R"
AN. Bintarti,dkk.
EKSTRAKSI UNTUK DALAM KONSENTRAT PASIR SENOTIM
ISSN 0216.3128
257
MEMISAHKAN LOGAM TANAH
UNSUR-UNSUR JARANG DARI
AN. Bintarti, BambangEBB. daDMV. Purwani PuslitbangTeknologiMaju BATAN,Yogyakarta.
ABSTRAK EKSTRAKSI UNTUK MEMISAHKAN UNSUR-UNSUR DALAM KONSENTRAT LOGAM TANAH jARANG DARI PASIR SENOTIM. Telah dilakukan proses ekstraksi konsentrat logam tanah jarang dari pasir senotim memakai pelarut Tri-n-oktilamin (TOA) dengan pengencer kerosin. Konsentrat mengandung unsur-unsur thorium (Th),itrium (Y) dan dysporsium (Dy) dilarutkan dalam asam nitrat (HNOJJ digunakan sebagai umpan. Dilakukan variasi %volume TOA dalam kerosin dari 20 sampai 100 %, waktu pengadukan ekstraksi dari 5 -35 men it, pemakaian garam Al(NOj)j dalam umpan dari 400 -1000 grill dan keasaman umpan dari 0,1 -0,7 M. Diperoleh kondisi relatif bait untuk ekstraksi yaitu pemakaian TOA 60% volume, waktu pengadukan 30 menit, pemakaian garam Al(NOj)j 800 grill dan keasaman umpan 0,2 M yang memberikan hasilfaktor pisah a Y-Th = 177, a Y-Dy = 23,34 dan efisiensi Y = 97,2%.
ABSTRACT AN EXTRACTION FOR SEPARATING THE ELEMENTS IN RARE EARTH CONCENTRATE FROM XENOTIME SAND. An extractionprocess of rare earth concentratefrom xenotime sand by tri-noct)'lamine(TOA)with keroseneas a eluenthasbeendone. The concentratecontainedthorium(Th). yttrium (Y)"and dysporsium (Dy) elementsdissolvedinto HNOj as thefeed. The variables investigatedwere % volume ofTOA from 20 -/00%. the extractiontime of5 -35 minutes,Al(NOj)j salt in thefeed from 400/000 grift and acidity ofthefeedfrom 0./ -0.7 M. The relativelygood codition obtainedfor the extraction were the use of TOA60% volume,the extraction time was30 minutes.application of Al(NOj)j salt in the feed was800 grift and the acidity ofthefeed was0.2 M in which the separationfactor given wasa Y-Th = /77. a Y-Dy = 23.34and efficiencyY = 97.2%.
PENDAHULUAN E
kstraksi unsur-unsur logam tanah jarang (LTJ) telah ban yak dilakukan mengingat pentingnya
unsur-unsur ini diberbagai bidang industri, sementara keberadaan unsur-unsur tersebut dialam sangat sedikit, sehingga menyebabkan harganya sangat mahal. Berdasarkan pertimbangan itu maka peningkatan pemisahan yang lebih baik terus dilakukan. Pasir senotim sebagai hasil samping pengolahan tambang timah mengandung unsur terbanyak dari logam tanahjarang adalah itrium (Y) , serium (Ce), Lantanum (La), Gadolinium (Gd), Dysporsium (Dy), Neodinium (Nd), Samarium (Sm) dan Thorium (Th). Melalui perlakuan awal terhadap pasir, diupayakan memperoleh konsentrat logam tanah jarang, sehingga banyak pengotor yang jumlahnya lebih banyak telah dipisahkan terlebih dahulu, sehingga umpan untuk ekstraksi nantinya hanya mengandung unsur-unsur logam tanah jarang.
laser, baja dan superkonduktor. Sm, Dy dan ad sebagai batang kendali pada reaktor nuklir karena mempunyai penampang lintang serapan neutron yang tinggi. Ce antara lain untuk katalisator cracking minyak bumi. Th sebagai bahan bakar nuklir dan sebagai bahan pembuat kaos lampu petromaks sedangkan Nd untuk membuat magnet dan laser.<,2,3,> Pelarut Tri-n-oktilamin (TOA) mempunyai rumus molekul [CH3-(CH2n]3N atau R3N merupakan amina tertier dengan berat molekul tinggi, mempunyai kelebihan jika dibandingkan dengan pelarut yang lain misalnya terhadap TBP yaitu TOA mempunyai harga yang lebih murah, BMnya > BM TBP sehingga mempunyai kemampuan mengekstraksi lebih besar dari pada alkil fosfat. Disamping itu senyawa amina ini dapat mengalami ':!lapped" atau mengelepak sebagai berikut : 00
N
R/I'R
R I ;,R
N
R
Proslcllng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
AN. Bintarti,dkk.
ISSN 0216. 3128
258
Metoda
Senyawa alkil fosfat tidak dapat mengalami ':!lapped" sehingga kemungkinan senyawa amina membentuk ikatan koordinasi dengan ion-ion L TJ lebih besar sehingga harga koefisien distribusi (Kd) yaitu perbandingan konsentrasi zat terlarut (solut) dalam fasa organik terhadap konsentrasi terlarut dalam fasa air (rafinat) meningkat. Disamping itu kemungkinan kemampuan ekstraksi LTJ oleh senyawa amina dipengaruhi oleh klas dan struktur amina. Oleh karena itu ada dua faktor yang berlawanan yang mempengaruhi kemampuan ekstraksinya terhadap L TJ yaitu efek elektronik dan efek sterik. Efek elektronik adalah menentukan kapasitas gugus N donor yaitu Makin besar gugus alkil, maka basisitas gugus N donor Makin besar sehingga senyawa amina Makin reaktif akibatnya harga Kd Makin naik. Sedangkan pengaruh efek sterik yaitu menunjukkan adanya hambatan sterik daTi gugus-gugus alkil yang ada disekitar gugus N donor terhadap masuknya ion-ion L TJ untuk mengadakan ikatan koordinasi dengan gugus N donor. Makin besar gugus alkil, Makin besar pula hambatan sterik, sehingga harga Kd menjadi semakin kecil. TOA adalah senyawa yang mempunyai BM tinggi, mempunyai tiga gugus alkil (n- oktil) dan rantainya lurus sehingga berdasarkan teori diatas, maka bisa diperkirakan bahwa pada kondisi optimum, kemampuan ekstraksi L TJ memakai TOA lebih besar daTi pada pemakaian pelarut lain.(4.5,6) Untuk reaksinya antara LTJ dengan amin kemungkinannya adalah :
Ekstraksi cuplikan konsentrat L TJ dalam larutan HNO3 sebanyak 10 ml, dikontakkan dengan
pelarut TOA
XRF. Percobaan di atas diulang dengan penambahangaram Al(NO3n 800 gr/lt, dalam umpan. Pada percobaan dengan penambahan garam AI(NO3)3 di alas diulangi untuk variasi pengadukan pada proses ekstraksi dari 5, 10, 15, 20, 25, 30 dan 35 menit Dilakukan ekstraksi untuk waktu pengadukan, keasaman umpan daD % volume TOA dalam pelarut yang memberikan hasil yang relatif baik pada umpan dengan pengaruh garam AI(NO3h dari 400, 500, 600, 700, 800, 900 daD 1000 gr/lt. Dipilih jumlah garam dalam umpan yang bisa memberikan hasil pemisahan yang terbaik. Pekerjaan diatas diulangi untuk variasi keasaman umpan dari 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 dan 0,7 M HNO3 untuk waktu ekstraksi yang memberikan pemisahan relatif baik.
HASIL DAN PEMBAHASAN
M3+ + (HNO3.R3N) 4- M(NO3.R3N)3 + 3W (1)
Dari hasil percobaan yang telah dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut :
--t
[M 3+ ] i .air [HNO 3.R 3N] 3
Kd = ~
-' "-'"
IJ-, urg
yang diencerkan dengan kerosin
sebanyak 10 mi. Divariasi TOA daTi 20,40,60,80 dan 100% volume. Sesudah ekstraksi berlangsung ditunggu sampai kira-kira tercapai keadaan setimbang, kemudian dipisahkan rasa air dari rasa organiknya. Fasa air dan umpan dianalisis dengan
(2)
Dengan umpan yang mengandung Th = 647,2 ppm ; Y = 10.221,1 ppm dan Dy 991,2 ppm dalam larutan HNO3 diperoleh data seperti label berikut.
(3) (4)
Pada penelitian ini dicoba ekstraksi hasil pengolahan pasir senotim dengan tujuan untuk meningkatkan kadar itrium (Y) yaitu dengan jalan ekstraksi memakai pelarut TOA dari unsur-unsur yang masih ada bersama-sama yaitu Th dan Dy.
Tabel 1. Variasi % TOAdo/ampengencerkerasin, waktu pengadukan 20 menit, keasaman umpan0,2 M.
TATA KERJA Bahan dan peralalan yang digunakan Bahan yang digunakan adalah TOA, Kerasin, HNO3, Akuades AI(NO3)3, sedangkan peralatan yang digunakan adalah peralatan gelas, magnetic strirrer, neraca analitik, pH meter dan alat
Dari Tabcl I dibual gambar hubungan pemakaian % volume TOA lerhadap faktor pisah (a) Y -Th, (a) Y -Dy dan cfisiensi (11)Y.
pendar sinar X. --
Proslding
Pertemuan
dan Presentasi
IImlah Penelltlan
P3TM-BATAN
Dasar IImu Pengetahuan
Yogyakarta,
27 Junl 2002
dan Teknologl
Nukllr
Tabel2.
2,5
.=
~
2
~ >-
(I) 0c.. 1, 5
'-
Variasi % TOA dalam pengencer kerasin, waktu pengadukan 20 menit, keasaman umpan 0,2 M, garam AI(NOj)j dalam umpan 800 grit yaitu 8 gr.
~ 1 ~ ~ 0,5
0
~
40
00
% volurm
00
100
TOA
Gambar 1. Hubungan % Volume TOA terhadap aY.77I,ay.Vydan Efisiensi Y Dari Tabel I daD Garnbar I bisa dilihat bahwa ekstraksi memakai TOA temyata tidak memberikan hasil pemisahan seperti yang diperkirakan. Hal ini nampak pada harga-harga Kd terutama untuk Y yang sangat rendah, begitu juga denganefisiensinya. Untuk mengatasi hal ini dicoba menambahkan elektrolit ke dalam umpan berupa garam AI(NO3)3' Disini AI(NO3)3 menyumbang 3 ion NO3. di dalam umpan yang menyebabkan kekuatan ion meningkat (~), sehingga harga koefisien aktifitas (1) turun. Hal ini dapat diterangkan sebagai berikut : misalnya S. adalah pelarut yang mengekstraksi I ogam Mn+ menurut reaksi kesetimbangan Mn++ nS. --MSn, maka konstanta kesetimbangannya jika dinyatakan dalam bentuk aktivitas (a) adalah :
--
K
-r
MSn
MSn -
r Mn + +
C MSn r S'
C Mn + +
C S'
harga y berubah sesuai dengan berubahnya konsentrasi tiap-tiap species. Hubungan y dengan ~ menurut persamaan log y = -0,50922 ..J~(hk. Limit Oebye-Huckel), sedangkan 2 adalah muatan ion. Dengan meningkatnya harga ~ dalam rasa air, menyebabkan turunnya harga y, sedangkanharga ~
adalah menurut persamaan ~ = 1:1/2 C r
Dari Tabel 2 dibuat gambar hubungan pemakaian % volume TOA terhadap faktor pisah (a) Y -Th, (a) Y -Dy daD efisiensi (11)Y. 2D
~\ '"~
Y-Th --;;-~\.,
13-
--g
97,8 97,6 .-.
E£y~
97,2 -97,4 "
-97
B'-'"
-'- 00,8 w
Y-~
00,6
0
00,4 20
40
ro
00
100
%volurm IDA Gambar 2. Hubungan % Volume TOA terhadap aY-Th .aY-D)'dan Efisiensi Y
Dari Tabel 2 clan Gambar 2 bisa dilihat bahwa pada kenaikan pemakaian TOA akan memberikan kenaikan tingkat pemisahan untuk Y terhadap Th clan Dy hingga 60 % yang ditandai dengan naiknya harga Kd Y. Hal ini dapat dimengerti karena dengan naiknya konsentrasi TOA, maka kesetimbangan reaksi ekstraksi bergeser ke kanan sehingga Kd Y naik clan untuk pertambahan pemakaian TOA seterusnya tidak menunjukkan kenaikan Kd Y yang berarti. Tabel 3. Variasi waktu pengadukan ekstraksi, keasaman umpan 0,2 M, TOA dalam kerosin 60 % dan Al(NOj)j dalam umpan 800 gr/liter.
,
sehingga bisa dilihat dari rumus-rumus di alas yang menunjukkan bahwa garam AI(NO3)3 menyebabkan harga ~ dalam rasa air meningkat, sehingga harga y turun oleh karena konsentrasi ion logam (M"+) dalam rasa air meningkat. Hal ini yang menyebabkan kemungkinan kesetimbangan reaksi bergeserke kanan yaitu ke arah zat hasil.
Prosldlng
Pertemuan
~
dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
dan Teknologl
Nukllr
ISSN0216-3128
260
Dari Tabel 3 dibuat gambar hubungan waktu pengadukan terhadap faktor pisah «x) Y -Th, «x) yDy daD efisiensi (11)Y.
AN. Bintarti, dkk..
20
100
15
97,5~
10
00
>-
!iJ
Q)
't;
5
40
.c
.~
92 ,5~
w
(Q
~
0
c: :I) ~ i
00
400 !iJ0 roo 700 000 000 1000 AI(NO3)J, gr/lt
10 0
5
10 15 ~
25 :IJ :lJ
Gambar 4. Hubungan pemberian Al(NO3)3 terhadap aY-Th.aY-oJ'dan Efisiensi Y
Waktu Pengadukan, menit
Gambar 3. Hubunganwaktupengadukanterhadap aY-Th.aY-D)'dan Efisiensi Y Dari Tabel 3 dan Gambar 3 dapat diamati bahwa waktu pengadukan berpengaruh terhadap hasil pemisahan. Pada pertarnbahan waktu pengadukan memperlihatkan hasil ekstraksi juga semakin bertambah besar. Dengan waktu pengadukan yang semakin lama, maka kesempatan kontak antara umpan dengan pelarut dapat lebih efektif sehingga memberikan hasil yang lebih meningkat. Pada waktu pengadukan 30 menit memberikan tingkat pemisahan yang relatif paling tinggi dan untuk pertambahan waktu selanjutnya tidak memberikan peningkatan hasil. Tabel4. Variasi pemakaian Karam Al(NOJ)J dalam umpan, waktu pengadukan 30 men it, keasaman umpan 0,2 M, TOA dalam kerasin 60 %.
Dari tabel 4 dan Gambar 4 menunjukkan bahwa pertambahan garam ke dalam suatu sistem larutan berair (umpan) dapat menaikkan harga koefisien distribusi (Kd), maka penambahan garam AI(NO3h menyebabkan kelarutan zat terlarut dalam air akan berkurang karena terdorong oleh ion-ion tambahan masuk ke rasa organik untuk membentuk komplek. Jadi dengan penambahan garam atau elektrolit pacta proses ekstraksi akan menyebabkan kekuatan ionik dalam rasa air meningkat yang menyebabkan turunnya koefisien aktivitas logam. Hal ini akan meningkatkan konsentrasi logam dalam rasa air yang menyebabkan kesetimbangan reaksi bergeser ke kanan yaitu ke arah zat hasil. Dipakai garam dengan konsentrasi 800 gr/lt, karena pacta peningkatan pemakaian garam, meskipun memberikan efisiensi Y yang lebih besar tetapi unsur Dy juga banyak terikut ke dalam rasa organik. Tabel 5. Variasi keasaman umpan, garam Al(NOJ)J dalam umpan 800 grift, waktu pengadukan 30 menit, , TOA dalam
kerasin60 %.
Oari Tabel 4 dibuat gambar hubungan waktu pengadukan terhadap faktor pisah «1) Y -Th, «1) YOy clan efisiensi (11)Y.
Dari Tabe\ 5 dibuat gambar hubungan waktu pengadukan terhadap faktor pisah «1) Y -Th, «1) YDy dan efisiensi (11)Y.
Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
261
ISSN 0216.3128
AN. Bintarti, dkk.
2. CUTHBERT,F.L., "Thorium Production Technology,", Addition Wesley Publishing Company.,Inc. Massachusette, (1968). 3. PRAKASH. S. Advanced Chemistryof Rare Earth Element,. 4ed S. Chand.Co. Ltd., New Delhi. (1975). 4. RITCEY. GM and ASHBROOK. AW., SolventExtraction.,ESPC,New York, (1979). 5. GUNANJAR, dkk., "Ekstraksi Zr daD Hf menggunakan Tri-n-Oktilamin", ProsidingPPIPPNY BAT AN, Yogyakarta(1987). Dari Tabel 5 dan Garnbar 5 menunjukkan bahwa pactasuasana keasaman HNO3 dalam umpan, maka penambahan HNO3 menyebabkan konsentrasi ion H+ dan ion NO3- bertambah. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut :
H+(a) + NO3-(a) ~ R3N(o)~
HNO3
R3N(a)
HNO3(a) + R3N(a)~ M3++ 3[HNO3R3N]~ M[NO3R3N]3(a) ~
6. BINTART!. AN, dkk., "Pengaruh Garam AI(NO3h pada ekstraksi Konsentrat Logam Tanahjarang dengan pelarut TBP-Kerosin",. Prosiding PPI-PPNY BATAN., Yogyakarta, (1993).
(5) (6)
HNO3R3N(a)
(7)
TANYAJAWAB
M[NO3R3N]3 + 3 W (8) M[NO3R3N]3(o)
(9)
Penambahan HNO3 digunakan untuk pembentukan komplek HNO3R3N sebagai perantara untuk pembentukan komplek M[NO3R3N]3 , tetapi untuk penambahan HNO3 selanjutnya, maka ion H+ bertambah di dalam sistem yang menyebabkan kesetimbangan reaksi (8) bergeserke kiri, sehingga pembentukan komplek M[NO3R3N]3 akan berkurang dan koefisien distribusinya (Kd) akan turun. Dipilih keasaman umpan pada 0,2 -0,3 M dengan pertimbangan memberikan harga faktor pisah (a) Y -Th, (a) Y -Dy clan efisiensi Y relatif paling tinggi.
KESIMPULAN Dari keempal variabel yang lelah dilakukan dalam percobaan ini, maka diperoleh kondisi relatif baik adalah dengan TOA dalam campurannya dengan kerosin sebanyak 60% volume, waktu pengadukan 30 menit, pemakaian garam Al(NO3)3 dalam umpan sebanyak 800 gr/ll clan keasaman umpan 0,2 M membcrikan faktor pisah «x) y -Th = 177, «x) Y -Dy = 23,34 clancfisiensi Y = 97,2%.
DAFTARPUSTAKA BAMBANG EHB, dkk. "Pengkayaan Yttrium dengan pcngendapan hidroksida", Prosiding PPI-PPNY (1992).
Kasilani ~ Apa kelebihan TOA untuk ekstraksi logam tanahjarang ? ...Mengapa keasamanhanya sampai 0,7 M ?
AN Bintarti .Diperkirakan TOA lebih kuat membentuk komplek dengan solut karena TOA mempunyai BM tinggi sehingga kemampuannya untuk mengekstraksi lebih besar dari pada alkil posphat. Disamping itu senyawa amina dapat mengalami ':flapped" atau mengelepak sedangkan senyawa alkil posphat (TBP) tidak bisa sehingga kemungkinan senyawa amina membentuk ikatan koordinasi dengan ionion LTJ (logam tanah jarang) lebih besar dan harga TOA lebih murah dari pada TBP. .Bisa dilihat dari data hasil ekstraksi untuk keasaman yang lebih tinggi maka hasil ekstraksi semakin kelihatan turun. Hal ini mungkin disebabkan d~ngan bertambahnya ioll H+ dalam umpan mendorong reaksi bergerak kekiri .\'ehingga hasil menurun. Persamaan reaksi : I-r +3 (HNO).R)N) :t
H(NO)-R"N») +3 H+
AgJ+ = ion logam tanah jarang R3N = solven tri-n- oktil amin
Prosldlng pertemuan dan Presentasillmiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
