PEMISAHAN U DARI Th PADA MONASIT DENGAN METODE EKSTRAKSI PELARUT ALAMINE Kurnia Trinopiawan, Riesna Prassanti, Sumarni, Rudi Pudjianto Pusat Pengembangan Geologi Nuklir – BATAN Kawasan PPTN Pasar Jum’at, Jakarta Selatan
ABSTRAK PEMISAHAN U DARI Th PADA MONASIT DENGAN METODE EKSTRAKSI PELARUT ALAMINE. Penelitian pengolahan monasit telah menghasilkan proses pengambilan rare earth (RE) dengan rekoveri sebesar 62% melalui tahapan dekomposisi, pelarutan parsiil, pengendapan pH 6,3, dan pengendapan pH 9,8. Upaya efisiensi proses dilakukan pada tahun 2009 dengan penggunaan resin penukar ion, dan rekoveri RE meningkat menjadi 85%. Selain RE, diperoleh pula uranium dan thorium tetapi keduanya belum terpisahkan satu sama lain. Penelitian pemisahan U dari Th dengan umpan larutan hasil pelarutan endapan pH 6,3 dengan H2SO4 dilakukan menggunakan metode ekstraksi pelarut, dan pelarut yang digunakan adalah campuran dari Alamine-336, kerosin, dan isodekanol. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi optimal pemisahan U dari Th dengan metode ekstraksi, dimana U terpisah dari Th semaksimal mungkin. Parameter penelitian meliputi pH umpan, perbandingan O/A, dan waktu ekstraksi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi optimal ekstraksi yaitu pH umpan 1,5 dengan perbandingan O/A = 5 dan waktu ekstraksi 5 menit, dan diperoleh persen terekstrak U sebesar 100% tetapi Th ikut terekstrak 32,44%. Dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa pada kondisi optimal tersebut, Th dapat terpisah dari U sebesar 67,56%. Kata kunci : pemisahan U, ekstraksi, alamine
ABSTRACT SEPARATION OF URANIUM FROM THORIUM IN MONAZITE BY ALAMINE SOLVENT EXTRACTION METHOD. The research of monazite processing have obtained the process to recover 62% of rare earth (RE) from following steps, such as decomposition, partial dissolution, precipitation at pH 6,3, and precipitation at pH 9,8. There was an increased efficiency of the process in 2009, when ion exchange is used in process development, and the RE recovery became 85%. Besides RE, monazite processing also produce uranium and thorium, but they not separated individually yet. The research of the U from Th separation from pH 6,3 precipitate dissolution by H2SO4, is carried out using solvent extraction method, which the extractant consist of Alamine336, kerosene, and isodecanol. This research is purposed to obtain the optimum condition of separation uranium from thorium with solvent extraction, where U separated from Th as best as it could . The research’s parameters are feed pH, O/A ratio, and extraction time. And the result showed that the optimum condition were 1,5 of pH, 5 of O/A ratio, and 5 minutes of extraction time, and the percentage of U extracted ISBN 978-979-99141-5-6
287
was 100%, but 32,44% of Th also extracted. From the result, it has a conclusion that 67,56% of Th could be separated from U. Key words : U separation, extraction, alamine
402.
PENDAHULUAN Kandungan unsur-unsur RE, U,
Hasilnya,
rekoveri
meningkat menjadi 85%
total [1]
RE
. Namun
Th dan PO4 dalam bijih monasit Bangka
selama ini, U dan Th sebagai hasil
cukup tinggi, yaitu rare earth (RE) = (50
samping produksi RE dari monasit masih
– 67)%, uranium (U) = (1500-3000) ppm
merupakan campuran, dengan kata lain
, thorium (Th) = (2,5–3,6)%, fosfat
belum terpisah secara individu. Oleh
(PO4) = (18-30)%. Penelitian terdahulu
karena itu diperlukan upaya lebih lanjut
telah
untuk
memperoleh
tahapan
proses
pengolahan monasit asal Bangka yaitu dekomposisi,
pelarutan
pemisahan
U
dari
Th
dari
campuran tersebut.
parsiil,
Ada
beberapa
metode
untuk
pengendapan (U,Th)OH pada pH 6,3,
memisahkan U dari Th, antara lain
dan pengendapan RE(OH)3 pada pH 9,8.
dengan ekstraksi pelarut, penukar ion,
Pelarutan pada proses tersebut dilakukan
pengendapan,
secara parsiil untuk melarutkan atau
penelitian ini difokuskan pemisahan U
memisahkan
endapan
dari Th dengan menggunakan metode
(U,Th,RE)OH yang merupakan hasil
ekstraksi pelarut, dimana pelarut organik
dekomposisi dan diperoleh rekoveri RE
atau ekstraktan yang digunakan adalah
= 62%, U = 3%, Th = 42%, dan fosfat =
Alamine-336
52%
RE
dari
[1]
. Pada residu (U,Th,RE)OH atau
Pada
tahun
dilakukan
atau
Pada
tri-octyl-amine
Uranium dalam larutan dapat berbentuk
2009
lain-lain.
dengan kerosin dan isodekanol.
sisa dari pemisahan RE masih terdapat RE sebesar 38%.
dan
maupun
kompleks kation.
netral,
Berdasarkan
anion, hal
penelitian peningkatan efisiensi proses
tersebut, pelarut organik dibagi menjadi
pengolahan monasit dengan mengambil
3 (tiga) kategori. Kategori pertama
RE yang terdapat pada endapan tersebut
adalah ether, trialkyl phospate, dan
menggunakan resin penukar ion IRA-
trialkyl
288
phospine
oxide
yang
ISBN 978-979-99141-5-6
[3]
mengekstrak kompleks netral. Kategori
atau sekunder
kedua
yang
sebagai solvent pada proses ekstraksi
Dan
dibatasi oleh berat molekulnya. Hanya
kategori ketiga adalah alkyl ortho-
amine dengan berat molekul 250 sampai
phosporic acid dan alkyl pyro-phosporic
dengan 600 yang dapat digunakan,
acid yang mengekstrak kation[2].
karena apabila di bawah 250 amine akan
adalah
mengekstrak
alkyl
kompleks
Uranium
amine anion.
maupun
. Penggunaan amine
thorium
mudah larut dalam air, sedangkan amine
terlarut dalam asam sulfat berbentuk
dengan berat molekul lebih dari 600
kompleks anion, yaitu UO2(SO4)34- atau
kelarutannya pada fase organik sangat
UO2(SO4)32-, dan Th(SO4)32-. Uranil
rendah [4].
sulfat terekstrak sangat baik dengan Alamine-336
yang
merupakan
jenis
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan
kondisi
optimal
dari
amine tersier (dengan berat molekul 388
ekstraksi, dimana U terpisah dari Th
– 391), sedangkan thorium sulfat tidak
semaksimal mungkin.
banyak terekstrak. Thorium sulfat lebih
Reaksi kimia yang terjadi pada ekstraksi
baik diekstrak dengan jenis amine primer
U adalah sebagai berikut [3]:
[(R3NH+)2SO42-]org
[2R3N]org + H2SO4
[(R3NH+)2SO42-]org + UO2(SO4)34-
[(R3NH+)4UO2(SO4)34-]org + 2 SO42-
Atau [(R3NH+)2SO42-]org + UO2(SO4)32-
Beberapa hal yang mempengaruhi proses ekstraksi antara lain jenis dan komposisi ekstraktan, terlarut
pH pada
dan kandungan larutan
[(R3NH+)2UO2(SO4)22-]org + SO42-
TATA KERJA Bahan : monasit Bangka, NaOH, HCl,
zat
NH4OH,
umpan,
Alamine-336
perbandingan O/A, waktu ekstraksi, dan
organik : aqueous (O/A), dan waktu
air,
(tri-octyl-
amine), kerosin, isodekanol,
lan-lain. Untuk penelitian ini difokuskan pada pengaruh pH umpan, perbandingan
H2SO4,
dan bahan kimia analisis. Alat
: magnetic stirrer, pH meter, vacuum
filter,
corong
ekstraksi. ISBN 978-979-99141-5-6
289
pemisah, stopwatch, peralatan
yang keruh. Sehingga dilakukan
gelas, dan spektrofotometer.
pengenceran hingga larutan tidak keruh.
Tata Kerja 1. Preparasi larutan (U, Th, RE)Sulfat. Monasit yang telah dipersiapkan
a. Pengaruh pH umpan.
dengan ukuran butir –325 mesh,
Ekstraktan
didekomposisi secara basa pada
adalah campuran Alamine-336,
O
yang
digunakan
C dalam waktu 4 jam.
kerosin, dan isodekanol dengan
Setelah selesai dilakukan pemisahan
perbandingan 5 : 93 : 2. Larutan
larutan fosfat dari endapan/residu
(U, Th, RE)Sulfat dan ekstraktan
hidroksida uranium, thorium dan
dimasukkan
RE.
dengan
beaker dengan perbandingan O/A
secara
= 2. Setelah itu diaduk selama 5
selektif/parsiil dengan HCl pada pH
menit, lalu dilakukan pemisahan
3,7. Setelah itu dilakukan pemisahan
organik dari aqueous dengan
padat
untuk
corong pemisah. Aqueous atau
memisahkan larutan RECl3 dari
rafinat yang diperoleh kemudian
residu hidroksida uranium, thorium,
dianalisa kadar U, Th, dan RE.
dan sisa RE. Residu ini dilarutkan
Hal ini dilakukan berulang kali
kembali dengan HCl pekat (residu :
dengan variasi pH larutan (U, Th,
HCl pekat = 1 : 2), dan dilakukan
RE)Sulfat, yaitu pH 0; 0,22; 0,5;
filtrasi untuk memisahkan residu
1; 1,5; 2; dan 2,5.
suhu 140
proses
yang
Proses
dilanjutkan
pelarutan
cair
tidak
didapatkan
290
2. Proses ekstraksi.
/
residu
filtrasi
terlarut.
Sehingga
larutan
uranium,
ke
dalam
gelas
b. Pengaruh perbandingan O/A. Dilakukan
ekstraksi
dengan
thorium, dan RE klorida. Kemudian
variasi perbandingan O/A 1; 2; 3;
dilakukan pengendapan U dan Th
4;
5
untuk
mencari
pada pH 6,3 dengan reagen NH4OH.
perbandingan
O/A
optimal.
Endapan yang diperoleh dilarutkan
Larutan (U, Th, RE)Sulfat dan
dengan H2SO4 pekat (residu : H2SO4
ekstraktan dimasukkan ke dalam
pekat = 1 : 1), dan terbentuk larutan
gelas beaker, lalu diaduk selama
dan
ISBN 978-979-99141-5-6
5
menit.
Larutan
aqueous
dipisahkan untuk dianalisa kadar
dipisahkan untuk dianalisa kadar
U, Th, dan RE.
U, Th, dan RE. c. Pengaruh waktu ekstraksi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
pH umpan dan perbandingan O/A optimal
yang
diperoleh
Hasil
dari
Pengaruh
umpan
pada
percobaan pertama dan kedua
ekstraksi
digunakan
menentukan
Kondisi ekstraksi: perbandingan O/A =2;
waktu optimal ekstraksi dengan
waktu ekstraksi 5 menit; suhu kamar
variasi waktu ekstraksi 1; 3; 4; 5;
(Gambar 1).
untuk
larutan
pH
(U,Th,RE)Sulfat.
7; dan 9 menit. Larutan aqueous
100,00 90,00 80,00
% terekstrak
70,00 60,00
U
50,00
Th
40,00 RE 30,00 20,00 10,00 0,00 0
0,22
0,5
1
1,5
2
2,5
pH um pan
Gambar 1. Grafik kadar unsur yang terekstrak dengan variasi pH umpan
Pengaruh
perbandingan
O/A
pada ekstraksi larutan (U,Th,RE)Sulfat.
waktu ekstraksi 5 menit ; suhu kamar (Gambar2).
Kondisi ekstraksi: pH umpan = 1,5 ;
ISBN 978-979-99141-5-6
291
100,00 90,00 80,00
% terekstrak
70,00 60,00
U
50,00
Th
40,00
RE
30,00 20,00 10,00 0,00 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Waktu Ekstraksi (menit)
Gambar 2. Grafik kadar unsur yang terekstrak dengan variasi perbandingan O/A.
Pengaruh waktu pada ekstraksi larutan
(U,Th,RE)Sulfat.
ekstraksi:
pH
umpan
perbandingan O/A = 5 ; suhu kamar
Kondisi =
1,5
(Gambar 3).
;
100,00 90,00 80,00
% terekstrak
70,00 60,00
U
50,00
Th
40,00
RE
30,00 20,00 10,00 0,00 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Waktu Ekstraksi (menit)
Gambar 3. Grafik kadar unsur yang terekstrak dengan variasi waktu ekstraksi.
292
ISBN 978-979-99141-5-6
Dari penelitian ekstraksi dengan
Pembahasan Dari Gambar 1 terlihat bahwa
parameter waktu, diperoleh data yang
semakin rendah pH larutan atau semakin
menunjukkan
tinggi konsentrasi asam sulfat, maka U
waktu ekstraksi, maka kontak antara
yang terekstrak semakin sedikit. Hal ini
larutan umpan dengan ekstraktan akan
dikarenakan semakin banyaknya ion
semakin lama pula sehingga U yang
HSO4- yang terbentuk, sesuai persamaan
terdistribusi dari fase larutan ke fase
reaksi:
organik HSO4- + H+
H2SO4
bahwa semakin lama
semakin
banyak
[4]
.
Pada
Gambar 3 terlihat U terekstrak mencapai
Dalam proses ekstraksi, ion HSO4- akan
100% mulai menit ke-5, dengan Th yang
mengganggu
ikut terekstrak sebesar 32,44%.
karena
ion
ini
akan
berkompetisi dengan uranil sulfat untuk
Dari ketiga parameter penelitian,
bereaksi dengan amine, sehingga amine
diperoleh kondisi optimal pemisahan U
akan
mengekstrak
dari Th sebagai berikut : pH umpan 1,5,
. Berdasarkan
perbandingan O/A = 5, dan waktu
data yang diperoleh, diambil pH 1,5
ekstraksi 5 menit. Pada kondisi optimal
sebagai pH umpan yang optimal, dengan
tersebut, Th ikut terekstrak bersama U
U terekstrak = 95,20% dan Th = 19,93%.
dengan kecenderungan yang hampir
tidak
maksimal
kompleks uranil sulfat
Perbandingan
[5]
O/A
berpengaruh
sama, dimana U terekstrak maksimal dan
ekstraksi,
Th ikut terekstrak sebanyak 32,44%,
karena kapasitas ekstraktan meningkat
sedangkan RE terekstrak tidak lebih dari
seiring dengan bertambahnya volume
3%. Alamine-336 atau tri-octyl-amine
ekstraktan. Hal ini terlihat pada Gambar
merupakan amine tersier, dimana sangat
2, dimana U terekstrak akan lebih
baik dalam mengekstrak U tetapi Th juga
banyak pada perbandingan O/A yang
masih
lebih besar. Dari data yang diperoleh,
terekstrak
walaupun
ditemukan bahwa U mulai terekstrak
signifikan
persentase
seluruhnya pada perbandingan O/A = 5
dibanding U [3].
langsung
terhadap
proses
dimungkinkan
untuk tidak
ikut terlalu
terekstraknya
dengan Th yang ikut terekstrak sebesar 18,86%. ISBN 978-979-99141-5-6
293
Addison-Wesley
KESIMPULAN Dari hasil penelitian, kondisi optimal pemisahan U dari Th dengan
Publishing
Company, Reading, Massachusetts, USA, 1958.
metode ekstraksi diperoleh pada pH
3. J.M.W. Mackenzie, Dr., "Uranium
umpan 1,5, perbandingan O/A = 5, dan
Solvent Extraction Using Tertiary
waktu ekstraksi 5 menit, U terekstrak
Amines",
sebesar 100% dan Th ikut terekstrak
Cake
32,44%.
Australia, 1997.
Hasil
penelitian
dapat
disimpulkan bahwa pada kondisi optimal tersebut, Th dapat terpisah dari U sebesar 67,56%.
4. F.
Uranium
Ore
Seminar,
HABASHI,
Yellow
Melbourne,
“Principles
of
Extractive Metallurgy”, Volume 2 Hydrometallurgy,
Gordon
&
Breach, Science Publishers, Inc., DAFTAR PUSTAKA 1. HAFNI
L.N.,
New York, USA, 1980.
SOROT
S.,
B.
SOETOPO, "Peningkatan Efisiensi Produksi Rare Earth Bebas Zat Radioaktif
Dari
Penambangan
Hasil
Samping
Timah",
PPGN-
BATAN, 2009. 2. JOHN W. CLEGG, DENNIS D. FOLEY, “Uranium Ore Processing”,
294
5. TOROWATI,
ASMINAR,
RAHMIATI, “Pemungutan Limbah
NGATIJO, Uranium Radioaktif
dalam Cair
Menggunakan Ekstraktan Tri Oktil Amin
(TOA)”,
Hasil-hasil
Penelitian EBN, ISSN 0854-5561, 2006.
ISBN 978-979-99141-5-6
ISBN 978-979-99141-5-6
295
