Risa!ahPertemuan !!miahPenelitian dan Pengembangan Aphkasi!sotopdanRadiaSl; 2tXJ1
EKSTRAKSI URANIUM DARI LIMBAH CAIR ARTIFISIAL TEKNIK MEMBRAN CAIR ALIRAN KONTlNYU
DENGAN
Rusdianasari1), danDr. Buchari2) 1)]urusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Sriwijaya 2) Departemen Kimia, FMIP A n"B
ABSTRAK EKSTRAKSI URANIUM DARI LIMBAH CAIR ARTIFISIAL DENGAN TEKNIK MEMBRAN CAIR ALIRAN KONTINYU. Ekstraksi kontinyu uranium dati limbah cair artifisial dengan membran cair emulsi telah dilakukan dengan alat mixer-settler satu tahap. Membran cair emulsi mengandung senyawa pembawa gabungan di-2-etilheksil fosfat (D2EHP A) dan tributil fosfat (TBP). Kondisi optimum untuk pemisahan yang diperoleh yaitu perbandingan kecepatan alir fasa emulsi dan fasa umpan 1:4 dan kondisi stabil dimulai pada menit kelima. Tingkat pemisahan uranium pada limbah artifisial pada kondisi optimum dengan penambahan EDTA 5xlO- M adalah 90,91% dari pengukuran rafinat. Konsentrasi total zat pembawa gabungan D2EHPA dan TBP 3% dengan perbandingan 3: I. Zat pembawa gabungan ini mempunyai selektivitas relatif baik dengan Iwga faktor pemisahan rata-rata yang diperoleh setelah kestabilan pada limbah artifisial yaitu aU.Ni = 115,43 dan aU.Fe= 328,55. Hasil penelitian menunjukkan membran cair emulsi dengan zat pembawa gabungan D2EHP A clan TBP mempunyai efek sinergis dan kinelja yang baik pada sistem kontinyu.
ABSTRACT URANIUM EXTRACTION FROM ARTIFICIAL LIQUID WASTE USING CONTINUOUS EXTRACTION LIQUID MEMBRANE TECHNIQUE. The continuous extraction of uranium from artificial liquid waste by emulsionliquid membmnewas calTiedout using one stagemixer-settler. This emulsionliquid membranecontainingdi-2-ethylhexylphosphoric acid (D2EHPA) and tri-n-buthyl phosphate (TBP) as carrier were carried out using one stagemixer-settler.The optimum condition gave the ratio of emulsion velocityto the feed velocity 1:4 and steadystatereachedafter five minutes.The optimum condition was obtained at the 90.91 % of uraniumrecoveredfrom rafmat, using EDTA as the masking agent with concentration5xlWM The total concentrationof calTierwas 3% with ratio D2EHPA and TBP 3:1. The emulsionliquid membranehashigh relative selectivityafter steadystatewith separationfactors were (IU,Ni= 115,43and (IU,Fe= 328,55. The result of experimentshowed that emulsionliquid membmnecontaining D2EHPA and TBP as carrierhavegoodperformancefor continuoussystem.
PENDAHULUAN Pemisaltan.pemurnian dan pemekatanWlSurWlSur kjrniawi yang ada dalmll limbah merupakan masalah penting yang banyak dihadapi oleh industri kimia dan nuklir. Begitu pula cara-carapenanganan bahan-ballankimia dengantingkat pengotoryang cukup tinggi sepertilimbah industri nuklir merupakanmasalah yang sangat mendesak.Sebagaicontoh daIam usaha penangananlimbah uraniumyang merupakansalah satu dari beberaparadionuklida yang lazim ditemukan di daIamair limbah yangberasaldari fasilitaspemrosesan atau penggunabahan nuklir dan zat radioaktif. Untuk mengurangiresiko agar tidak membahaYakan manusia dan lingkWlgan perlu pengelolaan dan pemisahan secarabaik. Membran cair merupakan rasa cair yang memisahkan (barrier) dua rasa cair lain yang tidak bercampurdengan rasa membran tersebut.Membran cair terdiri dari rasa cair hidrofobik yang membagidua rasa cair hidrofilik atau rasa hidrofilik yang membagi dua rasa hidrofobik. Kedua rasa cair yang dipisal1kan
oleh membrnn cair masing-masing disebut rasa ekstemal (umpan/kontinyu) daD rasa internal. Fasa ekstemal mengandung zat (spesi) yang akan dipisahkan, sedangkan rasa internal mempakan rasa penerima zat tersebut setelah melewati membran tail ( 1). Proses pemisahan dengan teknik membran cair emulsi mempunyai dua tahap penting. Tahap pertama adalall pembentukan emulsi dan tahap kedua adalah pemisahan/ekstraksi. Emulsi yang telah dibuat sebelumnya didispersikan ke rasa umpan/eksternal dengan pengadukan. Oleh karena itu butir-butir emulsi yang digunakan harus stabil daD tidak pecah selama proses pengadukan berlangsung. Untuk menjaga kestabilan emulsi selama proses pemisahan, maka ke dalam membrnn ditambahkan zat aktif permukaan (surfakk'U1) yang umumnya berfungsi untuk menumnkan tegangan permukaan antara tetesan rasa terdispersi dan rasa umpan (2). Dalam proses pemisahan, ion-ion logam urnnium bereaksi dengan zat pembawa (ekstraktan) pacta pennukaan antar muka rasa membran dan rasa umpan, membentuk kompleks logam yang larut dalam
143
Risa/ah Peltemuan
//miah Pene/itian
dan Pengembangan
Ap/iKasi /sotop dan Radiasi, 2001
rasa organik. Kompleks ini kemudian berdifusi di dalam rasa organik (membran), ion logam uranium dilepaskan dalam lamtan pembebas (fasa internal). Zat pengompleks yang telah melepaskan ion logam uranium ini bergerak kembali ke permukaan rasa organik untuk membentuk kompleks dengan ion logam uranium. Proses ini berlangsung terus-menerus sehingga sebagian besar ion logam pindah dari rasa umpan dan teljadi pemekatan (enrichment) di dalam rasa umpan (3). Ekstraksi uranium dalam limbah cair dengan teknik membran cair emulsi dengan sistem unggun telah dilakukan oleh Prayitno dengan menggunakan zat pembawa D2EHP A daD TBP. Penelitian lanjutan ini mempelajari kinerja membran cair aliran kontinyu dengan menggunakan zat pembawa gabungan D2EHP A dan TBP yang diharapkan dapat memberikan efek sinergis untuk meningkatkan persen ekstraksi dan selektivitas pemisal1an. Sinergisme ini muncul jika satu ligan adalall ligan anion yang akan menetraIkan atom pusat dan ligan yang lainnya adalah ligan netral, dalam haI ini adalall TBP. Alat yang digtlnakan untuk proses ekstraksi kontinyu dibagi duajenis yaitu mixer-settler daD kolom Mixer-settler merupakan susunan dua unit tangki yang terdiri daTi unit pengadukan daD penampungan rasa campuran Yallg digunakan wltuk proses kontinyu. Dua rasa yaitu rasa emulsi dan rasa umpan dimasukkan ke dalam unit pengaduk.,1ll (mixer) daD setelah pengadukan, campuran dilewatkan ke bagian unit penampung (settler). Cairan yang ringan dan berat akan terpisah pactabagian atas dan bawah penampung (4). Proses transpor ion ke dalam membran teljadi karena adanya gradien konsentrasi antara rasa peneriIna daD rasa umpan atau transpor yang dilakukan oleh senyawa pembawa di dalam membran. Faktor daya pisah antara logam U dengan Ni melalui membran cair emulsi dinyatakan dengan ungkapan :
(1)
BAHAN DAN METODE
logam ur.lnium dengan ekstraksi aliran kontinyu. Parameteryang akan diuji untuk mendapatkankondisi optimum pada pembuatanmembran secara unggun tercantumdalamTabel1. Setelahoptirnasiparameterdiperolehmaka parameter tersebutdipakai untuk memperolehkembali ion logam uraniumdenganmembrancair emulsialirankontinyu. Desain peralatan. Alat ekstraksi mixer-settler skala laboratoriumterdiri dari sebuahtangki pengaduk (mixer tank) dengan dua buffle dan sebuah tangki penampung (settler tank) dibuat daTi bahan gelas. Diameterdalamtangki 7,0 cm dan tingginya 14,0 cm. Tangki pengadukdihubungkandenganrasaumpan dan rasa emulsi dimana rasa umpan dan rasa emulsi dialirkan dengankecepatantertentu. Skema alat pada Gambar1. Pengaruh kecepatan alir rasa umpan. Pengaruhperubahanlaju alir rasa umpan ditentukan denganmamvariasikanlaju alir rasa umpan yai:.~ :"0, 24; 30; 60; daD 80 ml/menit dan parameterlain dibuat tetap pacta harga optimum yang telah ditentukan sebelumnya. Menentukan kondisi stabil. Waktu stabil ia1ah waktu emulsi yang didispersikan dalam rasa umpan sehinggajumlah uranium yang terekstraksi konstan setiapwaktu. Untuk penentuanini dilakukanpemisahan denganvariasi waktu kontaksebagaiberikut: 2, 4, 6, 8, 10, 12 menit serta parameterlain dibuat tetap pada hargaoptimumyang telah ditentukansebelumnya. Ekstraksi uranium dari limbah cair artifisial. Limbah artifisial dibuat dengan komposisi sebagai berikut : uranium 100 ppm, Ni 410 ppm dan Fe 9392 ppm (5). Limbah artifisial yang telah dibuat ini digunakan sebagairasa umpan. Konsentrasi uranium dalam rasa umpan dan rafinat ditentukan dengan menggunakanSpektrofotometerUV-Vis pada panjang gelombang 652 run dengan pereaksi pembentuk kompleks ArsenazoIll, terbentukkompleks berwarna him. Perhitungan dilakukan dengan mengglUlakan kurva kalibrasi yang telah dibuat sebelumnya. KonsentrasiNi dan Fe di dalam limbah artifisial daD rafinat ditentukandenganmengglUlakanAAS Shimadsu model AA 630-12. Ni diukur pada panjanggelombang 232 urn dan Fe diukur pada panjanggelombang248,3 urn.
BahaIl yang digwtakan adalall uranil nitrat heksa hidrat, di-2-etilheksil fosfat, tributil fosfat, sorbitan monooleat (Span-80), kerosin, asam nitrnt, asam fosfat, arsenazo III, Dikel nitrnt dan besi nitrnt. Zat-zat yang digunakan dalaIn penelitian ini melniliki kualitas p.a (pro analysis). Alat-alat yang digunakan adalah satu set motor pengaduk Fisher Dyna-Mix, Spektrofotometer UV-Vis, pH meter, pompa peristaltik, neraca analitik, stopwatch dan peralatan gelas yang umum digunakan.
Optimasi parameter pada sistem unggun. Optirnasi parameter pacta sistem unggun yang diambil pacta saat persen ekstraksi mencapai minimal 90% dapat dilihat pactalabel 2. Parameter optimum (kondisi optimum) ini dipakai pacta ekstraksi kontinyu.
Optimasi paralneter pada sistem unggun. Dalam penelitian ini dilakukanpengujianD2EHPA dan TBP sebagaizat pembawauntuk perolellankembaliion
Pengaruh kecepatan alir Pengaruh kecepatan alir rasa konsentrasi uranium (U(VI» di
144
BASIL DAN PEMBAHASAN
rasawnpan umpan. terhadap
dalam rafinat
Risalah Peltemuan Ilmiah Pene/ilian dan Pengembangan Aplikasi Isolop dan Radiasi, ZOOt
ditunjukkaIl pada Gambar 2. Kenaikan kecepatanalir rasa umpan menyebabkanmenunu1Ilya konsentrasi U(VI) di dalam rafinat. Kenaikan kecepatanalir yang lebih tinggi lagi tidak akan menaikkanpersenekstraksi yang terlalu tinggi, hal ini diduga karena berkurang waktu tinggal umpan di dalam reaktorsehinggaU(VI) di daIam larutan tidak dapat kontak dengan emulsi secara maksimal dan beban emulsi yang terns meningkat sehingga kemampuannya menjadi berkurang. Penentuan kondisi stabil. Operasisuatuproses kontinyu dilakukan dalamkondisi stabil. Kondisi stabil yaitu kondisi yang menunjukkan komposisi (konsentrasi) U(VI) dalam rafinat konstan terhadap waktu. Kondisi stabil diamati dengan mengukur konsentrasi rafinat yang keluar setiap selang waktu tertentu. Pada percobaanini telah dimnati kondisi stabil pada perbandingankecepatanalir rasa emuisi terhadap umpan 1:4. Gambar 3 menunjukkan kondisi stabil proses pemisahan dicapai setelah waktu berjalan 5 meDii. Kondisi stabil ini dipengaruhi oleh konsentrasi U(VI) di rasa umpan, sebabpada konsentrasiyang berbeda (naik) lnaka beban membran cair untuk mentransferU(VI) ke rasa penerimaakan bertambah. Kondisi stabil diperoleh pada konsentrasiU(VI) 100 ppm. Pemisahan uranium dari limbah artifisial. Hasil pemisahan U(VI) daTi limbah cair artifisial diukur melalui rafmat yang telah dipisahkan dari rasa emulsi. Hasil pemisahan ditunjukkan dalam Gambar 4. Dari gambar diperlihatkan bahwa U(VI) dapat dipisahkan dengan baik mulai menit kelima persen ekstraksi U(VI) telah mencapai di atas 85%. Hasil pemisahan melalui pengukurnn lewat rnflnat memberikan persen ekstraksi rata-rata 90,91% setelah kondisi stabil.
Faktor pemisahan. Gambar 5 menwljukkan faktor pemisahan (X;U,Ni dan (X;U.Fe. Zat pembawa gabungan D2EHPA dan TBP memberikan faktor pemisahanyang relatif besar untuk ion U(VI) dari ion Ni(lI) dan Fe(III), hal ini menunjukkanbahwa U(VI) dapatdipindahkandengancepatoleh zatpembawa. Pemisahan ketiga ion tergantung pada keefektifan pembentukkomplekspada permukaanluar membran/fasa membran dan perbedaan laju difusi kedua kompleks tersebutdi dalam membran.Diduga pembentukankompleks U(VI) dengan zat pembawa lebih efektif dibandingkan dengan ion logam lainnya sehinggaU(IV) dapatditranspordenganlebihcepat.
Meskipunadanyatransporion Ni(II) dan Fe(lII) daTirasa wnpan melalui rasa membran,transpor yang tegadi relatif tidak mempengaruhiproses ekstraksi U(VI) di dalam limbah. Jika dilihat dari faktor pemisahan,zat pembawagabungandapatmemisahkan U(VI) dengana >1. Harga faktor pemisahanrata-rata yang diperoleh setelah kondisi stabil pacta limbah artifisial yaitu aU,Ni= 115,43danaU.Fe = 328,55.
KESIMPULAN Ekstraksikontinyu U(VI) dari limbah artifisial dengan membrancair emwsi dapat dilakukan dalam mixer-settler. Telah didapatkanbahwa perbandingan kecepatanalir rasa wnpan dan rasa emwsi yaitu 4: 1, dimana kecepatanalir rasa wnpan 60 mUmenit dan kecepatanalir rasa emwsi 15 ml/menit, kondisi stabil dicapaimenitkelimakeluarnyarafinat. Pengukur.m basil pemisahan melalui rafinat memberikan persen ekstraksi 90,91%. Hal ini menunjukkan bahwa membran cair emulsi aliran kontinyudenganzat pembawagabunganD2EHPA dan TBP mempunyai kinerja yang cUkup baik. Zat pembawagabunganD2EHPA dan TBP mempunyai selektivitasrelatif baik denganharga faktor pemisahan rata-ratayang diperoleh setelah kondisi stabil yaitu <x'U,Ni = 115,43 dan <x'U,Fe = 328,55.
PUSTAKA 1. SAARANGI, K., INDUSEKHAR, V.K. Ap/ication of Liquid Membranes for Extraction and Separation of Meta/s. Journal Research and Industry.Vol.52. 1993. 2. BARTSCH,R.A., WAY,J.D. ChemicalSeparations with Liquid Membranes. American Chemical Society.America. 1996.362-369. 3. HAYWORTH, H.C., BURN, W.A. Extraction of Uraniumfrom WetProcessPhosphoricAcid by Liquid Membranes.Journal SeparationScience andTechnology.18(6). 1983.493-521. 4. MC.CABE, W.L., SMIlli, I.C., HARRIOT, P. Unit Operation of Chemical Engineering. Fourth Edition. Mc.Graw Hill Book Inc. New York. 1985. 5. DANESI D.R., CHRIARIZIA.1985. Separation of Actinides and Lanthanidesfrom Acidic Nuclear Wastes by Supported Liquid Membranes. J.SolventExtractionand Ion Exchange.3. 1985. 162.
145
RisalahPertemuanIlmidhPeneliliandanPengembangan ,A,-Jlikasi IsolOpdanRadiasi, 21XJ1
Tabel I. Optimasiparameterpadapembuatanmembran
Tabel 2. Optimasiparameterpadapembuatan membran
No. 1. I 2.
1
Parameter -KonsentrnsiSurfaktan(Span-80)(%) Perbandingan D2EHPA danTBP KonsentrasiTotal Zat Pembawa(%) Waktu pembuatanemulsi(menit) I' Kec. Pe~gadukan~mbuatan emulsi(rpm) PerbandinganVFi .VFo Konsentrasirasapenerima(H3PO4)(M) Waktu tunggu(menit) \
3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
I
Basil o.,timasi 4 3:1 3 5 39.00 1.1 1
Kons.
10. ll. 12. 13.
HNO3
dalam
rasa
umpan
I
(M)
l Konsen~si larutanuranium(ppm) PerbandinganVFe:VFeb Waktu ekstraksi(menit) Kece alan n adukanekstraksi( m)
100 1:4 5 500
--$~
FG- U"'PGn
"080
Xn?crnal
~
-~oo:'-.Q
;...
Mixing Foso Orgonik
Emulslflk.sl
Gambar 1. Skemaalat ekstraksi kontinyu
146
10 0,5
Risalah Peltemuan Ilmiah Penelitian dan Pengembangan t*fJlikasi Isolop dan RadiaSl; 2tXJt
100 80 'Vi
~
a '- 60
+In
~
.OJ
~
40
20 0
20
0
40
80
60
100
Laju 41ir (ml /menit)
Gambar2. Peogaruhkecepatallalir rasaumpan
100 'Vi ~
90
aSo. t; 80
~
Q)
~
70 60
50 0
2
4
6
8
Waktu (menit)
10
12
14
Gambar 3. Grafik kondisi stabil
Gambar4. Graflk pemisahanU(VI) dari limbahartifisial
147
RisalahPeltemuanIlmiahPeneliliandanPengembangan ApI/Kasi IsalopdanRadias/; 2001
Gambar5. Faktorpemisahanlimbahartifisial
DISKUSI MOHAMAD BIRSAM
RUSDIANASARI
1. Untuk parameter pengadukan sebaiknya juga diteliti, karena kemungkinalUlyadapat menaikan tingkat pemisahan.BagaimanapendapatAnda? 2. Bila dibandingkandenganpemisahandenganresin penukar ion bagaimanatingkat pemisahanmetode ini, mohon dapat dijelaskan, sehingga prospek penelitian Anda bila temyata prospektif dapat dipergWiakanuntuk cara pemungutanuraniumbaik dalam limbah rnaupununtukproseslainya.
1. Parameterpengadukanjuga diteliti yaitu untuk pembuatanemulsi divariasikanwaktunya 2.5, 5.0, 7.5, 10.0, 12.5 menit sedangkanluc pengadukan 2900, 3300, 350, 3900, 4500 & 5000 rpm -untuk ekstraksi,varasiwaktunya3; 7,5; 10; 12,5; 17,5; 20 & 25 menit denganvariasi luc pengadukan 400, 500,550 rpm 2. Jika pemisahandilakukandenganresin penukarion, biayanya akan lebih besar karena zat pembawa (carrier) pembentukkompleks tidak dapat diarnbil kembali sedangkandengan teknik membran cair emulsi selain ekstraksi daD stripping bisa terjadi secara simultan, zat kirnia yang digunakan bisa dipakaiulangsehinggalebih ekonornis.
148
