Prosiding Presenta,ri Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir PEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
ISSN 1410-1998
FIKSASI MOLIBDENUM DARI LARUTAN PELINDIAN BIJIH URANIUM DENGAN KARBON AKTIF Mainar S., Guswita.A., Emi.R.A., Susilaningtyas Pu~\t PengembanganBahan Galian Nuklir
ABSTRAK FIKSASI MOLIBDENUM DARI LARUTAN PELINDIAN Burn URANIUM DENGAN KARBON AKTIF.Telah dilakukan penelitian fiksasi Mo dati larutan basil pelindian bijih U dengan menggW1akankarbon aktif denganmetodebulk daIl diaduk lmtuk menghilallgkan/mengurangi molibdenumdalam larutan. h1ikarena Mo berpengaruhpadaprosespemllffiiall U dengallresin penukar ion atau ekstraksi pelarut. Prosesfiksasi dipengaruhi oleh beberapaparameter,diantaranyaluas pennukaanbutir karbon aktif, diameterpori, perbandinganberat karbon aktif denganvolumelarutan,dan waktukontak. Hasil penelitiallmenmljukkan ballwa pada kondisi 4 gr karbon! 100 mllarutan denganukllran butir 0,85 -1,18 mm, daIl waktu kontak 6 jam, Mo difiksasi sebanyak:l:0.50 mmol dan U yang ikut difiksasi sebanyak:f:0,026 lnmol dalam larutan yang mengandungMo :f: 0,56 m mol dan U :f: 0,25 m mol. Larutan umpan yang mengalldungRE tinggi menunll1kanfiksasi Mo oleh karbon, sehinggapernakaian karbon aktif untuk memisa11kall Mo dari lanltan basil digesti bijih Rirallg kurallg efektif dimana Mo difiksasi :f: 34,5%.
ABSTACT FIXATION OF Mo IN URANlllM LEACH LIQUORBY ACTIVATEDCARBON.The use of activated carbonfor Mo fixation by bulk systemis reported..\'everal factors influencing the fixation process were examined,including contact time, carbon particle size, carbon porosity and the effect of other elementspresent in Mo containing solutions. Experimentaldata showedthat an adsorption eguilibrium ofMo on 4 gr of activated carbon and 0,85 to I, 18 mm of carbon particle size underforced-convectionmass transfer in 100 ml solution that contains:t 0,56 m molofMo and :to,25 m mol ofU was reachedafter 6 hoursperiod. LInderthoseconditions,about 0,50 m molofMo and 0,026 m mol ofU were adsorbed into the carbon.High concentration of rare earth elementsdecreasedMo adsorption,hence,the use of activatedcarbon wasnot effectiveto separateMo from the digestion liquor ofRirang ore whereMo wasadsorbedinto the carbon:t 34,5 %.
PENDAHULUAN Bijih uranium asal Rirang selain mengandung uranium juga mengandung molibdenum. Susunan unsur dalam bijih Rirang adalah sebagai berikut: U = 0,52 0/0,RE = 63,04%; Mo = 0,24 % dan Th = 0,02 % I Pelindian dengan asam sulfat untuk melarutkan uranium dc'1ri bijihnya akan melarutkan semua unsur-unsur yang mudah larut dalam asam sulfat termasuk molibdenum. Semua unsur -unsur terlarut tersebut merupa-kan
pengotor terhadap konsentrat uranium yang dihasilkan. Oleh karena itu, larutan basil pel indian bijih uranium barns dimurnikan. Molibdenum dalam asam sulfat membentuk kompleks anion molibdo sulfat MoO2(SO4h-4yang sarna dengan kompleks anion uranil sulfat UO2(SO4)3-4. Jika larutan basil pel indian bijih uranium dimumikan dengan resin penukar ion, maka ion kompleks molibdo sulfat daD uranil sulfat akan bersaing untuk diikat oleh resin penukar ion. Ion kompleks molibdo sulfat akan terikat lebih kuat dati pada ion kompleks uranil sulfat, karena afinitasnya lebih beSc'1r. Ketika dilakukan elusi yaitu proses untllk melepaskan
kembali ion kompleks uranil, ion kompleks molibdo tetc1pterikat pada resin. Jika proses ini berjalan lebih Ianjut, maka selanjutnya resin akan jenuh dengan ion kompleks molibdo sulfat,sehingga resin tidak dapat mengikat ion kompleks uranil sulfat. Oleh karena itu jumlah molibdenum dalam larutan basil pelindian bijih uranium barns dihilangkan/dikurangi. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan memfiksasi molibdenum dengan karbon aktif. Fiks.1Siadalah penyerapansenyawa oleh karbon aktif yang dapat dilakukan dengan metode bulk daD aliran. Penelitian dengan metode bulk dilakukan dengan cara merendam karbon aktif dalam larutan umpan daD diaduk selama waktu tertentu. Karbon aktif yang digunakan buatan pabrik HYCAB -Australia. Proses fiksasi dipengaruhioleh beberapaparameter,diantaranya luas pennukaanbutir karbon aktif, diameter pori, perbandinganberat kc1rbonaktif dengan volume larutan, daD waktu koDiak. Pengamatan penelitian meliputi: 1. ukuran butir karbon aktif, 2. perbandingan berat karbon dengan volume larutan,3. waktu kontak karbon denganlarutan umpan, dan 4.pengguna::mlarutan basil proses
29
Prosiding Presentasi llmiah Dour Bahan Bakar Nuklir PEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
fiksasi untuk umpan pada pemurnian uranium dengan resin penukar ion.
BAHAN DAN ALA T
TEORI Karbon aktif adalah senyawaorganik yang dibuat dengancara karbonisasidari bahan dasar batubara, batok kelapa , daD kayo. Proseskarbonisasi meliputi dehidrasi bahan dasar, karbonisasi ,atau mengubah bahan dasar ke bentuk campuran amorf dan kristal karbon, dan selanjutnya bahan itu diaktifasi dengan cara dibakar denganbahan sepertiuap air atau karbon dioksida (CO2), sehingga terbentuk basil akhir yang berpori. Hasil yang diperolehdenganproses ini terutama adalahkarbon dengansedikit bahan lain yang ada dalam bahan dasar, juga mempunyai gugus fungsional yang mengandung oksigen sebagai basil proses aktivasi. Bagian dalam dari butir karbon sangat berpori yang terdiri dari makropori dengan diameter pori 1000 A, mikro pori dengan diameter pori 10 2000 A, dan pori dengan diameter <10 A yang umumnyatidak dapat dimasuki oleh molekul zat terlarut. Distribusi ukuran pori sebagian besar merupakanfungsi dari prosesfabrikasi. Luas permukaanluar total adalahantara 500- 1000m2/gr. Daya serap karbon aktif terutama merupakan fungsi dari bentuk stuktur pori atausetaradengan luas permukaan pada produk akhir dari proses karbonisasi.3 Proses fiksasi molibdenum oleh karbon aktif merupakan serapan secaraelektrostatis yang umumnya berasal dari daya tarik kolombik antara ion daD muat.1n gugus ftmgsional. 3 Kapasitas fiksasi berkaitan dengan luas permukaan, ukuran molekul zat terlarut dan diameter pori.Kinetika fiksasi adalah sebagai berikut: tahap pertama molekul yang difiksasi akan berpindah dari cairan ke permukaan luar butir karbon, sehingga terjadi lapisan tipis pada permukaan butir karbon (boundary layer). Tahap kedua molekul yang difiksasi akan berpindah dari bagian loaf butir ke tempat fiksasi melalui pori. Pada t.1hap ketiga, dalam waktu yang sarna dcngnn tahap kedua pada waktu proses perpindahan berlangsung, molckul difiksasi d:1n dipcgang olch pcfJl1ukfu1n. 3 Pada makalah ini diameter pori daD ukuran molekul L1t terlarut dianggap paramel.cr tet:1p, karena larutan dan karbon yang dipakai 5<1ma. Scbag:1i parameter pcrubah yang analog dengan luas pcnnukaan adalahjumlah dan ukuran butir, scdangkan waktu kontak merupakan parameter tcrl1adap kinctika fiksasi.
Bahan yang dipaJai adalah tarutao hasil pelindian bijih uranium yang mengandung molibdenum,karbon aktif buatan pabrik HYCAB Australia, resin Duolit 101, bahan kimia untuk analisisMo, dc'lnU.
Alat yang dipakai adalah timbangan semi analitis, seperangkatspektrofotometer,pH meter, furnace, pengaduk magnet stirer, kolom resin dan alat gelas. Tatakerja Lamlan umpan disiapkan (Iamlan pelindian bijih uranium yang mengandungmolibdenum). Karbon sebelumdipakai dipanaskanpada suhu 700 °C selama1 jam. 1. Menenhlkan waktu kontak
Karbon denganukuran butir ditetapkan,daft ditimbang sebanyak5 gram, rlan dimasukkanke dalam beker gelas 250 mI. Lalu ia direndam dalam aquadesselama satu malam ,rlan selanjutnya aimya didekantasi. Larutan umpan sebanyak150 ml ditambahkan.Fiksasi dilakukan denganwaktukontak 1/2, I, 2, 3, 4, 5, 6, 24, daD 30 jam. Selama proses fiksasi larutan diaduk terns menerus.Kadar Mo daD U dari larutan dianalisis dengan waktu kontak seperti tersebut diatas.Data yang diperoleh dievaluasi,sehingga didapat waktu kontak yang dikaitkan dengan jumlah Mo yangdifiksasi. 2. Menentukanoen2aruhukuran butir terhadaR fiksasiMo Karbon dengan ukuran yang diinginkan masing -masing ditimbang scbanyak 5 gram daD dimasukkan ke dalam beker gelas 250 ml, lalu direndam dalam aqlk1des selama satu malam. Selanjutnya airnya didckantasi. Larutan umpan masing-masing sebanyak 100 ml dit.1mbahkan. Proses fiks.1si dilakukan selama 3 jam. Selesai fiksasi, larutannya diambil unlllk dianalisi!; kadar Mo daft U-nya. Data dicvalll3si untuk nlcmpcrolch ukurnn bulir yang dikailkan dcngan jllmlah Mo yang difiksasi.
ProsidingPresentasiIImiah Daur BahanBakar Nuklir PEBN-BATAN,Jakarta 18-19Maret 1996
3. Menentukanjumlah karbon Hal yang sarna dilakllkan dengan ukuran butir yang optimal pada percobaan 2 clan waktu kontak 3 jam dengan variasi jumlah karbon aktif. Data yang diperolah dievaluasi untllk mendapatkan jumlah karbon yang dikaitkan denganjumlah Mo yang difiksasi. 4. Pengtmaan larytan umpan setelah fiksasi Dada resin ~nukar ion Duolit 101. Resin dikondisikan dengan as
karbon untuk diikat oleh gugus fungsional oksigen dari karbon aktif. Semakin lama waktu kontak, semakin banyak kesempatan dari senyawakompleks Mo daD U yang berpindah kepemlukaan butir karbon, sehingga semakin banyak senyawaMo daD U yang difiksasi oleh karbon aktif. Fiksasi optimum Mo terlihat pada waktu kontak 6 jam yaitu 88 % sedangkanU ikut terfiksasi 8 %. untuk waktu kontak lebih dari 6 jam kenaikanfiksasi kecil, kurva mendatar.
0
0
~ cn
~ Li:1
UKURAN
BASIL DAN BABASAN Data basil percobaan fiks.1Si molibdenum yang menggunakan karbon aktif disajikan dalam bentuk gambar.
BUTIR
(mm)
Gambar2. Hublmganantaraukuran butir karbon dengwl fiksasi Mo (a) daJlU(b) Kondisi: jlllnlall karbon 5 gr, Waktu kontak 3 jam Volume larutan 100 ml kadarMo= 1230ppm, U= 1175ppm
Menurut teori daya serapkarbon aktif yang mempunyai porositas tinggi, ukuran butir tidak berpengaruh terhadap daya serap. 3
..Mill' WAKTU KOUrAK I JAM IIi
II
.0
Gambar I. HubungaIl waktu kontak dengan fiksasi Mo (a) & U (b) Kondisi: Ukuran butir 1,4 -1,7 Iron, jurnlah karbon 5 gr. Volume larutan 150 ml kadar Mo = 1195 ppm, U = 1135 ppm
Gambar 1 memperlihatkan hubungan antara waktu kODIakdenganprosentaseMo dan U yang difiksasi.Terlihat bahwa waktu kontak berpengaruhterhadapbanyaknyaMo dan U yang difiksasi. Semakin lama waktu kontak semakin banyak Mo dan U yang difik&1Si. Hal ini berdasarkan pada kinetika serapan karbon aktif terhadap senyawa Mo dan U yang ada dalam
larutan. SenyawaMo dan U memerlukanwaktu untuk berpindah dari larutanke permukaanbutir karbon dan selanjutnya masuk ke dalam pori
Tetapi
kenyak13nyapacta Gambar 2, hubungan antara ukuran butir karbon denganfiksasi Mo dan U acta pengaruhnya,semakinhalus ukuran butir karbon semakinbanyakjumlah Mo dan U yang difiksasi. Hal ini karena semakinhalus ukuran butir karbon semakin luas permukaan butir karbon. Luas pennllkaan butir merupakan salah satu faktor yang berpengaruhterhadapdaya serap. Dilihat wlri segi pelaksanaan kerja, jika digunakan uktlran butir yang halus akan menimbulkan masalahpadapemisahankarbon dari larutan basil fiksasi untuk proses lebih lanjut. Selain hal tersebut,untuk butir yang halus, karbon banyak yang ikut terbuangpactasaatdekantasidilakukan. Oleh karena itu digunakan ukuran butir antara 0,85 -1,18
mm ( -14 + 18 mesh).
Dengan
ukuran butir tersebutMo difiksasi cukup banyak daDU yang ikut terfiksasirelatif kecil. Pada Gambar 3 tampak bahwa semakin banyak jumlah karbon yang digunakan semakin banyakMo dan U yang difiksasi. Hal ini disebabkan semakinbanyakjumlah karbon akan semakin
31
Pro riding Pre.renta"i /lmiah Dour Bahan Bakar Nuklir PEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
luas daD banyak jumlah pori yang ada, sehingga Mo dan U yang difiksasi akan naik. Percobaan selanjutnya menggunakan karbon sebanyak 4 gr/IOOml larutan, karena dengan jumlah tersebut U yang ikut difiksasi sebanyak :f: 0,043 mmol, sedangkan Mo telah difiks.'lsi sebanyak :f: 0,92 mmol dalam larutan umpan yang mengandung 1,18 mmol Mo dan 0,43 mmol U dengan waktu kontak 3 jam daD ukuran butir 0,85 -1,18 mm. Jika digunakan jumlah karbon lebih banyak, maka U yang difiks.'lsi lebih banyak pula. Hal ini tidak diinginkan.
Pada Tabel 1 tampak bahwa uotuk larutan umpao yang mengandung RE relatif kecil (umpao I), daya fiksasi karbonterhadapMo lebih besardaripada larutan umpan yang mengandung RE besar (umpan 2). Hal ini karena jumlah senyawa RE dalam larutan umpan 2 sangat banyak yang akan menghalangi senyawa Mo mendekati permukaan butir karbon, sehingga jumlah Mo yang difiksasi sedikit. Larutan umpan yang tidak meogandung RE daya fiksasinya terhadapMo Icbih tinggi (80,1%). Penggunaan larutan basil proses fiksasi dan larutan sebelurndifiksasi untuk urnpanpada pernumianU denganresin penukarion Duolit 101 disajik.'lnpadaTabel2.
Keterangan
Gambar 3. Hub\mgml antara jmnluh karbon dengan fiksasi Mo (a) & U(b) Kondisi : IJk\lraJl butir 0,85 -1,18 Intn, waktu kontak 3 jam volume larutall 100 ml, kadar Mo = 1135 ppm, U = 1030 ppm
Pengguna.w kondisi fiksasi pada larutan umpan basil pelindian dinamik dan digesti bijih U yang mengandung RE dan Mo disajikan pada
Tabell. Tabell. Hasil FiksasiMo daDU
umpan1 lamtantanpa fiksasi umpan2 larutan setelah fiksasiMo umpan3 larutan yang tidak mengandungMo Fiksasidilakukan selama6 jam denganukuran butir karbon< 14 mesh( < 1,18 mill)
Menurut teori adanya Mo dalam tarutao umpan pada pemurnian U dengan resin penukar ion mempengaruhi pengikatan uranium oleh resin. SUSILANINGTY AS dkk 4 melaporkan molibdenum belum mempengaruhi pengikatan resin terhadap uranium jika perbandingan U/Mo dalam larut.'ln > 10. Pada Tabel 2 terlihat bahwa perbandingan U/Mo, baik dalam umpan 1 maupun dalam umpan 2, masih < 10. Oleh karena itu molibdenum dalam umpan 2 hams difiksasi ulang agar perbandingan kadar U/Mo dalam tarutao > 10, sehingga tidak berpengaruh terhadap pengikatan uranium oleh resin. Hasil fiksasi ulang dari tarutao umpan yang
mengandungMo = 536 ppm daD U 582 ppm Keterangan:
jumlah karbon 4 gr, ukuran butir > 1,18 mln ( + 14 Incsh ), waktu kontak 5 jain, volume larutan 100 mI. lUll pall I = larutall hasil pelindian dilla-mik bijih U asal Rirang, UUlpall 2 larutall hasil digesti bijilllJ asal Rirang, Ulnpan 3 lanltan lIasil pel indian dinamik bijill U BM 281.
32
disajikan pada Tabel 3. Pada Tabel 3 tampak bahwa Mo difiksasi sebanyak 0,503 m mol clan U sebanyak 0,026 m mol dalam 100 mllarutatl yang mengandung Mo sebanyak 0,558 m mol dan U sebanyak 0,245 m mol oleh 4 gr karbon ukuran butir 0,85 -1,18 mm dan waktu kontak 6 jam.
~
Prosiding Presentasi Jlmiah Daur Bahan Bakar Nuklir PEEN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Tabel 3. Fiksasi larutan umpan
Fiksasi ke 0
Mo
u
dalamla.rota" (ppm)
Mo
u
difiksasi(~t
536.1_1~_82.5 90
2 89 5,8 470.5 _9,5 jumlah karbon 4 gr, ukuran Keterangan butir 0,85-1,18 mm volume larutan 100 ml, waktu kontak 6 jam
SIMPULAN an datayang diperolehdapatdisimpulkan sebagaiberikut; I. Karbon aktif dapat dipergtmakan untuk fiksasi molibdenum daTi lamt.w hasil pelindian bijih uranium. 2. Fiksasi menggunakan kondisi 4 gr karbon! 100 ml lamtan dengan ukuran butir 0,85 1,18 mm, dan waktu kontak 6 jam menghasilkan Mo yang difiksasi sebanyak 1: 0,50 m mol dan U ikut difiksasi sebanyak 1: 0,026 m mol, dalam lamtan umpan yang mengandung Mo sebanyak 1: 0,56 m mol dan U 1: 0,25 m mol. 3. Larutan urnpan fiksasi yang mengandung Mo dan U dengan kadar Mo yang sarna atau lebih besar daTi kadar U hams difiks.1si ulang, agar menghasilkan lamt.w dengan ratio U/Mo lebih besar dari pada 10, sehingga tidak berpengamh terhadap pengikatan U oleh resin ketika dimumikan. 4. Larutan yang mengandung RE tinggi menumnkan fiksasi Mo oleh karbon aktif,
sehingga pemakaian karbon aktif
untuk
memisahkan Mo daTi lamtan hasil digesti bijih Rirang kurang efektif, dimana Mo difiksasi + 34,5 %.
UCAPANTERIMA KASIH Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada Saudara Rossi Setiadji,Ph.D yang telah memberikan S<'lrandalam penyusunan makalah daD Andung Nugroho serta Sopri yang telah membantu menyediakan bahan penelitian ini.
PUSTAKA BUSCH,K.,SUPRAPTO and DJA WADI, "Investigation of the Uranium Mineralization In the Rirang Valley. West Kalimatan, Indonesia", Commissioned by the Federal Ministry of Reseacrh and Tecnology, Bonn.
1987.
2. CLEGG, mON.W, and FOLLEY, DENISD. "Uranium Ore Processing", Addison-Wesley Publishing Company,Inc, USA 1958. 3. THOMAS C. VOICE. ," Activated-Carbon Adsorption, in Standard Hand book of Hazardous Waste Treatmentand Disposal", HARRY M, FREEMAN, Editor in Chief, Mc GrawHill-1988. Section6,1. 4. SUSILANlNGTYAS, PUDJlANTO.R, MUKfll..IS. "Pengaruh Molibdenum pada Pemurnian Uranium dengan Resin Penukar Ion". Laporan Penelitian1993/1994.
TANYAJAWAB 1. Andre S .Apakah Mo bera&'lldaTibijih Rirang 1. .Dengan kadarMo yang cukup tinggi 400 -500 ppm
cukup baik
untuk
pencampur
logam
(dalam industri metalurgi). Apakah sudah dilakukan penelitian ke arab tersebutdimana Mo mernpakanbasil sampingpada pengolahan bijih Uranium. Guswati Alwi .Mo diperoleh dari pelarutan bijih Uranium yang berasal dari bijih Uranium Rirang daD bijih Uranium BM 281tekan. .Sampai S<'1atini belum dilakukan penelitian terhadap Mo yang merupakan basil samping pada pengolahan bijih Uranium.
2. Djarot .Manakah lebih efisien Proses I : Pemurnian Uranium Fiks.wi Mo + penuhanion I ekstraksi + elusi Uranium. .Proses II : PemurnianUranium Penuhanion I ekstraksi + elusi dari Uranium danMo. Mengingatbasil fiksasi terikut 10%Uranium. Guswita Alwi Proses I lebih efisien dan pada proses II karena : .Dengan mernfiks.'lsi Mo terlebih dahulu maka umur resin lebih panjang karena jumlah Mo yang diikat resin lebih sedikit, dengan sendirinya Uranium yang diikat resin lebih banyak. Jika Mo tidak deplisasi lebih dahulu maka Mo yang diikat resin akan lebih banyak dan pada s.'l3t dielusi Mo akan tetap menempel pada resin sehingga lama kelamaan resin tidak dapat mengikat Uranium lagi (tidak dapat digunakan lagi untuk memumikan larutan basil pelindian bijih Uranium). Walaupun basil fiksasi Uranium ikut terfiksasi scbanyak :t 10%, tetapi Uranium yang terserap tersebut dapat dielusi/dilarutkan kembali.
