ProsidingPertemuandan Presentasillmiah P3TM-BATAN,Yogyakarta14-15 Juli 1999
PEMISAHAN CAMPURAN DENGAN ZEOLIT
239
Buku II
URANIUM
DAN MOLIBDENUM
So II
R. Subagiono, Kris Tri Basuki, Imam Prayogo, Supriyanto C P3TM-BATAN.Jl. BabarsariKotakPas1008. Yogyakarta55010
ABSTRAK PEMISAHAN CAMPURAN URANIUM DAN MOL/BDENUM DENGAN ZEOL/T. Zeolit a/am daTi Gunung Kidul, YO!7yakarta dicuci dengan larutan HCI 0,1 M. Kation-kation alkali atau alkali tanah ditukar dengan ,IVH4+dengan menggunakan larutan NH4CI 0,5 M dan dikeringkan pada suhu 200 DC dapat digunakan untuk memisahkan campuran (U,Mo) dengan cara pertukaran kation. Pemisahan carnpuran (U,Mo) dilakukan dengan menggunakan zeolit berukuran butir 200 +325 mesh untukkadar U = 31.000ppm dan Mo = 100ppm di da/am larutan H2SO4 0,05 M dengan waktu pemisahan 1 jam. Melalui cara ini diperoleh hasil faktor pemisahan (U,Mo) = 0,4.
ABSTRACT THE SEPARATION OF URANIUM AND MOLlBDENUM MIXTURE USING ZEOLITE.. The natural zeolite from Gunung Kidul, Yogyakarta, Indonesia was washed with 0.1 M HCI solution. Alkali or alkaline earth <:ations was exchanged with NH4+ by using 0.5 M of NH4CI and was dried at 200 DC. The separation of (U,Mo) mixture was done by using zeolite of -200 +325 mesh for U = 31,000 ppm and Mo = 100 ppm in 0.05 M H2SO4 solution with time extraction of 1 hour. By using this method a se{.laration factor of U,Mo gained was 0.4.
penukar ion. Kajian kemungkinan pemanfaatan zeolit untukmemisahkanU dari Mo merupakanhal yang sangat menarik, karena zeolit alam mudah ndonesia sebagai negara yang mempunyai diperoleh dengan harga yang murah dan dalam berbagai jenis tambang mineral, salah satunya jumlah yang berlimpah. Zeolit adalah senyawa adalah zeolit. Potensi zeolit alam di Indonesia cukup kristalin denganstrukturkerangkatiga dimensiyang besar clan telah dike,tahui oleh para ahli geologi berongga, kerangkatiga dimensi ini terbentuk oleh sekitar 47 lokasi (kota), terbanyak tersebar di sekitar tetrahedralaluminat (AIo4)5- dan silikat (SiO4)4-. pulau Jawa< 1 ). Di Daerah Istimewa Yogyakarta Dalam struktur kristal tersebut terdapat sisi aktif diperkirakan terdapat deposit mineral zeolit sekitar yang dapat menjadikan zeolit berlaku sebagai 490 juta ton yang tersebar di daerah kabupaten fenukar kation dan seb~gaiadsorbenyang selektif.( Gunung Kidul dan Kulon Progo (BKPMD, Propinsi 3). Berdasarkan suat tersebut maka zeollt DIY, Informasi Potensi Bahan Galian Zeolit, diharapkan dapat digunakan untuk memisahkan Pemetaan Semi Mikro Bahan Galian Golongan C , uranium dan molibdenum. Reaksi pertukaran ion Kabupaten Gunung Kidul, 1997). Zeolit alam selain antaraion dalampadatandenganion dalam larutan dapat digunakan untuk bidang petemakan, berlangsungsecarastoikiometri. Pertukaranion-ion perikanan, pertanian, kedokteran/kesehatan, juga hanya terjadi antara ion-ion sejenis.Pactakeadaan dapat dimanfaatkan untuk menangani proses olah seimbang,sisi aktif dalampadatanpenukarion telah ulang bahan bakar reaktor clan limbah industri jenuh denganion penukar sehinggapertukaranion nuklir. Di dalam bahan bakar bekas reaktor nuklir tidak terjadi lagi. Persamaan keseimbangan terutama jenis PWR pada umumnya masih banyak pertukaran ion antara zeolit dengan ion uranium mengandung uranium (U) yang perlu dipisahkan atau ion molibdenum secara umum dinyatakan daTi unSUT-lffisurradioaktif hasil belah dari reaksi dalam persamaan inti di dalam reaktor nuklir hila diinginkan untuk
PENDAHULUAN
I
dipakai lagi. Molibdinium (Mo) adalah salah satu hasil belah yang mempunyai sifat kimia mirip dengan uranium. Teknik pemisahan U clanMo telah banyak dilakukan misalnya dengan cara pengendapan, ekstraksi cair-cair atau memakai resin
Subagiono. dkk
Z--Mn+(p)+Nn+(I)~Z--Nn+(p)+Mn+(I)
(1)
Z adalahpadatanzeolit, Mn+ion yang tertukar, Nn+ ion penukar( U atauMo ) dan n adalahvalensiion.
Teknologi Proses
ISSN 0216-3128
ProsidingPerlemuandan PresentasiIlmiah P3TM-BATAN,Yogyakarla14-15 Juli 1999
BukuII
Efisiensi penyerapan (E zeolit adalah :
ion penukar ke dalam
Eu
(2)
EM'
(3)
Keberhasilan pemisahan antara U daD Mo menurut Tompkins, E.R ( 4 ) ditunjukkan oleh nilai faktor pemisahan
-~_A~ (4)
~ B-XB
Diman~ A, B masing-masing adalah berat ion penukar U dan Mo di dalam larutan sebelum proses pemisahan dilakukan. XA, XB masing-masing adalah berat ion penukar U dan Mo di dalam padatanzeolit. Berdasarkan mekanisme tersebut di atas maka dilakukan pengkajian proses untuk memanfaatkan zeolit alam dalarn upaya memisahkan uranium dari molibdenum, yaitu pengaruh. suhu kalsinasi zeolit, keasaman larutan campuran U dan Mo, ukuran butir zeolit dan waktu pemisahan.
CARA
2. Kajian pengaruh suhu kalsinasi Zeolit dengan ukuran butir -100 +200 mesh yang dipreparasi kimia di alas dikalsinasi pacta suhu 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, dan 800 DC selama 4 jam, ditimbang sebanyak 5 g untuk masing-masing suhu kalsinasi dan ditambahkan 20 ml larutan campuran U = 31.000 ppm , Mo = 100 ppm di dalam H2SO40,05 M. Campuran zeolit dan larutan (U,Mo) diaduk menggunakan alat homogenisasi yang berputar dengan kecepatan 30 rpm selama 4 jam. Setelah itu campuran disaring untuk memisahkan rasa padat dan rasa cair atau fiJtratnya yang kemudian filtrat ditentukan kadar U, Mo nya dengan alat spektrometer pendar sinar -X dan spektrometer serapannyaJaatom.
3. Kajian
pengaruh
keasaman
larutan
campuran (U,Mo) ZeoJit dengan ukuran butir -100 +200 mesh, suhu kalsinasi 200 DC sebanyak 5 g ditambahkan masing-masing larutan campuran CU,Mo) dengan U = 31.000ppm, Mo = 100 ppm di dalam H2SO4: 0,05 ; I ; 2 ; 3 ; 4; dan 5 M. Selanjutnya dikerjakan seperti cara kerja no.2.
KERJA
Bahan Bahan yang dipakai untuk penelitian ini adalah HCI, ~CI, UO2(NO3h. 6 H2O, (NH4)6Mo7O24.4 H2O, H2SO4 dari E. Merck, air suling daD zeolit alam dari desa Sum, Gedang sari, kabupaten Gunung Kidul yang mempunyai kandungan SiO2 = 62,75 % , Al2O3 = 13,63 %, Fe203 = 2,12 %, CaD = 3,42 %, MgO = 0,87 %, Na20= 1,32 %, K2O = 1,39 %.
Alat Penggojokputar : R.R Mini, Karl Kolb, D6072, neraca Sartorius 2462, spektrometerpendar sinar -X (MCA-ORTEC-7010), spektrometer serapannyala atom (AAS) tipe AA-300 P buatan Varian Tehtron, Austria, tungku Logotherm (programcontrollerC-19),pengayakHAVER EML, mortir agateclanperalatangelas.
4. Kajian pengaruh ukuran butir zeolit Zeolit basil kalsinasi pacta suhu 200 DC dengan ukuran butir yang bervariasi : -50 +100, 100 +200, -200 +325, -325 +400, dan -400 mesh masing-masing sebanyak 5 g ditambah 20 ml larutan campuran (U,Mo) dengan U = 31.000 ppm , Mo = 100 ppm di dalam H2SO40,05 M. Selanjutnya dikerjakan seperti cara kerja no.2. 5. Kajian pengaruh waktu pemisahan Zeolit dengan ukuran butir basil kondisi optimum kajian no.4 yang dikalsinasi pacta suhu 200 DC sebanyak 5 g ditambah 20 ml larutan campuran (U,Mo) dengan U = 31.000 ppm, Mo = 100 ppm di dalam H2SO4 0,05 M. Masing-masing campuran zeolit dan larutan (U,Mo) diaduk menggunakan alat homogenisasi yang berputar dengan kecepatan 30 rpm selama : I, 2, 3, 4 dan 5 jam. Selanjutnya dikerjakan seperti cara kerja no.2.
HASIL
Tata kerja 1. Aktifasi zeolit Zeolit alarn dari Gunung Kidul yang telah digerus berukuran antara 50 sarnpai 200 mesh ditimbang sebanyak1 kg kemudian dimasukkanke dalam bekerglas clan ditambahkan HCI 0,1 M
ISSN 0216-3128
sebanyak I I , diaduk dan direndam selama 24 jam. Setelah itu zeolit dicuci dengan air suling dan selanjutnya direndam dengan ~CI 0,5 M selama 24 jam. Zeolit dicuci kembali dengan air suling , selanjutnya dikalsinasi pacta suhu bervariasi sampai 800 DCselama 4 jam.
DAN PEMBAHASAN
Aktivasi zeolit yang telah dilakukan dimaksudkanuntuk meningkatkanaktivitas zeolit, baik sebagai adsorben maupun sebagai penukar kation. Padapercobaanini dilakukandengan2 cara, yaitu secarakimia daDfisis.
Teknologi Proses
Subaaiono. dkk
~
ProsidingPerlemuandan Presentasillmiah P3TM-BATAN,Yogyakarla14-15 Ju/i 1999
BukuII
Cara kimia dengan menambahkan bahan kimia, pertama mencuci zeolit dengan larutan HCI 0, I M yang bertujuan menghilangkan bahan-bahan organik clan logam-logam pengotor yang ada pada mineral zeolit. Kedua dengarl menambahkan larutan N~CI 0,5 M bertujuan untuk mengganti ion logam yang terikat dalam zeolit pada ikatan Si, Al dengan N~ +(sebagai kation).
dengan naiknya nilai suhu kalsinasi sedang untuk molibdenum adalah sebaliknya. Pada suhu 200 DC terjadi selisih nilai yang terbesar antara efisiensi penyerapan uranium daD molibdenum atau dengan kata lain nilai faktor pemisahan (U ,Mo ) adalah terkecil yaitu 0,5 , hal ini karena molekul air yang menutupi permukaan/ rongga zeolit telah menguap, menurut Keer ( S) pada suhu 200 DCion amonium di
Perubahanyang tampak dengan adanya perlakuan aktivasi secara kimia adalah perubahan wama zeolit, daTi coklat kehijauan menjadi coklat muda, hal ini dikarenakan unsur pengotor yang terikut telah dipisahkan. Aktivasi secara fisis adalah kalsinasi, yaitu memanaskan zeolit yang telah melalui tahap pencucian/aktivasi kimiawi, dengan menggunakan tungku listrik, pada suhu sampai 800 DC selama
beberapajam. Pengaruh suhu kalsinasi pada pemisahan U, Mo Kalsinasi terhadap 2:eolit bertujuan untuk meningkatkan derajat kekristalan, menguapkan molekul air yang menutupi pentlukaan/rongga zeolit clan menghilangkan bahan organik. Suhu kalsinasi zeolit dikaji pada penelitian ini bervariasi dari 100 DC sampai 800 DC, selama 4 jam. Larutan umpan campuran (U,Mo) yang akan dipisahkan mengandung U = 31.000 ppm clan Mo = 100 ppm, keasaman 0,05 M H2SO4. Pemisahan dikerjakan dengan alat homogenisasi yang berputar 30 (pm selama 4 jam. Hasil pemisahan dapat disajikan pada gambar I.
0)
23456189 SuhuKalsms
(x 100 C)
Gambar1a. Hubungan suhu kalsinasi dengan efisiensipenyerap,::n U dan Mo .:
1
dalam zeolit mulai terdekomposisi (deaminasi) dengan persamaanreaksi sebagai berikut : 200 DC NH4AISi 06
HAl Si 06+ NH3t asam Bronsted
(5)
Pactasuhu kalsinasi lebih tinggi dari 200 °c zeolit yang mempunyai sifat sebagai asam Bronsted akan berubah secara sempuma menjadi zeolit yang bersifat basa Bronsted dan asam Lewis dengan melepaskan air pacta suhu 400 -500 °c, maka nampak pacta basil penelitian ini bahwa adanya perubahan tersebut nilai dari efisiensi penyerapan uranium cenderung turun dan efisiensi penyerapan molibdenum bertambah besar. Oleh karena itu untuk pemisahan campuran CU,Mo) menggunakan zeolit ini dipilih suhu pemanasan 200 °C. Pengaruh keasaman larutan umpan (U,Mo) Keasaman larutan umpan dinyatakan dalam molar H2SO4.Larutan umpan campuran (O,Mo), 0 = 31.000 ppm dan Mo = 100 ppm dibuat dalam kondisi asam sulfat dengan konsentrasi bervariasi dari 0,05 sampai 5 M, dengan tujuan agar unsur yang akan dipisahkan mempunyai bentuk spesies yang berlainan pacta tiap-tiap konsentrasi keasaman dan terjadi kompetisi dari dua unsur tersebut. Hal ini berdasarkan sifat daripada uranium dan molibdenum yaitu bahwa pacta konsentrasi H2SO4,yang rendah mereka berada dalam spesies 00;+ dan MoO;+, tetapi hila konsentrasi H2SO4.tinggi mereka berada dalam spesies 002(S04)3-4 dan MoOiS04)3-4 yang tidak dapat dipisahkan dengan cara ini. Perlakuan variasi keasaman menggunakan zeolit dengan suhu kalsinasi 200 °c dan ukuran butiran -100 +200 mesh. Hasil penyerapan pacta pengaruh keasaman disajikan pactagambar 2. ~
550
0,6"
40
~ 0,4 ~ ... 0,2
;.30 ,
"
.;:20
0
1
I
~,~U
.~10 ...
3
Mo'
w
SuhuKalsmsi (1: 100 C)
0,05
Gambar lb. Hubungan suhu kalsinasi dengan faktor pemisahanU-Mo Dari gambar 1 terlihat bahwa nilai efisiensi penyerapan uranium cenderun;g bertambah besar
Subagiono, dkk
200.C ~
"" ~'60
~'" 0,9 .~
241
1
2
3
4
5
6
M H2SO4
Gambar2a. Hubungan keasamanumpan (U; Ma) denganefisiensipenyerapannya
Teknologi Proses
ISSN 0216-3128
242
Gambarlb. Pengaruh keasamanumpan (u; Mo) terhadapfaktor pemisahan Padakonsentrasikeasaman0,05 M terlihat nilai efisiensi penyerapan uranium maupun molibdenum menunjukkan basil yang tertinggi , namun hila dilakukan pada konsentrasikeasaman yang lebih rendah(misainya 0,001M), maka akan terjadi sedikit endapan putih kekuning-kuningan padalarutan campuran,diperkirakanadalahendapan H2MoO4karenaUO/+ sangatstabilpadapH 2 -2,5 atau lebih rendah. Hal ini tidak dikehendakikarena pengkajianpemisahandenganmenggunakanzeolit tidak dapat dilakukan. Pada konsentrasikeasaman 0;05 M H2SO4terjadi selisih nilai yang terbesar antara efisiensi penyerapan uranium clan molibdenum dan nilai faktor pemisahan yang terkecil yaitu 0,5 , makapactakonsentrasikeasaman 0,05 M bisa disebut sebagaikonsentrasikeasaman optimum. Efisiensi penyerapanmolibdenummenunjukkan cenderungturun denganbertambahbesarnya konsentrasikeasaman,hal ini dimungkinkankarena zeolit tidak stabil dengan keasamanyang makin tinggi. Untuk meningkatkan kesetabilan zeolit dalam suasanaasammaka dapatdilakukan dengan jalan mengurangi kandungan aluminium dalam strukturdasarzeolit (dealuminasi). Pengaruh Ukuran Butir Zeolit Ukuran butir sangatberpengaruhterhadap proses penyerapan, semakin halus partikel zeolit maka akan mempunyai luas permukaan yang semakin besar, sehingga mampu menyerap lebih banyak partikel yang akan dipisahkan. Variasi ukuran butir dikerjakan daTi-50 sampai-400 mesh menggunakanzeolit yang dikalsinasidengan suhu 200 DC. Umpan larutan campuran (U,Mo), U = 31.000 ppm daDMo = 100ppm, dengankeasaman 0,05M H2SO4-Hasil percobaanvariasiukuran butir dapatdilihat pactatabeldibawahini. UkuranButir Zeolit(Mesh) -50+100 -100 +200 -200 +325 -325 -+400 -400
ISSN 0216-3128
ProsidingPertemuandan Presentasillmiah P3TM-BATAN,Yogyakarta14-15 Juli 1999
Buku II
34,96 37,48 37,51 41,24 47,31
54,64 54,76 60,51 63,67 64,67
Dari tabel di atas terlihat bahwa semakin kecil ukuran butir maka efisiensi penyerapan uranium maupun molibdenum akan semakin besar, hat ini karena luas permukaan dari zeolit bertambah besar, sehingga daya serapnya meningkat. Kondisi penyerapanyang optimum terjadi pada ukuran butir -200 +325 mesh, karena pada kondisi ini terjadi selisih nilai efisiensi penyerapan uranium clan molibdenum yang terbesar serta ni1ai faktor pemisahan yang terkecil yaitu 0,3917. Pada kondisi ukuran butir -325 +400 mesh menunjukkan efisiensi penyerapan uranium maupun molibdenum yang tertinggi, namun tidak bisa diambil sebagai titik optimum karena nilai selisihnya lebih kecil dibandingkan pada kondisi ukuran butir -200 +325
mesh Pengaruh waktu pemisahan Semakin lama kontak antara rasa air yang terdiri dari larutan umpan (U ,Mo) dengan rasa padat yaitu zeolit maka efisiensi penyerapan uranium maupun molibdenum akan semakin besar, akan tetapi pada suatu saat tertentu nilai faktor pemisahan akan tetap karena telah tercapai keseimbangan sistem. Larutan umpan campuran (U,Mo), U = 31.000 ppm clan Mo = 100 ppm, keasaman 0,05 M H2SO4dicampur di dalam alat homogenisasi dengan zeolit berukuran butir -200 +325 mesh, pada kecepatanputar 30 rpm selama waktu yang divariasi hingga 5 jam.. Hasi1 yang diperoleh adalah seperti terlihat pada gambar 3. ~
~ ~
" ..
0-
~
~
~
5
~ ~
0123456 WakluPenisalJan(jam)
Gambar3a. Hubungan antara waktu pemisahan dengan efisiensi penyerapan U dan Mo 0,42 0=0,4(.
~.IX
0,4
.
~ 039 ~"03' 8" (l,
.. 0' c~37 ~
FaktorPemisahan 0..36 .1 3 4 5 6 U,Mo Wiliu Periisahan(jam) 0,4463 0,4953 Gambar3b. Hubungan antara waktu pemisahan 0,3917 denganfaktorpemisahanU-Mo 0,4005 0!4~
Teknologi Proses
Subagiono. dkk
ProsidingPeltemuandan PresentasiIlmiah P3TM-BATAN,Yogyakalta 14-15 Juli 1999
Buku II
Melihat garnbar 3b maka pemisahan campuran (U,Mo) dengan waktu pemisahan selarna I jam dan seterusnya memberikan nilai faktor pemisahan yang dapat dianggap tetap, maka kondisi pemisahan yang optimum dipilih I jam dengan faktor pemisahan 0,4.
products of ammonium zeolite Y, J. Catal. 15 (1969),200 -204
TANYA
:
» Kationapasajayangdigantikanoleh NH.j+? » Apakah mungkin kation NH.j+ dapat mengganti
Zeolit alam dari desa Suru, Gedang sari, kabupaten Gunung Kidul dapat digunakan untuk memisahkan campuran (U,Mo) dengan cara batuan zeolit dihancurkan menjadi butiran kemudian dicuci dengan larutan HCI 0,1 M, diaktitkan melalui pertukaran ion menggunakan larutan N~CI 0,5 M clan selanjumya dikeringkan .lewat pemanasanpada suhu 200 °C. Adapun pemisahan campuran (U,Mo) dilakukan dengan menggun,tkan zeolit berukuran butir -200 +325 mesh untuk kadar U = 31.000 ppm clan Mo = 100 ppm di dalam larutan H2SO40,05 M dengan waktu pemisahan 1 jam. Melalui cara ini diperoleh hasil faktor pemisahan (U,Mo) = 0,4.
KASIH
Al danSi ? R. Subagiono
:
~ Kation yang digantikan oleh NH4+ adalah kation logam alkali dan alkali tanah (K, Na+, Bal+, C~+ dan Mi+) yang terikat zeolit. ~ Tidak dapat, karena Al don Si adalah pembentukstruktur kerangka tiga dimensi yang mempunyaisisi aktif sehinggaberlaku sebagaipenukarkation. Djoko Sardjono
:
» Mengapa efisiensi pemisahanU lebih rendah daripadaMo, mengingatukuran partikel U lebih besardaripadaMo dan muatanU (Uoli dan Mo (MoO221sarna?
Bersamaini diucapkanterima kasihkepada Sdr. Purwoto dan Mulyono (teknisi senior BTFKP3TM), Sdr. Atok Suhartanto(mahasiswaPA1NBAT AN Yogyakarta) yan,g telah membantu penelitianini.
DAFTAR
-JAWAB
Sahat Simbolon
KESIMPULAN
UCAP AN TERIMA
243
PUSTAKJ~
R. Subagiono
:
~ Betul I, efisiensipemisahanU lebih rendah daripada Mo, disebabkankarena muatanU (UO/+) dan Mo (MOO11+) sarna sedangkan ukuranpartikel U lebih besar daripada Mo maka kemampuantarik dari zeolit sebagai penukar ion lebih besar terhadap Mo daripadaU
1. HARJANTO dan SARNO, , Lempung Zeolit Iswani Dolomit dan Magnesit, Pusat Pengembangan » Bagaimanaefektifitas pemisahancarnpuranU dan Mo denganzeolit ? Dari nilai ekonominya Teknologi Mineral,Bandung(1987) apakahpemisahanini menguntungkan, mohon 2. MINA TO, H., Zeolite: Its Natural Resources and Utilization, CeramicJapan,10 (1975),941 dijelaskan. 957 R. Subagiono : 3. BARRER, R.M., Zeolite and Clay Minerals as ~ Berdasarkanhasil penelitian di alas dimana Sorbents and Moleculair Sieves, Academic laktor pemisahan (u; Mo) = 0,4 ,. ini Press,London(1978) menunjukkan bahwa campuran tersebut 4. NACHOD, F.C. and JACK SCHUBERT, Ion dapat dipisahkan secara bertingkat. Exchange Technology, Academic Press Inc. Mengingat harga zeolit murah don dapat Publishers,New York (195~5) diregenerasi maka proses ini cukup 5. KEER, G.T., "Chemistry of ,crystalline ekonomisdan menguntungkan. aluminosilicates VII", Thermal decomposition
Subagiono,
dkk
T eknologi Proses
ISSN 0216-3128
