verimli bir şekilde geri kazanımını desteklemek için gelecekteki araştırma yönleri tartışılmaktadır.

Rare earth elements (REEs), particularly neodymium (Nd) and dysprosium (Dy), are indispensable for permanent magnets, electric vehicles, wind energy technologies, and other advanced energy systems. However, the efficient separation of Nd(III) and Dy(III) remains one of the most persistent challenges in hydrometallurgy because of their closely similar physicochemical properties, strong hydration, and comparable coordination behavior, which fundamentally limit the selectivity of conventional solvent extraction processes.  This review critically evaluates recent advances in sustainable Nd(III)/Dy(III) separation by integrating conventional hydrometallurgical principles with emerging green solvent systems, including ionic liquids (ILs) and deep eutectic solvents (DESs), particularly hydrophobic deep eutectic solvents (HDESs). Particular emphasis is placed on the molecular mechanisms governing lanthanide separation, including hydration thermodynamics, interfacial dehydration, ion pairing, hydrogen-bond organization, solvent structuring, and coordination stabilization. Unlike conventional descriptive reviews that primarily summarize extraction efficiencies and solvent compositions, this review proposes a chemistry-guided conceptual framework that interprets Nd(III)/Dy(III) solvent extraction as a sequential and energetically coupled process involving hydration thermodynamics, interfacial dehydration, and coordination chemistry. By explicitly linking solvent structure and molecular-level interactions with macroscopic extraction performance, the proposed framework establishes a unified mechanistic basis for understanding and rationally designing selective Nd(III)/Dy(III) separation across conventional and emerging solvent systems. The review also identifies key knowledge gaps, particularly regarding interfacial energetics, transient coordination processes, solvent structuring effects, and predictive thermodynamic modeling. Finally, future research directions are discussed to support the rational design of environmentally sustainable, mechanism-driven rare-earth separation technologies and the efficient recovery of critical elements from secondary resources.