KAJIAN PEMISAHAN ZIRKONIUM DAN HAFNIUM DENGAN PROSES PERTUKARAN ION

Ign. Djoko Sardjono, dkk.

ISSN 0216 - 3128

KAJIAN PEMISAHAN ZIRKONIUM DENGAN PROSES PERTUKARAN ION

97

DAN

HAFNIUM

Ign.Djoko Sardjono, Muhadi A.W., Dwi Byantoro dan Tri Handini Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan – BATAN, Yogyakarta

ABSTRAK KAJIAN PEMISAHAN ZIRKONIUM DAN HAFNIUM DENGAN PROSES PERTUKARAN ION. Telah dikaji ulang pemisahan zirconium(Zr) dan hafnium (Hf) yang mempunyai kemiripan dalam sifat kimia , tetapi berbeda secara signifikan dalam sifat fisisnya yakni berat atom Zr dan Hf adalah 42 dan 70 dan tampang lintang serapan neutron Zr dan Hf adalah 0,18 dan 115 barn serta densitas Zr dan Hf pada suhu 20°C ialah 6,49 dan 13,09 g/cm3. Penggunaan proses pertukaran ion untuk pemisahan kedua unsur tersebut merujuk pada teori fundamental yang melandasi konsep pemisahannya yakni adanya sifat adesif sebagai akibat dari adanya daya tarik Coulombic dari gugus aktif bahan penukar ion terhadapi ion-ion Zr/Hf yang berada disekeliling gugus aktif tersebut. Daya tarik Coulombic tersebut direpresentasikan sebagai satu bentuk energi ikat yang besarnya tergantung pada afinitas ion Zr dan Hf pada ion-ion bahan penukar ionnya.Dengan mengetahui afinitas atau energi ikat Zr and Hf dengan gugus aktif ion-ion dari bahan penukar ionnya, maka kemungkinan terjadinya pemisahan Zr dan Hf secara efektif dapat diprediksikan.

ABSTRACT STUDY ON THE SEPARATION OF ZIRCONIUM AND HAFNIUM USING ION EXCHANGE PROCESS. The separation of zirconium (Zr) and hafnium (Hf) as a chemically twin elements, but their physical properties are signifantly different namely the atomic weights of Zr and Hf are 42 and 70 and the cross section of neutron absorption of Zr and Hf are 0.18 and 115 barns as well as the densities of Zr and Hf are 6.49 and 13.09 g/cm3 have been reviewed. The application of ion exchange process for separating those elements refers to a fundamental theory underlined the separation principal that there will be an adhesive properties of which due to Coulombic attraction force from an active group of the exchanging ions to the Zr and Hf ions surrounding those active ions. The Coulombic attraction force is represented as a binding energy which its extent is dependent on the affinities of Zr and Hf ions on the exchanger ions. Knowing the affinities or the binding energies of Zr and Hf ions to the active group of the exchanging ions, therefore the separation of Zr and Hf is probably predicted.

PENDAHULUAN

C

adangan Zr dari pasir zirkon di Indonesia khususnya di Kalimantan dengan mineral mentahnya yang mengandung zirkon dalam bentuk ZrO2 berkadar 45,39- 65% (Dwi Retnani, 2009)[1] yang prospektif untuk ditambang dan dikembangkan potensi penggunaannya baik sebagai bahan industri nuklir dan non-nuklir terus dilakukan sampai saat ini. Program BATAN yang saat ini memfokuskan bahan sumber energi alternatif untuk kepentingan operasional reaktor nuklir generasi terbaru yakni reaktor suhu tinggi (RST) berbahan bakar kernel sebagai primadona sumber energi dimasa mendatang. Untuk merealisasikan kemungkinan deployment RST di Indonesia, BATAN mempersiapkan paket program yang berorientasi untuk penempaan kemampuan pembuatan bahan bakarnya yang berbentuk coated particle dengan bahan dukung di antaranya adalah zirkonium.

Menurut MUZAFFAR dan ZAIDI (1977) [2] zirkonium (Zr) dan hafnium (Hf) adalah unsurunsur yang masuk golongan IV-B dalam tabel periodik unsur. Oleh karenanya keduanya punya kemiripan sifat kimia demikian juga dengan unsur titanium (Ti) dan torium (Th), sehingga Zr dan Hf dikatakan sebagai unsur yang kembar sehingga menyulitkan dalam proses pemisahan keduanya. Keberadaan salah satu dari mereka yakni hafnium dalam reaktor nuklir berpotensi menurunkan produksi neutron yang esensial dalam mempertahankan reaksi fisinya karena tampang serapan neutron Hf = 115 barn cukup besar sekitar 600 kali tampang lintang serapan neutron dari Zr =0,18 barn (BENEDICT, 1981)[3]. Sedangkan Zr sendiri sebagai bahan potensial untuk pengganti SiC sebagai bahan pelapis dari coated particle, sehingga diperlukan teknologi pemisahan secara serial yang sangat efektif memisahkan Zr dan Hf sampai diperoleh Zr murni

Prosiding PPI - PDIPTN 2010 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 20 Juli 2010

98

ISSN 0216 - 3128

nuklir dengan tingkat pengotor Hf yang kadarnya paling besar 100 ppm. Pemisahan kedua unsur Zr dan Hf dari bahan mentahnya berupa pasir zirkon (BENEDICT, 1981)[3] dengan mineral utama Zr ialah zirkon dalam bentuk ZrSiO4 atau Hf SiO4 dan baddeleyit (ZrSiO2/HfSiO2) dan bijih Zr dalam bentuk orto silikat ZrSiO4 yang mengandung 67,2% ZrO2 dan 32,8% SiO2 dan baddeleyit (ZrSiO2) yang hampir murni mengandung 96,5 – 98,9% ZrO2 dan 1,0 – 1,8% HfO2. Kelimpahan Zr konsentrat di alam 0,028% dan selalu disertai Hf sebagai unsur ikutannya dengan kadar 0,5-2%. Dalam bentuk kosentrat Zr selalu terikut mineral-mineral rutil (TiO2) dan ilmenit (FeTiO3) dan monazit. Pemisahan Zr dan Hf sampai derajad kemurnian tertentu harus melalui beberapa tahapan proses yang bertujuan untuk menghilangkan mineral-mineral dan unsur-unsur ikutannya mulai dari peleburan sampai ke bentuk serbuk dengan kehalusan tertentu yang sesuai untuk proses pelindian baik dengan air dan asam (HCl/H2SO4) untuk menghilangkan pengotor seperti rutil (TiO2) dan ilmenit (FeTiO3) dan monazit , kemudian diteruskan ke penghilangan logam lain selaku pengotor seperti Fe (yang bisa memacu terjadinya proses polimerisasi ) dengan proses ektraksi, stripping dan scrubbing serta pemisahan Zr dan Hf sendiri dengan proses pertukaran ion sampai dicapai kemurnian Zr berderajad nuklir. Pemilihan teknologi penukar ion sebagai tahapan lanjut dari teknologi proses ekstraksi , stripping dan scrubbing diharapkan bisa dipakai sebagai teknologi alternatif untuk meningkatkan hasil pemisahan Zr dan Hf dengan kadar Hf maksimum dalam Zr tidak lebih dari 100 ppm. Pencapaian dari tingkat kemurnian Zr dengan proses pertukaran ion, perlu didukung dengan kemampuan pemahaman teori fundamentalnya yakni adanya teori kisi kristal dimana kation dan anion yang menjadi tulang punggung terjadinya mekanisme pertukaran ion bias dijadikan objek dari kajian ilmiah. Applikasi dari teori ini memungkinkan kita untuk merekayasa bahan mineral alami (seperti lempung dan zeolit serta bahan lainnya yang mengandung aluminium silikat sebagai kerangka kristal dan kation/anion yang berfungsi sebagai gugus aktif dalam pertukaran ion dengan kation/anion dalam larutan yang akan dipisahkan/dimurnikan) menjadi membran permiabel yang selektifitasnya tinggi untuk unsur logam tertentu, dengan demikian hasil rekayasanya bisa difungsikan sebagai bahan isian dalam kolom penukar ion untuk pemisahan zirkonium (Zr) dan hafnium (Hf).


Teori yang berikutnya ialah adanya lapisan kembar listrik dan membran Donnan ; Dari applikasi kedua teori ini kita bisa merekayasa bahan yang akan dimurnikan (umpan Zr dan Hf) ke dalam bentuk spesies yang berbeda maupun ke dalam sistem elektrolitik dan koloidal yang memungkinkan hanya salah satu dari Zr atau Hf yang bisa mendiffusi kedalam sistem membran Donnan tersebut , sehingga Zr dan Hf nya bisa terpisah sampai tingkat kemurnian Zr yang kita inginkan (kandungan Hf dalam Zr ≤ 100 ppm). Metode paling awal yang digunakan dalam pemisahan Zr dan Hf ialah dengan kristalisasi fraksionasi garam ammonium florida atau distilasi fraksionasi senyawa klorida. Sejak Zr dipilih sebagai material dukung untuk program reaktor nuklir di tahun 1940 an, metode pemisahan terus dikembangkan. Proses ekstraksi cair-cair menggunakan berbagai solven dan pertukaran ion dengan pengembangan sistemnya sampai saat ini masih menjadi pilihan untuk pemurnian Zr dengan kandungan Hf tidak lebih dari 100 ppm. Dalam kajian ini, teknologi penukar ion sebagai salah satu teknik pemisahan Zr dan Hf yang sistem operasionalnya berkembang dari yang konvensional (batch, kolom, membran permiabel/selektif ) sampai dengan yang memenuhi kekinian (khromatografi penukar ion) bisa dielaborasi sampai diperoleh satu sistem yang secara effektif bisa memisahkan Zr dan Hf, sampai kemurnian Zr berderajad nuklir yakni kandungan Hf dalam Zr nya tidak lebih dari 100 ppm. Diharapkan dari hasil kajian ini, akan diperoleh parameter proses yang bisa dipakai sebagai rujukan/referensi untuk melakukan kajian eksperimental, sehingga bisa dicapai hasil pemisahan Zr dan Hf yang efektif dan efisien.

METODOLOGI Target perolehan hasil pemisahan Zr dan Hf dengan kemurnian berderajad nuklir yakni dengan kadar Hf dalam Zr tidak lebih dari 100 ppm hanya bisa dicapai dengan pemilihan teknologi pemisahan yang sesuai dan bertahap mulai dari pencucian bahan mentah dari pasir zirkon (ZrO2), yang dilanjutkan dengan peleburan sampai tingkat kehalusan tertentu (bentuk serbuk berukuran 100200 mesh) , kemudian diteruskan ke proses pelindian dengan air untuk menghilangkan pengotor seperti silikat dan ilmenit serta rutil , kemudian dilanjutkan ke proses pelarutan dengan NaOH menjadi natrium zirkonat (Na2ZrO3) yang kemudian dilindi dengan asam HCl sehingga terbentuk zirkonil oksi klorida ZrOCl2 yang siap sebagai umpan untuk proses pemisahan lanjut baik melalui



ISSN 0216 - 3128

ekstraksi , stripping, dan scrubbing untuk memperoleh Zr yang bersih dari kandungan logamlogam lain seperti Fe, dan Si tetapi masih terikut Hf dengan kadar masih diatas 100 ppm , sehingga perlu diproses lanjut dengan pertukaran ion yang diharapkan bisa menurunkan kadar Hf dalam Zr lebih kecil atau sama dengan 100 ppm. Secara skematis tahapan proses tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :

Reaksi–reaksi yang terjadi pada tahapan proses di atas meliputi : Peleburan ZrO2.SiO2 + 2 NaOH → Na2ZrO3 + 3 H2O+SiO2 (1) Pelindian Na2ZrO3 + 2 HCl → ZrOCl2 + 2 NaOH

(2)

Pemisahan Zr dan Hf dengan Proses Pertukaran Ion Penyiapan umpan untuk proses pertukaran ion ZrOCl2 + H2SO4 → ZrOSO4 + 2 HCl

(3)

Pemisahan Zr dan Hf dengan proses pertukaran ion ZrOSO4 + 2NaR → ZrOR + Na2 SO4

(4)

HASIL DAN PEMBAHASAN Setiap tahapan proses mulai dari penyiapan umpan untuk peleburan sampai dengan pemisahan Zr dan Hf sampai kemurnian nuklir perlu didukung dengan penguasaan teori yang fundamental, sehingga memungkinkan terealisirnya kajian ilmiahnya yang melandasi kemurnian hasil proses. Bahan dasar untuk pembuatan ZrO2 sponge berasal dari mineral lokal berupa pasir zirkon dari kawasan tambang di Kalimantan dengan formula kimia ZrO2.SiO2 atau ZrSiO4 (bijih ortosilikat) yang mengandung 67,2% ZrO2 dan 32,8% SiO2 dan 1,0 – 1,8% HfO2 (ZAIDI, 1977)[2]. Pentahapan proses pemisahan Zr dan Hf sampai dicapai kemurnian Zr berderajad nuklir, mencakup juga pemahaman dalam penyiapan umpannya dari mineralnya ke bentuk senyawa Zr dan Hf yang sesuai. Mengingat sifat fisis dan kimia senyawa Zr dan Hf yang mirip, sehingga perlu dikondisikan agar penyiapan umpan melalui pembentukan senyawanya yang memungkinkan

99

untuk diumpankan ke dalam proses pemisahan tertentu. Misalnya dalam kedua bentuk senyawa ZrCl4 dan HfCl4 bisa membentuk larutan padat yang dapat campur (miscible solid solution) dengan titik lebur yang hampir sama (BENEDICT, 1981 )[3], sehingga pemisahan dengan kristalisasi fraksional tidak memungkinkan. Keberhasilan proses pemisahan Zr dan Hf secara substansial bisa dicapai dengan memanfaatkan perbedaan kelarutan dari senyawa tersebut dalam air, solven organik, garam rangkap (fused salt), atau metal-metal cair. Larutan akueous dari senyawa Zr dan Hf dapat diperoleh dengan melarutkan hidroksida Zr dan Hf ke dalam larutan asam kuat yang sesuai misalnya HNO3 membentuk garam zirkonil sebagai ZrO(NO3)2 yang lebih mudah terekstrak ke dalam solven TBP dari pada ZrO(NO3)2.2H2O yang berasal dari hidrolisa ZrO/HfO dalam HNO3 encer pada suhu di atas 15° C. Secara teoritis menurut KRISHNA G.GOPI , et al. (2004) [4] dari hasil studi komputasinya untuk terjadinya pemisahan Zr dan Hf dalam pemanfaatan proses ekstraksi cair-cair tergantung pada besarnya interaksi antara ligan (solven) dengan senyawa komplek metalik dari Zr dan Hf yang teknologinya perlu dikuasai karena banyak tantangan yang mungkin bisa menjadi penghambat terhadap keberhasilan proses pemisahan ini. Tantangan tersebut diantaranya ialah dalam pemilihan solvennya yang harus memenuhi efisiensi dan keselamatan lingkungan. Metil iso butil keton (MIBK) merupakan solven yang efektif memisahkan Hf , sedangkan solven TBP efektif untuk pemisahan Zr. Pemahaman tentang terjadinya interaksi antara Zr/Hf dengan TBP/MIBK, termasuk didalamnya mengestimasi besarnya energi ikatan antara kompleks Zr/Hf dan TBP/MIBK akan memungkinkan dicapainya hasil desain yang lebih baik dan pemilihan solven yang lebih aman terutama untuk lingkungan. Hasil kajian pustaka KRISHNA G.GOPI , et al.(2004)[4] mengindikasikan bahwa metode fungsional densitas (DFT) yang berbasis kimia kwantum merupakan sarana yang baik untuk mengkaji keberhasilan interaksi komplek Zr/Hf sebagai unsur-unsur metal dengan solven-solvennya yang bertindak sebagai ligannya. Ekspektasinya yalah bahwa konsep yang dipakai oleh KHRISNA dkk. tersebut bisa dipakai sebagai referensi untuk dianalogikan dengan pembentukan spesies dari ligan dan bahan kationik/anioniknya yang bisa dipertukarkan dengan bahan anionik/kationik dari Zr dan Hf yang akan dipisahkan dengan bahan penukar kation/anion yang sesuai. (Lihat Tabel 1 dan Gambar 1. berikut)



ISSN 0216 - 3128

100

Tabel 1. Perbandingan Struktur Kristal MCl4.2THF yang diperoleh dari Metode Komputasi dan Referensi HF

B3LYP

BLYP

M-CL1

2.499 (2.516)

2.473 (2.493)

2.463 (2.486)

STRUKTUR KRISTAL (REFERENSI) 2.388 (2.425)

M-CL2

2.499 (2.516)

2.473 (2.493)

2.463 (2.486)

2.400 (2.422)

M-CL3

2.446 (2.458)

2.416 (2.434)

2.399 (2.424)

2.363 (2.397)

M-CL4

2.446 (2.458)

2.416 (2.434)

2.399 (2.424)

2.376 (2.389)

M-O1

2.206 (2.246)

2.229 (2.277)

2.334 (2.382)

2.196 (2.237)

M-O2

2.206 (2.246)

2.229 (2.277)

2.334 (2.382)

2.200 (2.229)

O1MCL3

85.7 (83.7)

84.9 (84.2)

84.2 (82.8)

86.0 (87.2)

O2MCL4

85.7 (83.7)

84.9 (84.2)

84.2 (82.8)

86.1 (86.6)

CL1MCL2

166.9 (164.9)

164.2 (162.5)

163.4 (162.1)

171.0 (170.4)

CL3MCL4

99.6 (100.2)

99.3 (99.8)

80.4 (100.5)

98.4 (98.5)

O1MO2

84.4 (84.2)

83.1 (83.1)

80.4 (80.2)

81.6 (81.2)

IKATAN

M = unsur logam Zr/Hf ; yang dalam kurung adalah data untuk unsur Zr ialah densitas Hf = 13,09 g/cm3 dan Zr=6,49 g/cm3 pada suhu 20 °C. (Zr ,Hf) O2 bersifat basa lemah yang mudah terhidrolisa membentuk garam zirkonil/hafnil seperti ZrO(NO3)2 atau HfO(NO3)2 dalam suasana asam kuat HNO3 .

Gambar 1. Struktur ikatan Zr-Hf dengan ligan dan unsur ionik Konsep yang diungkapkan oleh KRISHNA dkk. mengenai adanya terminologi energi yang membedakan kestabilan kompleks Hf dan Zr, bisa difungsikan sebagai bahan kajian untuk menguji metode komputasinya HATREE-FOCK (HF) dan Fungsional densitas (DFT) dengan melibatkan proses ekstraksi solven dengan metal-metal termasuk Hf & Zr berbasis Lan2dz. Dari hasil penelusuran pustaka (BENEDICT, 1981)[3] diperoleh beberapa data yang mendeskripsikan kelimpahan dan sifat-sifat dasar dari unsur Zr dan Hf yang melandasi penerapan teknologi pemisahannya. Sumber Zr dan Hf di alam ialah mineral zirkon dalam bentuk (Zr, HF)SiO4 dan baddleyit (Zr, Hf)O2.Tingkat kelimpahan Zr di alam 0,028 % yang melebihi unsur-unsur Cu, Pb, Ni dan Zn. Dan selalu disertai dengan Hf sebagai unsur ikutannya dengan kadar sekitar 0,5 -2%. Zr konsentrat biasanya bersama-sama dengan mineral rutil (TiO2) dan ilmenit (FeTiO3) dan monazit. Sifat kimia Zr dan Hf sama yang membedakan keduanya

Untuk penyiapan umpan ke proses ekstraksi bisa dengan fusi alkali yang dikembangkan oleh Ames Lab. Of USAEC dari zirkon + NaOH pada suhu 565 °C, kemudian digerus dan dilindi dengan H2O menghasilkan Na2SiO3 dan residu Na2ZrO3 yang kemudian dilindi dengan HCl menghasilkan ZrOCl2 yang siap diumpankan pada proses ekstraksi. Ada 3 metode pemisahan yang sudah diterapkan ke skala industri untuk pemisahan Zr dan Hf yakni kristalisasi fraksional dari senyawa fluoride ganda, solven ekstraksi senyawa thiosianat dengan hekson (MIBK) dan solven ekstraksi dari senyawa nitrat dengan TBP. Untuk kristalisasi fraksional melalui proses fusi fluorosilikat dengan reaksi sbb. ZrSiO4+K2SiF6 → K2ZrF6 (+K2HfF6) + 2SiO2

(5)

Beda kelarutan dari senyawa Hf dan Zr dalam 0,125 N HF dan suhu 20 °C ialah K2ZrF6 = 0,0655 gmol/l dan sebagai K2HfF6 = 0,1008 gmol/l yang menjadi pembeda untuk waktu kristalisasinya , dimana Hf lebih cepat terkristalisasi daripada Zr. Rasio kelarutan Hf/Zr pada kondisi tersebut 1,54, sedangkan dalam air (H2O) pada suhu 0 °C kelarutan (NH4)2HfF6 =0,890 gmol/l dan (NH4)2ZrF6 = 0,611 gmol/l dengan rasio kelarutan Hf/Zr pada kondisi tersebut 1,46. KAWECKI, HC. dalam BENEDICT (1981) [4] hal 333-334 memperoleh hasil rekristalisasi sebanyak 10 kali bisa



ISSN 0216 - 3128

menurunkan kadar Hf dari 2 % menjadi 0,1% (masih 10 kali dari derajad nuklir) , sedangkan setelah 16 – 18 kali rekristalisasi kadar Hf dalam Zr bisa menurun sampai dengan 0,003% ( sekitar 0,3 kali derajad nuklir) dengan hasil Zr sebanyak 80%. Dengan teknik rekristalisasi berulang ini dipandang kurang efektif , sehingga dicari alternatif lain yakni dengan menggantikannya dengan teknik ekstraksi menggunakan solven yakni senyawa hekson (MIBK) yang sesuai sebagai komponen ligan dan komponen kationik/anionik yakni tiosianat CNS- . Rafinat dari hasil ekstraksi yang menyisakan residu unsur kembar/biner Zr dan Hf kemudian bisa diproses lanjut dengan pertukaran ion menggunakan penukar kation Dowex50W-X8 atau penukar anion Dowex 1X4 dengan menganalogikan fungsi penukar kationik/anionik tersebut sebagai media pengganti peran solven (host) dalam ekstraksi. Dengan pertimbangan ada perbedaan fisis yang signifikan antara Zr dan Hf dengan NA Zr=40 & NAHf=72; Jari-jari atomik Zr : 1,45 Å dan Hf : 1,44 Å; sedangkan jari-2 ionik Zr4+ : 0,74 Å dan Hf : 0,75 Å. densitas Hf = 13,09 g/cm3 dan Zr=6,49 g/cm3 pada suhu 20 °C dan juga adanya korelasi antara energi ikat antara kation Zr/Hf dengan gugus aktif penukar kationik/anioniknya sesuai dengan kajian komputasi KRISHNA GOPI, et al. [4] ZOREH et al. (2005) [5] bahwa energi ikat Zr

(εDz )

ω (1- ε )

∂q = k0 a(C-C*) ∂θ =

R0

=

ω

= =

(8)

koeffisien dispersi angular dan aksial jari-jari rerata dari bed yang berbentuk annular kecepatan rotasi masing-masing adalah koordinat aksial dan angular

Bila dispersi angularnya bisa diabaikan, maka bisa digunakan persamaan dua dimensional steady state di atas dengan perubahan variable sbb.: (9)

Dimana :

θ ω t

= = =

Konsep pemisahan tersebut di atas diperkuat dengan kajian teoritis dan empiris yang dilakukan oleh JURBEN WOLFGANG dan ADALBERT PRIOR [5] yang dalam kondisi ajag/steady state bisa memperhitungkan neraca massanya berdasarkan korelasi matematis sebagai berikut:

εD z

∂2 C ∂Z

2

=ε

∂C ∂q ∂C + (1 − ε ) +u ∂t ∂t ∂z

(6)

Dengan Dz = koeffisien dispersi aksial, u = kecepatan superficial, ε = porositas, C dan q masing-masing adalah kadar Zr/Hf dalam fase padatan dan cairan, sampai dengan implementasi konsep gaya sentrifugal yang berkerja dalam sistem campuran biner Zr-Hf, yang memungkinkan Hf dengan nomor massa atom = 72 terpental/ terpisahkan dari Zr yang bernomor massa atom lebih kecil yakni = 40 dengan korelasi matematis untuk persamaan kontinyuitas dalam sistem kromatografi sebagai berikut:

Kemudian persamaan [3] dan [4] berubah menjadi persamaan [5] dan [6] seperti berikut :

(εDz )

∂z dan Dθ

θ = ω t’

sebagai ZrOCl2dengan media anionik SCN- lebih besar daripada energi ikat Hf dengan SCN- maka Zr dalam bentuk komplek ZrOSCN lebih terikat kuat dalam media anionik Dowex1X4 dan Hf dalam bentuk HfOCl2 yang nantinya bisa terlepas dalam proses elusi dengan H2O ke bentuk eluat HfOCl2, sehingga Zr dan Hf nya terpisah.

∂ 2 C εDθ ∂ 2 C ∂C ∂q ∂C + 2 = ωε + ω (1- ε ) +u (7) 2 2 ∂θ ∂θ ∂z R0 ∂θ ∂Z

Dimana :

z dan θ

101

sudut kecepatan rotasi waktu yang berubah/mengalami transformasi

Dan (1- ε )

∂ 2C ∂Z

2

=

ε

∂q ∂C ∂C +(1- ε ) +u , ∂t ' ∂t ' ∂z

∂q = k0 a(C-C*) ∂t '

(10)

(11)

KESIMPULAN 1. Teknologi pemisahan Zr-Hf sebagai unsur kembar dalam sifat kimianya bisa terealisir terutama berdasarkan pembedaan sifat fisis dari keduanya yang dominan ialah besarnya massa atom/nomor atomnya yakni untuk Zr= 40 dan Hf=72. Disamping itu dengan berpegang pada konsep fundamental untuk terjadinya pemisahan dari unsur kembar tersebut yakni bila mereka mempunyai sifat karakteristik sebagai faktor pembeda maka bisa diprediksikan akan terjadinya pemisahan keduanya di antaranya ialah dengan adanya perbedaan kestabilan


ISSN 0216 - 3128

102

energinya/energi ikatan misalnya menurut HF dalam Tabel 1 untuk HfCl3 = 2,499 dan ZrCL3 =2,516 kJ/mol (SHOHREH FATEMI et al.[4] and KRISHNA GOPI, G et al [5] ). 2. Demikian juga berdasarkan orientasi struktur ikatan antara Zr-Hf dengan ligan misalnya H2O atau substansi organik juga unsur kationik/anioniknya apakah susunan cis atau trans seperti Gambar 1. yang menyebabkan ikatan /struktur senyawa tersebut lebih stabil . 3. Pemisahan Zr-Hf tersebut akan lebih bermakna lagi jika konsep yang dikemukakan oleh BYERS CHARLES H et al.[6] JURBEN WOLFGANG dan ADALBERT PRIOR [7] bisa dikaji dan diterapkan secara eksperimental dengan teknologi pemisahan Zr-Hf secara kromatografi sampai diperoleh Zr berderajad nuklir.

UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada pimpinan di PTAPB-BATAN yang telah mendukung kajian ini dengan fasilitas internet, sehingga memungkinkan makalah ini untuk diwujud nyatakan.

ZEYNAB SALEHI,Ion Exchange Column Performance Model for Separation of Zr(IV) and Hf(IV) in Elution Process, J.Chem.Chem.Eng. Vol.26.No.3.(2007) 61-71. 5.

KRISHNA GOPI, G, REDDY SUDARSHAN , R, RAGHUNATH, P., BHANUPRAKASH, K., KANTAM LAKSHMI, M. and CHOUDARY, B.M, “ A Computational Study of Ligand Interactions with Hafnium and Zirconium Metal Complexes in the Liquid-Liquid Extraction Process”, J. Phys.Chem. B 2004, 108, 61126120.

6.

BYERS CHARLES H., SISSON WARREN G., SNYDER THOMAS S., BELESKI RICHARD J., FRANCIS TIMOTHY L.& NAYAK UMESH P. Zirconium and hafnium separation in chloride solutions using continuous ion exchange chromatography, United States Patent 5762890 (1998).

7.

JURBEN WOLFGANG & ADALBERT PRIOR” Continous Annular Chromatography”, Advances in Biochemical Engineering, Biotechnology.Vol.76.(1999).

TANYA JAWAB DAFTAR PUSTAKA 1.

DWI RETNANI, Komunikasi Pribadi (2009)

2.

MUZAFFAR, M.N.A and ZAIDI S, M.H. ,Production of Hafnium Free Zirconium Tetrachloride Fuel Material Group, Rawal Pindi, (1977).

3.

BENEDICT MANSON, PIGFORD THOMAS H. & LEVI HANS WOLFGANG, Nuclear Chemical Engineering, McGraw-Hill Book Company, New York, (1981) 333-334

4.

SHOHREH ZARNAGH,

FATEMI, MASOUD


HAMID FEIZY KALANTARI &


KAJIAN PEMISAHAN ZIRKONIUM DAN HAFNIUM DENGAN PROSES PERTUKARAN ION

Recommend Documents