KE DAFTAR ISI ISSN 0216 - 3128
A.N. Bintarti, dkk.
213
PENGARUH GARAM AI(N03)3 TERHADAP EKSTRAKSI ITRIUM DARI KONSENTRAT LOGAM TANAH JARANG AN. Bintarti,
Bambang EHB
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
ABSTRAK PENGARUH GARAM Al(NOJJJ TERHADAP EKSTRAKSI ITRIUM DARI KONSENTRAT LOGAM TANAH JARANG. Telah dilakulwn proses ekstraksi terhadap konsentrat itrium dari pasir senotim yang mengandung unsur-unsur itrium (Y). gadolinium (Cd) dan dysporsium (Oy) yang dilarutlwn dalam asam nitrat. Oilakulwn penelilian ekstraksi secara catu dari 10 ml umpan dicampur dengan 10 ml salven dan pemalwian tri bulil fosfat (TBP) sebagai solven divariasi dari 10 - 100% volum. keasaman umpan dari 2 6 M, kecepatan pengadulwn dari 100 - 600 rpm, pemalwian AI(NOJJJ dalam umpan dari 0.25 - 1.5 grlml dan wakiu pengadulwn dari 5 - 30 meni!. Kondisi ekstraksi relatif baik pada pemalwian TBP 70% volume, keasaman umpan 3 M. kecepatan pengadulwn 100 rpm. pemalwian AI(NOJJJ dalam umpan 1,25 grlml dan wakiu pengadulwn 20 men it dl!ngan hasil pemisahan yang dinyatalwn sebagai koejisiensi distribusi (Kd) itrium 0.7681 denganfakior pisah (rx) Y-Gd = 2,/0 dan Y-Oy = 0,5121.
ABSTRACT INFLUENCE OF A/(NOJJJ SALT ON THE EXTRACTION OF YTTRIUM FROM RARE EARTH CONCENTRA TE. An extraction process of yttrium concentrate from xenolime sand which contain elements yttrium (Y), gadolinium (Gd), and dysporsium (Oy) which were dissolved into nitric acid. The experimenl IVas done hatch usely hy mixing 10 ml of Ihe feed wilh 10 ml solvent and Ihe use of using tribllthyl phosphate (/'81') as solvelll was varied ;rom I 0 ~. !OO % valli me, acidity of Ihe feed ;rOil/ 2- (, M. the velocity of stirring from 100 - 600 rpm, IIsing AI(NOJJJ in the feed from 0.25 - 1.5 grlml and the time of stirring from 5 - 30 minutes. The good relative extraction condition IVasgained at using T8P 70% volllll/e, Ihe acidity of the feed 1.25 grlcc and the time of slirring at 20 minutes with the separation results as coefficienl dislriblllion of Y = O. 768111'ilh separationfaClor (a) Y·Gd = 2,10 and Y-Dy = 0,5121.
PENDAHULUAN
Itrium salah tanah (Y) jarangmerupakan yang terdapat sesama
unsur-unsur
logam
satu logam dalamunsur campuran tanah jarang , baik
dipasir monasit maupun senotim, yang merupakan hasil samping pengolahan tambang timah di P Bangka dan P Belitung. (2. 3) Oi dalam pasir monasit itrium ada sekitar 1,34% dan dalam scnotim sekitar 19,7% bersama unsur logam tanah jarang yang lain terikat sebagai senyawa komplek fosfat dan biasa ditulis sebagai ( Y, La, Ce, Nd, Th ) P04 sedangkan pengotor-pengotornya yaitu seperti Fe, AI Ca, Mg, Si, Ti dan Zr juga terikut sebagai komplek fosfat. (2.3) Itrium berguna diberbagai bidang industri seperti Y 203 untuk tabung TV wama, untuk produksi Itrium Iron Gamet (Y 3Fes0I2) untuk gclombang mikro, Y dengan logam lain dapat digunakan untuk pembuatan logam paduan yang sangat kuat, juga dipakai sebagai bahan keramik dan formula gelas yang mempunyai titik leleh tinggi
serta memberikan tahanan kejut dan karakteristik pemuaian yang rendah. NdY AI garnet adalah laser dengan 4 tingkat yang memakai medium aktif Y 3AI0Is.(2) Salah
satu
cara
untuk
memisahkan
unsur
yang diinginkan dari campurannya adalah adalah melalui proses ekstraksi yang merupakan proses dengan dasar perbedaan daya larut unsur yang diinginkan (solut) diantara 2 fasa yang tidak saling larut yaitu fasa fasa air atau umpan dan fasa organik. Solut akan masuk dari fasa air ke dalam fasa organik, dan banyak faktor yang mempengaruhi perpindahan itu yaitu jumlah pemakaian solven, konsentrasi umpan, keasaman umpan, pemakaian penggaram berupa garam nitrat, waktu dan kecepatan pengadukan selama proses ekstraksi. (3) Untuk menandai besamya proses pemisahan melalui ekstraksi dinyatakan dengan koefisien distribusi (Kd) yaitu perbandingan antara konsentrasi solut dalam fasa organik terhadap
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
214
ISSN 0216 - 3128
konsentrasi solut yang masih tinggal dalam fasa air. Makin besar harga Kd berarti makin besar pula solut yang dapat diambil melalui proses ekstraksi dan untuk menyatakan seberapa jauh solut terpisah dari unsur-unsur lain yang terikut yaitu melalui faktor pisah (ex) yang merupakan perbandingan Kd solut terhadap Kd suatu unsur lain yang terikut. Besamya solut yang dapat terekstrak dapat juga dinyatakan dengan % recovery atau efisiensi yaitu perbandingan solut yang terambil terhadap banyaknya solut dalam mula-mula dinyatakan dalam %. Oalam penelitian ini dicoba variabelvariabel berpengaruh seperti pemakaian solven, keasaman dan konsentrasi umpan, jumlah garam AI(N03)3 sebagai lanjutan penelitian sebelumnya yaitu pengaruh beberapa macam garam nitrat di dalam umpan yang terbukti bisa meningkatkan hasil ekstraksi, begitu juga akan dicoba pengaruh waktu dan kecepatan selama proses. Pada proses ekstraksi memakai pelarut tributil fosfat (TBP) dalam media asam nitrat, maka apabila M+3 adalah suatu ion logam tanah jarang, maka persamaan ekstraksinya kemungkinan adalah sebagai berikut : MJ+
+ 3HNOJ + 3TBP
Kd =
<=>
M (NOJh 3TBP + 3H
[M (N03)3 3TBP]
+
(a)
=
I.
Variasi pemakaian TBP dalam pengencer kerosin. Larutan' umpan 10 ml dikontakkan dengan 10 ml solven TBP diaduk dengan kecepatan 200 rpm, waktu pengadukan 10 men it. Sesudah itu didiamkan sebentar, hinga diperkirakan telah mencapai keadaan setimbang . Selanjutnya fasa air dipisahkan dari fasa organiknya, kemudian umpan dan fasa air ini dianalisis.
2.
Pekerjaan No I. diulangi dengan variasi keasaman umpan dari 2 - 6 M, dengan % TBP dipakai kondisi terbaik dari pekerjaan No I. Pekerjaan No 2. diulangi dengan variasi kecepatan pengadukan dari 100 - 600 rpm, dengan % TBP dan keasaman umpan dipakai kondisi terbaik dari pekerjaan No I dan No.2. Pekerjaan No 3. diulangi dengan variasi pemakaian AI(N03)3 di dalam umpan dari 0,25 - 1,50 grim I, dengan % TBP, keasaman umpan dan kecepatan pengadukan dipakai kondisi terbaik dari pekerjaan No I, 2 dan 3. Pekerjaan No 4. diulangi dengan variasi waktu pengadukan dari 5 - 30 men it, dengan % TBP, keasaman umpan, kecepatan pengadukan dan pemakaian AI(N03)3, dipakai kondisi terbaik dari pekerjaan No. I, 2, 3 dan 4.
3.
4.
5.
(I)
(2)
HASIL DAN PEMBAHASAN
[M3 +] Faktor pisah
A.N. Bintarti, dkk.
Kd Solut Kd unsur lain
Setelah dilakukan berbagai variasi dalam percobaan di atas maka diperoleh hasil sebagai berikut :
(3)
0.6 0.5
.. [Solut]yangterambil x 100% (4) EfislenSI (,,) = [Solut] dalam umpan
0.4 "0 ::I::
-<>- G d
0.3
[;By -<>-Dy
0.2 0.1
TAT A KERJA
o
Bahan dan Alat
•••<::>
Bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah konsentrat itrium dari pasir senotim, HN03, garam AI(N03)3, aquades, TBP, pengencer kerosin, sedangkan alat yang digunakan adalah peralatan gelas, neraca analitik, dan alat pendar sinar X. Metoda Ekstraksi terhadap konsentrat itrium dalam media asam nitrat yang terutama mengandung unsur dari kelompok itria yaitu itrium (Y), diikuti gadolinium (Gd) dan dysporsium (Dy).
~
'!J<::>
~
+,,<::> ~<::>
,,<::>
'b<::>
••• <::><::>
% volume TBP
Gambar 1. Pengarull Kd
% volume
TBP terlladap
Dari Gambar I dan 2 bisa diamati bahwa semakin naik pemakaian solven yaitu TBP, maka hasil pemisahan juga semakin naik. Hal ini bisa ditinjau dari persamaan reaksinya (persamaan I) yang menunjukkan bahwa hasil ekstraksi berbanding lurus dengan konsentrasi TBP pangkat 3 yang bisa ditulis kembali sebagai berikut :
Prosldlng PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan· BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
A.N. Bintarti, dkk.
1. 1
o
~ O. ~ O. ~
0-
OA
..·o.··"O·P.O
02 o
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % volume TBP
Gambar 2.
Pengaruh pisah
Gambar
3 dan 4. bisa
+ N03' + 3TBP M (NO])3 3THP = K
% TBP terhadap faktor
Kd [Wr [TBPf
K = [M(NO))) .3TBP][Wf
M (N03)] 3TBP [M31] [No]'f [TBPf M3 \ = ion logam tanah jarang di dalam umpan M (NO])3 3TBP = senyawa komplek dalam fasa organik
yang mcningkat.
Dipilih
solvcn
70% volume
karena memberikan hasil pemisahan yang rclatif baik antara Y terhadap Gd maupun Dy. Untuk pcmakaian TBP yang lebih tinggi, maka faktor pisah Y terhadap Gd semakin meningkat, tetapi faktor pisah Y terhadap Dy mulai mengalami penurunan, sehingga hal ini tidak dipilih. 4 3.5
3 2.5
~
2
·..0 .. Gd
1.5
~Dy ~y
1 0.6 o I
,
2
3
5
4
6
HNO) dalam Umpan, M
Gambar 3. Pe/lgaruh keasama/l umpa/l terhadap Kd O~
i
o. O~
fM i~ ~ ~ ~~
--Y-Dy ,...o .. y.Gdl
~1 o 2
3
(5)
[HNOJ])
<:::>
Pemilihan jumlah solven yang dipakai tidak hanya bisa memberikan hasil ekstraksi yang relatif paling banyak, tetapi juga dipertimbangkan pemisahan soilit dari unsur-unsur lain yang terikut, sampai kira-kira pemakaian TBP 50% mulai memberikan hasil pcmisahan
bahwa
hasil ekstraksi juga semakin naik, yang dapat dilihat dari harga Kdnya. Dari pesamaan reaksi di atas dapat ditulis harga konstante kesetimbangan yaitu :
[M)+][HNo)]) [TBP] MJ+
dilihat
semakin naik keasaman umpan, maka hasil ekstraksi eenderung menurun, Kondisi ini berbeda dengan penelitian sebelumnya yaitu ekstraksi itrium dibawah pengaruh garam Fe(NO])3 yang menunjukkan bahwa semakin naik keasaman, maka
12
~
2/5
Dari
1A
i~
-
ISSN 0216 - 3128
4
5
6
HNO) dalam Umpan, M
Gambar 4. Pe/lgaruh keasama/l umpan terhadap faktor pisah.
(ni bcrasal
dari pcrsamaan
:
Pada penelitian ini ada hubungannya dengan konsentrasi itrium di dalam umpan yang mungkin lebih rendah jika dibandingkan penelitian sebelumnya yaitu dibawah pengaruh garam Fe(NO]h Dalam hal ini terkait konsentrasi umpan yaitu konsentrasi yang lebih kecil, maka hanya rnemcrlukan kcasaman yang juga Icbih rcndah sudah eukup meneapai stoiehiometri dan untuk keasaman yang rneningkat, hasil ekstraksi rnalah sernakin turun dengan bcrtambahnya ion H' dalarn larutan akan menyebabkan reaksi bergeser ke kiri, ke arah reaktan yang bisa dilihat dari persamaan di atas, sehingga harga Kd mengalami penurunan. Pada penelitian sebelumnya, konsentrasi umpan yang dipakai lebih tinggi, sehingga memerlukan ion-ion nitrat yang lebih banyak antara lain dengan bantuan pemakaian gararn-garam nitrat an tara lain Fe(N03h dalam umpan, disamping juga dengan eara menaikkan keasarnannya. Sernakin naik keasarnan urnpan maka hasil juga akan semakin bertambah besar sarnpai kira-kira meneapai stoiehiometri, kemudian berangsur turun karena dalam larutan urn pan terjadi kelebihan jurnlah ion H+ yang menyebabkan reaksi bergeser kearah kiri yaitu kearah reaktan. Dari Gambar 3 dan 4 dipilih keasarnan umpan 3 M sebab pada kondisi ini memberikan harga-harga faktor pisah relatif lebih tinggi untuk itrium terhadap un sur lain yang terikut, yaitu faktor pisah itrium terhadap Gd = 0,5750 dan terhadap Dy = 0,5775. Penelitian untuk rnernvariasi pengadukan perlu dilakukan, sebab diperkirakan mernpengaruhi hasil ekstraksi yang juga rnerupakan peristiwa difusi, selain peristiwa kimia dalarn pernbentukan kornplek dari dua fasa yang tidak saling earn pur. Pengadukan diberikan kepada sistern dengan tujuan untuk rnenebarkan zat eair yang rnengandung solut ke dalarn zat eair lain yang tidak atau sukar bereampur, sehingga bisa rnernberi kontak fasa yang sebesar-besarnya, yang rnengakibatkan hasil
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
ISSN 0216 - 3128
216
ekstraksi meningkat. Kecepatan pengadukan yang semakin tinggi menyebabkan terbentuknya butirbutir cairan yang semakin kecil ukurannya, sehingga luas bidang kontak semakin besar untuk melakukan kontak fasa. Besamya pengadukan tergantung pada total volume dari cairan yang dicampur, juga oleh kekentalan sistem dan tegangan antar muka antara fasa organik dan fasa cairo Dari pecobaan ini dapat dilihat dari Gambar 5 dan 6 bahwa kenaikan kecepatan pengadukan memberikan kenaikan hasil yang berarti untuk Dy tetapi untuk Y dan Gd kenaikan tidak begitu signifikan. Hal ini mungkin disebabkan karena volume sistem yang diaduk relatif sedikit, yaitu hanya 20 ml, yang mungkin hanya memerlukan kecepatan pengadukan sampai kira-kira 100 rpm, memberikan faktor pisah Y terhadap Gd dan Y relatif tinggi jika dibandingkan pada kecepatan lain yang lebih besar. Meskipun hasil ekstraksi lebih rendah tetapi memberikan faktor pisah relatif lebih tinggi.
A.N. Hintarti, dkk.
dalam larutan, sehingga lebih mendorong unsur untuk masuk ke dalam fasa organik, karena terbentuknya komplek. Dengan penambahan elektrolit berupa AI(N03)3 atau memakai garamgaram nitrat yang lain, maka efisiensi itrium akan meningkat karena kekuatan ionik (f.l) dalam umpan meningkat. Ekstraksi itrium membutuhkan konsentrasi ion nitrat dalam larutan umpan yang relatif cukup, sebab ekstraksi itrium dipengaruhi dan dibantu oleh efek garam. Dari Gambar 7 dan 8 dipilih pemakaian Al(N03)3 sebanyak 1,25 gr/ml dengan alasan menghasilkan faktor pisah antara itrium terhadap Gd dan Dy relatif tinggi, jika dibandingkan pada pemakaian AI(N03)3 untuk harga-harga yang lain. 4
--
3.6
3 2.6
~
-<>- Gd
2
[;Ey
1.5
-.-
1
Dy
0.5
o
6 4.6
0.26
0.6
4 3.6
3 ~
1.26
0.76
1.6
AI(NO,h, gr/ml
Gambar
-<>- Gd
2.6 2
Pengaruh garam A/(NO.J3 terhadap
7.
Kd
[;Ey -.-
1.6 1
Dy
0.6
o 100
200
IV
300 400 ~ 0.4
600
600
.c
IV u..
0.8 0.2
/
"-0/
~ 0.6]
Kec. Pengadukan, rpm
Gambar 5. Pengaruh kecepatan terhadap Kd
I -<>- Y.Dy
I~
pengadukan o 0.26
1 0.9 0.8
{i £
0.6
0.76
1
1.25
1.5
AI(NO,h, grlml
Gambar 8. Pengaruh garam A/(NO.J3 terhadap faktor pisah.
0.7
0.6 ~ 0.6 ~ 0.4 ~ 0.3
3.6
3
0.2
0.1
2.6
o 100
200
300
400
600
600
'a :s::
Kec. Pengadukan, rpm
Gambar 6. Pengaruh' kecepatan terhadap faktor pisah.
pengadukan
2
-<>- Gd
[;Ey
1.6
-.-
1
Dy
0.6
o
Penambahan elektrolit ke dalam sistem larutan berair (umpan) dimaksudkan untuk meningkatkan hasil ekstraksi. Peristiwa "Salted Out" penambahan elektrolit ini disebut dan dalam penelitian ini dipakai garam AI(N03)3. Garam nitrat ini akan menyumbang ion nitrat di
6
10
16
20
25
30
Waktu Pengadukan, menlt
Gambar 9. Pengaruh terltadap Kd
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan· Yogyakarta, 10 Juli 2006
BATAN
waktu
pengadukall
1/1
.!:
23 ro u. ~ a: .:s: B •.. 1.5 2.50
DAFT AR PUST AKA
/
0.5
I.
PRAKASH. S., " Advanced Chemistry of Rare Earth Element"., 4 ed , S. Chand. Co. Ltd., New Delhi (1975).
2.
SISWOTO.," Pemisahan Itrium dari Pasir Senotim Secara Kromatografi Kolom Penukar Ion dengan EDT A sebagai Eluen "., Jurusan Teknik Nuklir, FT-UGM, Yogyakarta. (1989).
3.
NINIK BINTARTI. A, BAMBANG EHB., "Ekstraksi Unsur-unsur Dalam Konsentrat Nd dari Pasir Monasit dengan Pengaruh NaN03 di dalam Umpan "., JASA KIAI, (2004).
4.
HANSON.C., Recent advanced in Liquidliquid Extraction., Pergamon. Press, Oxford. (197]).
5.
LESTER L.K., MORTON.S and FH SPEDDING., Solvent Extraction Equilibria For Rare Earth N itrate- Tributyl Phosphate System., ISC-766 USAEC , USA (1956).
6.
RITCEY GM and ASHBROOK AW., Solvent Extraction., ESPC, New York. (1979).
7.
TIPTOP C.R. JR., Reactor Hand Book., Vol I., Material s, Interscience Publisher, Inc. New York ( 1960).
8.
HUNG;TM., HORNG, J.S, and HOH Y.c. "Stripping Rare Earth From Its Loaded Di (2ethyl hexyl) Phosphate Complex by Oxalic Acid" Chemical Engineering Division., Institute of Nuclear Energy Research, Taiwan (1991).
•
5
10
15
20
Waktu Pengadukan,
Gall/bar
J
O.
2/7
ISSN 0216-3128
A.N. Billtarti, dkk.
25
30
menit
Pengaruh !Vaklu terhadap faktor pisah.
pengadukan
Dari Gambar 9 dan 10 dapat di jelaskan sebagai berikut : dua fasa yang tidak saling larut di dalam proses ekstraksi, maka disamping mcmbutuhkan pengadukan juga membutuhkan waktu yang cukup untuk mengontakan ke dua fasa slIpaya perpindahan solut dari fasa air ke rasa organik bisa lebih efektif. Semakin lama waktu yang diberikan, maka hasil ekstraksi cenderung mengalami peningkatan sampai mencapai suatu kcadaan dimana pcrtambahan waktu yang dibcrikan tidak memberikan tambahan hasil yang bcrarti dan ini kira-kira sampai pencapaian waktu ekstraksi 20 menit. Untuk waktu sepanjang itu meskipun harga Kd itrium yang dihasilkan lebih rendah jika dibandingkan dengan pengadukan kurang dari 20 men it, tetapi perbedaan itu kurang berarti, lebih lagi pada 20 men it, memberikan faktor pisah yang relatif lebih tinggi untuk itrium terhadap Gd dan Dy. Pada pengadukan 10 menit memberikan faktor pisah antara Y terhadap Gd paling tinggi tetapi terhadap Dy lebih rendah jika dibandingkan dengan pengadukan untuk waktuwaktu yang lain sehingga tidak dipilih.
TANYAJAWAB Sunardjo pertimbangan penggunaan Apakah ini ? AI(N03») dalam penelitian dijelaskan
KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa ekstraksi itrium dari konsentrat logam tanah jarang dari pasir senotim dibawah pengaruh AI(N03)3 memberikan kondisi relatif baik yaitu untuk pemakaian TBP sebagai solven pada 70% dalam pengencer kerosin, keasaman umpan 3 M, kecepatan pengadukan 100 rpm, pemakaian AI(N03h 1,25 grim I dan waktu pengadukan 20 menit memberikan koefisien distribusi (Kd) Y = 0,7681 dan faktor pisah (a) YGd = 2,100; Y-Dy = 0,512\.
garam Mohon
A.N. Bintarti Pemakaian AI(NO;h dalam umpan mempunyai tujuan untuk meningkatkan hasi/ ekstraksi. Hal ini disebabkan dengan penambahan atau elektro/it mengakibatkan kekuatan ionik dalam fasa air meningkat yang akan menyebabkan turunnya koejisien aktivitas ion logam. Keadaan ini akan meningkatkan konsentrasi logam dalam fasa air sehingga menyebabkan kesetimbangan reaksi bergeser ke kanan.
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Jull 2006
218
!!!!!!!!
ISSN 0216 - 3128
Hidayati Sampai berapa % Itrium maximum dapat terekstrak pada akhir reaksi (akhir proses) dibandingkan dengan konsentrat maupun batuan? Juga dibandingkan diperoleh ?
dengan pustaka terbaru yang
A.N. Bintarti Di da/am pasir monasit :t 1,34 % , di da/am senotim :t 19,70 % , da/am konsentrat yang pernah dikerjakan ada :t 46 % - 85,6 %. Da/am penelitian ini dicoba untuk meningkatkan
A.N. Binlarti, dkk.
kadarnya. Disini Itrium yang dapat terekstrak :t 43,44 % dari umpan yang dipakai apakah dari kadar 46 % atau yang /ebih tinggi. Hasi/ dapat ditingkatkan dengan me/akukan ekstraksi /agi (bertingkat) dan untuk lehih memurnikannya lagi hasi/ ekstraksi dikenakan proses me/alui k%m penukar ion mengingat unsur-unsur logam tanah jarang mempunyai sifat-sifat kimia yang mirip sehingga sukar untuk memisahkannya. Yang bisa di/akukan adalah meningkatkan kadar setinggi-tingginya, /ebih tinggi dari yang te/ah dicapai se/ama ini, sedangkan hasi/ dipasaran yang diperoleh :t 99, 9 %.
KE DAFTAR ISI
Prosiding PPI • PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
