KE DAFTAR ISI ISSN 0216 - 3128
134
Suyanti, dkk.
PENGARUH KONSENTRASI UMPAN DAN TINGKAT EKSTRAKSI PADA PEMURNIAN THORIUM DAN SERIUM DARI HASIL OLAH PASIR MONASIT Suyanti dan MV. Purwani Pusat Tekn%gi Akse/erator dan Proses Bahan - BATAN
ABSTRAK PENGARUH KONSENTRASI UMPAN DAN TINGKAT EKSTRAKSI PADA PEMURNIAN THORIUM DAN SERIUM DARI HASIL OLAH PASIR MONASIT. Te/ah dilakukan ekstraksi torium (Th) dan serium (Ce) dari konsentrat Th-LTJ hidroksida hasil o/ah pasir monasit. Tujuan penelitian untuk memisahkan Th dan Ce dari /ogam tanah jarang serta mempero/eh Th dan Ce oksa/at yang mempunyai kemurnian tinggi. Sebagai umpan ataufasa air (FA) konsentrat Th-LTJ hidroksidayang dilarutkan da/am 250 m/ HNOJ5,6 M dan menggunakan ekstraktan /5 % tributilfosfat (TBP)-kerosen sebanyak 250 m/ sebagaifasa organik (FO). Ekstraksi dilakukan secara catu bertingkat dan striping dilakukan tiga kali menggunakan air dan /arutan asam oksa/at 5%. Waktu ekstraksi /5 menit dan kecepatan pengadukan /75 rpm. Parameter yang diteliti ada/ah konsentrasi Th-LTJ Hidroksida da/am umpan danjum/ah tingkat ekstraksi. Kondisi proses terbaik ada/ah pada konsentrasi umpan 25 g/250 mi. dan tingkat ekstraksi pemisahan ini dapat dihentikan sete/ah tingkat ekstraksi Ill. Pada tingkat ekstraksi I (FS2) ada/ah merupakan pengambilan Ce, pada kondisi ini dipero/eh berat endapan = 6.59 gram, kadar Ce = 75,51%, Kd Ce = 2.77, efisiensi ekstraksi 73.46% dan faktor pisah Ce-Th tak terhingga. Pada tingkat ekstrasi II dan III ada/ah proses pengambilan Th. Pada ekstraksi II dipero/eh berat endapan = 3./4 gram, kadar Th = 87.86%, Kd Th = 0.79, efisiensi ekstraksi = 35.90% dan faktor pisah Th-Ce 68.69. Pada tingkat ekstraksi III dipero/eh : berat endapan /.80 gram. kadar Th = 87,86%, Kd Th = 0,83. efisiensi ekstraksi = 20,63% danfaktor pisah Th - Ce = 86,69.
ABSTRACT INFLUENCE OF FEED CONCENTRATION AND NUMBER OF STAGES PURIFICATION OF Th AND Ce FROM MONAZITE SAND TREA TMENT PRODUCT. The extraction of Th and Ce from ThRare Earth hidroxyde concentrate product of monasite sand treatment has been done. The purpose of this research was to separate of the Th and Ce from Rare Earth and to obtain pure of Th and Ce oxalate. As feed or aqeous phase was Th-Rare Earth hidroxyde concentrate which was diso/ved in 250 m/ HNOJ 5.6 M and used 250 m/ of /5% TBP in kerosene as organic phase. The multi stage extraction was carried out batchwese/y and the stripping was performad using water and dilute oxalic acid. The parameters observed were concentration of feed and the stage number of extraction. The extraction was carried out for /5 minutes with the agitation speed of /75 rpm. The optimum condition was obtained at concentration offeed 25 g/250 m/ and the number of stage was 3. The extractionfirst stage was recovered ofCe and at which the weight of precipitate was 6.69 grams. concentration of Ce = 75.5/%, Kd of Ce was 2.77: extraction efficiency Ce was 74.46 %, and separation factor Ce-Th = un/enated. At stage II and III extraction were recovery of Th. At stage II extraction the weight of precipitate obtained was 3./4 grams. with the composition Th = 87.85%, Kd of Th was 0.79. extraction efficiency was 35.90 %, separation factor Th-Ce was 68.69. At stage III extraction the weight of precipitate obtained was /.80 grams, with the composition Th = 87.86%, Kd ofTh = 0.83. extraction efficiency = 20.63 %. At stage III extraction the separationfactor Th-Ce was 86. 69.
LA TAR BELAKANG
Pasir monasit mempunyai
merupakan yang bentuk ikatan mineral fosfat yang mengandung torium (Th) dan logam tanah jarang jarang seperti serium (Ce), lantanum (La), neodimium (Nd), samarium (Sm), itrium (V), disprosium COy) dan gadolinium (Gd). Oi
Indonesia, pasir monasit merupakan hasil samping pencucian bijih timah oleh PT Tambang Timah yang terdapat di Pulau Bangka dan Pulau Belitung. Selain itu pasir monasit juga terdapat di Pulau Singkep, Rirang dan Tanah Merah (Kalimantan) (Purwani, (1999il) . Logam tanah jarang mumi secara umum mempunyai kekuatan mekanis yang baik, titik lebur
Prosldlng PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
.\'11.1'111/1/.
ISSN
tll.I •.
yang tinggi dan mcrnpunyai siral fisis yang mcnguntungkan dalam bidang industri. Contoh Sm. Gd, Dy dapat digunakan dalam bidang nuklir karena ke tiga unsur tersebut mempunyai tampang lintang netron yang besar, Y dapat digunakan dalam bidang industri elektronika, sedangkan Ce, La dan Nd digunakan dalam bidang industri metalurgi serta (Th) sebagai bahan bakar nuklir (Prakash, S., (1975) (2) Mengingat manfaat yang dimiliki thorium dan logam tanah jarang lainnya, serta dengan pertimbangan adanya cadangan pasir monas it di Indonesia yang cukup besar, maka layak untuk dilakukan usaha pengambilan/pemisahan unsurunsur terse but. Hal ini selain untuk memaksimalkan potensi dari pasir monasit, juga akan memberikan nilai ekonomis yang lebih tinggi. Unsur-unsur yang terkandung dalam pasir monasit dapat dipisahkan dengan beberapa tahapan proses, yaitu peleburan, pemisahan dan pemurnian. Salah satu teknik pemisahan dan pemurnian yang sering dipakai adalah ekstraksi pelarut atau ekstraksi cair-cair. Teknik pemisahan ini sangat sederhana, cepat, mempunyai ruang lingkup yang luas, dapat dipakai untuk pemisahan logam-Iogam dari kadar rendah sampai kadar tinggi. Terjadinya pemisahan un sur yang satu dengan yang lainnya karcna berpindahnya salah satu atau beberapa unsur
dari filsa cair yang salu kc filsa cai •. yang lainnya yang tidak saling melarutkan. Terpisahnya unsurunsur ini karena perbedaan reaktifitas setiap unsur dan perbedaan difusivitas masing - masing unsur terhadap fasa organik. ISHIMORI dkk (1963i3) menyajikan data hubungan keasaman atau molaritas HN03 dengan besarnya koefisien distribusi (Kd) setiap unsur jika diekstraksi dengan TBP. Oari data ini dapat ditunjukkan perbedaan Kd Ce dan Kd Th, sehingga dapat diharapkan terjadi pemisahan antara kedua unsur tersebut. Tujuan penelitian ini adalah untuk memisahkan Th dan Ce dari logam tanah jarang serta memperoleh Th dan Ce oksalat yang mempunyai kemurnian tinggi. Pad a penelitian ini dilakukan ekstraksi konsentrat Th-LTJ hidroksida yang berasal dari konsentrat Th-LTJ oksalat hasil ekstraksi bertingkat konsentrat LTJ hidroksida dan ekstraksi bertingkat konsentrat Ce(N03)4 pada tingkat ekstraksi III dan IV. Konsentrat Th-LTJ oksalat yang telah dilebur dengan NaOH, kemudian dilarutan dalam asam nitrat dan selanjutnya diekstraksi dengan TBP dalam kerosen secara catu bertingkat. Parameter yang diteliti adalah konsentrasi umpan dan tingkat ekstraksi. Menurut HANSON,C.,(4) reaksi yang terjadi antara logam dengan TBP pada keasaman rendah mengikuti reaksi berikut :
H++ N03 ~ HN03(a) HN03(a)
~
1.JJ
tl21 (t - .\ 12/1
(I)
HN03(0)
(2)
HN03 (0) + TBP(o) ~ HN03·TBP(0)
(3)
Ce4+ + 4N03 + 4TBP ~ Ce(N03)4.4TBP(o)
(4)
Th4+ + 4N03 + 4TBP ~ Th(N03)4.4TBP(0)
(5)
(a) =fasa air, (0) = fa sa organik
Ekstraksi bertingkat dilakukan beberapa kali sampai ekstraksi dianggap tidak efisien lagi. Untuk memungut kembali Ce dan Th dari senyawa kompleks dilakukan reekstraksi atau striping memakai air dan asam oksalat encer. Masingmasing tingkat ekstraksi dilakukan striping tiga kali. Striping pertama dengan air, striping kedua dengan larutan asam oksalat 5 % dan striping ketiga dengan air lagi. Pemakaian air sebagai fasa penstriping bertujuan untuk mengambil unsur yang senyawa kompleksnya paling mudah untuk dipecahkan sehingga akan mudah dipisahkan dengan unsur yang lain. Karena air merupakan agen penstriping yang sangat lemah memecah senyawa
kompleks, sehingga akan terjadi kompetisi yang nyata antara unsur yang satu dengan unsur yang lain ketika bereaksi dengan fasa organik. Striping memakai asam oksalat bertujuan mengambil semua unsur yang tertinggal dalam FO, karena asam oksalat merupakan agen penstriping yang sangat kuat untuk memecah senyawa kompleks dan sekaligus dapat untuk mengendapkan semua logamlogam, striping ketiga dengan menggunakan air bertujuan untuk membersihkan sisa oksalat dan logam-Iogam yang masih terdapat dalam FO. Reaksi yang terjadi pad a striping dengan air sebagai berikut :
Prosiding PPI • PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
136
ISSN 0216 - 3128 Ce(N03)4.4TBP + H20
-+ Ce(N03)4 + 4TBP
Suyanti, dkk.
+ H20
(6)
Th(N03)4.4TBP + H20 ~ Th(N03)4 + 4TBP+ H20
(7)
Hasil striping dengan air diendapkan dengan asam oksalat, reaksinya Ce(N03)4 + 2 H2C204 Th(N03)4 + 2 H2C204
-+ Ce(C204h -+ Th(C204)2
,+ 4HN03
(8)
,+ HN03
(9)
Reaksi yang terjadi pad a striping dengan asam oksalat adalah: Ce(N03)4.4TBP + 2H2C204 -+ Ce(C104)2 ,+ 4HN03 + 4TBP Th(N03) 4.4TBP + 2 H2C204 -+ Th(C204)2' +4HN03 + 4 TBP
Salah satu faktor yang sangat berpengaruh ~erhadap keeepatan perpindahan massa dari fasa air (FA) ke fasa organik (FO) adalah besamya konsentrasi solut dalam umpan. Hal ini dapat dijelaskan dengan hukum Fiek (Treybal, I982i5) (12)
dZ
dengan, N = keeepatan transfer massa (g em,3s,l) o = difusifitas (em2 S·I) C = konsentrasi (g em,3) z = lebar lapisan an tar fasa (em2)
FP = Kd 1
(14)
Keterangan : Kd = Koefisien distribusi 1,2 = notasi untuk unsur-unsur yang dipisahkan (Th dan Ce)
Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa variabel konsentrasi berbanding lurus dengan keeepatan transfer massa, sehingga semakin besar konsentrasi akan semakin besar juga kecepatan perpindahan massa. Konsentrasi umpan yang semakin tinggi akan meningkatkan harga koefisien distribusi, karena memberikan kemungkinan yang lebih banyak agar unsur yang akan dipisahkan dapat terekstraksi. Namun pada konsentrasi tertentu, umpan tidak dapat lagi larut dalam fasa air atau mengalami kejenuhan, sehingga unsur yang akan dipisahkan sulit terekstraksi. Untuk mengetahui besamya unsur yang terdistribusi dari fasa air ke fasa organik, maka digunakan suatu besaran yang disebut koefisien distribusi (Kd). Harga Kd dapat ditentukan berdasarkan persamaan :
X·
Xia
antara koefisien distribusi suatu unsur dengan unsur lainnya yang dipisahkan (Kopkhar,I990i6), yang dituliskan sebagai berikut :
Kd2
N = - D dC
Kdi =-1Q.
(10) (11)
(13)
dengan, Xio = konsentrasi solut dalam fasa organik (glL) Xi. = konsentrasi solut dalam fasa air (glL) Untuk mengetahui keberhasilan suatu proses ekstraksi digunakan suatu besaran, yaitu faktor pisah (FP). Faktor pisah merupakan perbandingan
Sedangkan efektivitas dalam suatu proses ekstraksi dapat dinyatakan dengan prosentasi solut yang terekstrak, yang dapat diperoleh melalui persamaan :
E= X2 xlOO%
U
( 15)
Keterangan : E = prosentase ekstraksi/efisiensi ekstraksi (%) X2 = konsentrasi solut yang ada dalam fasa organik (glL) U = konsentrasi umpan (glL)
TAT A KERJA Bahan Konsentrat Th-L TJ oksalat monasit (komposisi Ce = 37.50 % %), kerosen buatan Fisher, HN03 H2C204 teknis, air suling, kertas teknis.
hasil olah pasir dan Th = 30.74 65 % Merck. saring, NaOH
Alat Gelas beker, corong pemisah, eorong gelas. timbangari merk Sartorius, pengaduk merk Ika Werke RET basic, pengaduk pemanas merk Ika Cere Mag, erlenmeyer, oven merk Sanken, spektrometer pendar sinar-x ortex 1070
Prosiding PPI - PDIPTN 2006. Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
ISSN 0216 - 3128
Suyanti, dkk.
Cara Kerja 1. Preparasi
umpan
Konsentrat Th-L TJ oksalat hasil olah pasir monasit sebanyak 500 gram dilebur dengan menggunakan NaOH sebanyak 250 gram dan ditambah air 1.000 ml pada suhu 140°C selama 2 jam. Leburan kemudian dicuci dengan menggunakan air sampai air cucian pada pH netral (pH=7). Selanjutnya endapan dikeringkan dalam oven sampai kering dan diperoleh Th-L TJ hidroksida. 2. Ekstraksi a.
b.
c. d.
e.
f.
I dan striping
Konsentrat Th-L TJ hidroksida berat bervariasi 15 gram, 20 gram, 25 gram, 30 gram dan 35 gram dilarutkan dalam HN03 14,4 M sebanyak 100 mI, sambil diaduk dan dipanaskan dengan alat pengaduk pemanas. Volume di tepatkan menjadi 250 ml dengan air suling sebagai fasa air (FA). Fasa air ditambah 250 ml campuran 15% TBP dalam kerosen sebagai fasa organik (FO). Oilakukan ekstraksi selama 15 menit
g.
137 sebanyak 250 ml, diaduk dengan kecepatan 175 rpm selama 5 men it, kemudian FO I dan fasa striping (FS 1air) dipisahkan dengan corong pisah. FS 1air, diendapkan dengan larutan asam oksalat jenuh kemudian disaring, dikeringkan dengan oven pada suhu 120°C, ditimbang dan dianalisis. Fasa organik (FO) I setelah distriping dengan air, distriping kembali dengan 250 mllarutan asam oksalat 5% selama 5 menit. Fasa striping dipisahkan (diperoleh FS20ks dan FO I), FS20ks ditambah asam oksalat 5% sampai tidak terjadi endapan lagi. Endapan disaring, dikeringkan, ditimbang dan dianalisis. Fasa organik (FO) I distriping lagi dengan air suling 500 ml. Fase striping dipisahkan dari FO I diperoleh FS3ain diendapkan jika ada endapan disaring, dikeringkan, ditimbang dan dianalisis dengan spektrometer pendar sinar-x. Bagan striping seperti pada Gambar 1.
3. Ekstraksi VII.
dengan kecepatan pengadukan 175 rpm. Fasa air atau FA dan fasa organik (FO) dipisahkan, diperoleh FA I dan FO I. Masing-masing ditampung dalam beker gelas, yang berisi FA I ditutup untuk proses ekstraksi tingkat II, sedang FO I distriping. Fasa organik (FO) I distriping (direekstraksi) dengan menggunakan air suling
tingkat
I,••~·.l:t·tlk~·"~f
;"2.J:Jt
~.~'Aht~L\\
J;->',}~,JS;
Ih('tO~'~1
t:(.t(V
J"-,
ll~(~~
l}'!'ii 1~~.i:-,., H;(;~
tingkat
FA I dari ekstraksi I diekstraksi lagi dengan FO I (FO I yang telah distriping 3 kali dari ekstraksi I) dengan kecepatan pengadukan 175 rpm selama 15 men it, sehingga diperoleh FA II dan FO II. FA II kemudian diekstraksi lagi seperti pada ekstraksi tingkat I maupun tingkat II dan seterusnya sampai ekstraksi tingkat VII. Bagan ekstraksi seperti pad a Gambar I.
t~t.i>~'''~·
I~.jl?(:,
II sampai ekstraksi
~P-tc~Jd~
~ )h('~O,'\l''''''
Gambar I. Bagan Ekstraksi Prosiding PPI • PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
138
ISSN 0216 - 3128
Suyanti. dkk.
Gambar 2. Bagan Pelaksanaan Re-ekstraksi (Striping)
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh
tingkat ekstraksi
Pada Gambar 1 dapat dilihat kecenderungan berat endapan oksalat yang terbentuk pada fasa striping yang mewakili perpindahan massa dari fasa air (FA) ke fasa organik (FO). Fasa organik diwakili oleh fasa striping ( FS ). karena unsur unsur yang berada dalam FO semua diambil lagi oleh FS dan diendapkan sempuma dengan asam oksalat. Pada berbagai variasi konsentrasi umpan, berat endapan yang terbentuk pada Ekstraksi I FS I dan FS2 paling besar dibanding ekstraksi selanjutnya. Fasa umpan pada tingkat ekstraksi I, konsentrasi Th dan LTJ paling besar dibanding pada tingkat ekstraksi selanjutnya maka perpindahan massanya juga paling besar sehingga endapan yang dihasilkan juga paling banyak.
Ii;
f
5
I
••••••• I~
f
__
H:~
--III --m
. "1
I~
II":'l ,,~
31
•••• Z!
,,~
II~
IY~ Y~
YI~
YlI~
Gambar 3. Hubungan tingkat ekstraksi dengan berat endapan fasa striping (g) pada berbagai konsentrasi umpan.
Seiring dengan bertambahnya tingkat ekstraksi maka konsentrasi logam dalam umpan juga semakin menurun, maka perpindahan massa juga semakin kecil dan endapan yang dihasilkan juga semakin sedikit. Pad a Gambar 3 dapat dilihat puncak-puncak besamya· berat endapan yang semakin lama semakin rendah hingga menjadi DOl. Semakin banyak tingkat ekstraksi, berat endapan yang terbentuk semakin berkurang dan ekstraksi berhenti pada Ekstraksi VII. Pada ekstraksi tingkat )[ dan tingkat ekstraksi selanjutnya sampai dengan tingkat ekstraksi ke VII logam terutama Ce dalam umpan telah berkurang banyak, maka perpindahan massa dari fasa air ke fasa organik menjadi semakin kecil. Dengan demikian pada ekstraksi II dan seterusnya endapan yang terbentukjuga semakin sedikit. Salah satu bahan pertimbangan untuk menentukan kondisi proses pad a tahap selanjutnya adalah kadar unsur dari hasil pemisahan dari proses tersebut. Gambar 4 tampak bahwa ekstraksi tingkat II, FS 2 pada berbagai konsentrasi umpan menghasilkan kadar Th yang sarna yaitu 87.86% kecuali pada konsentrasi umpan 15 gram kadar Thnya lebih keci\. Pada ekstrasi tingkat Ill, untuk konsentrasi umpan 25 g, 30 g dan 35 g masih menghasilkan Th dengan kadar yang tinggi yaitu (87%) dan pada ekstraksi tingkat IV konsentrasi Th sudah mulai turun. Dari uraian tersebut dapat dikatakan bahwa ekstraksi tingkat II dan tingkat III adalah merupakan ekstraksi pengambilan atau pemisahan Th.
Prosldlng PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
ISSN 0216-3128
SIIY/lIIti, tlkk.
Pada Gambar 4 dapat dilihat bahwa kadar Th yang terektraksi ke FO akan semakin berkurang dengan semakin banyaknya jumlah tingkat ekstraksi. Kadar Th dalam endapan pada ekstraksil masih rendah yaitu antara 34-57%. Pada konsentrasi umpan 25 gram sampai 35 gram, ekstraksi II dan ekstraksi III, dihasilkan Th dengan kadar yang tinggi yaitu 87,86%, sedangkan pada umpan dibawah 25 gram kadar Th dibawah 87%. Ekstraksi IV samapai VII kadar Th menurun mulai dari 80 % menjadi 5%.
nl~I~~ 11':1' I~
Gambar
4.
1It"$ 1It':!/ 111':1' ''''1':1' .••t"$ 'WII':I' 'WII 1':1'
ekstraksi tingkat II sampai dengan tingkat VII Ce yang terekstraksi sudah kecil dengan kadar yang jauh lebih kecil dibanding pada ekstraksi I. Dengan penjelasan di atas dapat dikatakan bahwa ekstraksi tingkat I pada striping kedua merupakan ekstraksi pengambilan Ceo Pengaruh
konsentrasi
umpan
Gambar 6 tampak bahwa dengan bertambahnya berat konsentrat Th-L TJ hidroksida dalam umpan maka konsentrasi Th dan LTJ dalam umpan juga semakin besar, konsensentrasi Th, Ce yang besar tersebut menyebabkan semakin kuatnya unsur mendifusi ke FO. Karena FO masih segar, kemampuan TBP mengekstrak masih besar jumlah TBP tetap menyebabkan TBP lebih banyak membentuk kompleks dengan Th atau LTJ maka hasil striping juga semakin besar.
Hubungan tingkat ekstraksi dengan kadar Tit (%) pada berbagai konsentrasiumpan
Pada tingkat ekstraksi I FS2, konsentrasi Ce dalam fasa striping merupakan kadar Ce tertinggi. Setelah terekstraksi sangat besar pada ekstraksi tingkat I, selanjutnya pada ekstraksi tingkat II sampai dengan tingkat VII, Ce yang terekstraksi kecil dengan kadar yang jauh lebih kecil dibanding pada ekstraksi I. Dengan penjeIasan di atas dapat dikatakan bahwa ekstraksi tingkat I merupakan ekstraksi pengambilan Ceo
--'~
'IJJ
.•.••• :m
•.••..•ZI
1t':Y
/39
I~
1It"$ II~
11t':Y ''I't':Y 'l't':f
•••••••••
511
__
21
"'t':Y ..,It"$
Tlna~dBtr:h~d
Gambar 5. Hubungan tingkat ekstraksi dengan kadar Ce (%) pada berbagai konsentrasiumpan Gambar 5 dapat dilihat bahwa kadar Ce yang yang dihasilkan akan semakin menurun . dengan semakin banyaknya jumlah tingkat ekstraksi. Pad a Gambar 5 tampak bahwa pada ekstraksi I terutama FS2 pada berbagai konsentrasi umpan, konsentrasi Ce dalam fasa striping merupakan kadar Ce tertinggi pada proses ekstraksi ini. Selain itu dari Gambar 3 tersebut juga menunjukkan bahwa Ce telah terekstraksi sangat besar pada ekstraksi tingkat I, sehingga pada
VF'So1
::t5L.':"'VF'So'
-VJ'5-1
-Gambar
6.
Hubungan konsentrasi umpan dengan berat endapan fasa striping (g) pada berbagai tingkat ekstraksi
Pada Gambar 7 dan Gambar 8 ditunjukkan bahwa tingkat ekstraksi I TBP lebih banyak mengekstraksi Ce dibanding Th, karena pada umpan segar konsentrasi Ce lebih besar dibanding dengan konsentrasi Th, akibatnya Ce lebih mudah mendifusi ke FO sehingga Kd Ce lebih besar dibanding Kd Th. Setelah Ce terekstraksi sangat besar pada ekstraksi I, maka selanjutnya kesempatan Th untuk bereaksi dan berpindah ke fasa organik. Setelah Ce terekstraksi sangat besar pada ekstraksi I, maka selanjutnya kesempatan Th untuk bereaksi dan berpindah ke fasa organik. Pada dasamya TBP akan bereaksi lebih baik dengan Th dibanding dengan Ce, tetapi karena kadar Ce lebih besar dibanding Th maka Th sulit untuk berkompetisi dengan Ceo Ketika kadar Ce sudah kecil pada ekstraksi tingkat II kesempatan Th bereaksi dengan TBP dan mendifusi ke FO semakin lebih cepat. Keadaan ini berlanjut sampai ekstraksi tingkat VII, yang ditandai dengan Kd Th yang jauh lebih besar dibanding Kd Ceo Kd Th semakin besar dengan bertambahnya konsentrasi Th-L TJ dalam umpan. Pada umumnya Kd yang tinggi diperoleh
Prosiding PPI • PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10. Juli 20.0.6
ISSN 0216 - 3128
140
Bertambah besamya berat konsentrat ThLTJ hidroksicla clalam umpan maka konsentrasi Th dan Ce dalam umpan juga semakin besar, konsensentrasi Ce yang besar tersebut menyebabkan semakin kuatnya Ce mendifusi ke FO. Karena FO masih segar, kemampuan TBP mengekstrak masih besar jumlah TBP tetap menyebabkan TBP lebih ban yak membentuk kompleks dengan Ce dibanding dengan Th atau dengan unsur yang lain, sehingga Kd Ce pada ekstraksi I ini jauh lebih besar dibanding Kd Th, seperti tampak pada Gambar 7 clan Gambar 8.
pad a tingkat ekstraksi II dan tingkat ekstraksi III. Kd yang tertinggi diperoleh pada berat konsentrat Th-L TJ hidroksid dalam umpan 30 gram, yaitu 0.89.
1.:1
: ~
..• .... 1.:1
• ••
:III :III :II.
:II
Pada Gambar 9 tampak bahwa pada berbagai konsentrasi umpan, efisiensi ekstraksi Th yang besar diperoleh pada ekstraksi tingkat II dan III. Berat Th-L TJ hidroksida dalam umpan sebanyak 30 gram memberikan efisiensi ekstraksi terbesar yaitu 37,0 I%. Setelah ekstraksi tingkat III, efisiensi ekstraksi Th semakin turun sampai ekstraksi VII paling ked!. Semakin besar konsentrat Th-L TJ hidroksida di dalam urnpan semakin besar pula efisiensi ekstraksi Ce, karena kadar Ce yang tinggi dalam umpan sernakin mudah mendifusi ke FO, pada ekstraksi II dan tingkat ekstraksi selanjutnya efisiensi ekstraksi Ce sangat ked I dibanding pada ekstraksi I, hal ini dapat dilihat pada Gambar 10.
•.•"""••••. Nr ••••IIIN•••••••• 11.J:""" N
Gambar
7.
I
pengaruh konsentras; umpan terhadap Kd Th pada berbaga; t;ngkat ekstraks;
.c ... .:.:: C
'; ';
Go)
Go)
';I-:fj~ U;
ZO
Suyanti, dkk.
_w --"
--+---I ___v -r-III VIVII
41)
10 20 0
1~: .:" ,:~. htll"l ~ •••••NI')to ••••IIIN•••••••• t1 J::" ""
NI
Gambar 8. Pengaruh konsentras; umpan terhadap Kd Ce pada berbaga; t;ngkat ekstraks;
15
20 lItan a!nn
Pada tingkat ekstraksi II sampai dengan tingkat VII pad a ekstraksi ini yang sangat berpengaruh adalah faktor kimia, dimana TBP dapat mengekstrak Th dengan baik. Dengan demikian Th akan mudah masuk ke FO dibanding dengan Ce dan menyebabkan Kd Th lebih besar dibanding Kd Ceo Kemampuan dan kecenderungan Th dan Ce membentuk kompleks tergantung pada konfigurasi elektronnya. Dalam konfigurasi elektron Ce, orbital yang ditempati elektron belum penuh adalah 4f. Orbital4fterletak lebih dalam dari pada 7s dan 6d pada konfigurasi elektron Th. Akibatnya 4f terhalang oleh orbital-orbitalyang terletak di bagian luar dan penempatan pasangan elektron ke dalam orbital 4f menjadi lebih sulit sehingga dalam pembentukan kompleks dengan TBP menjadi lemah.
Gambar
9.
25
so
35
<:Iump.n g12&0 ml
Pengaruh konsentras; umpan terhadap efls;ens; ekstrks; Th pada berbagai tingkat ekstraksL
Dari proses ekstraksi dari tingkat I sarnpai dengan ekstraksi tingkat VII akhimya dapat ditentukan efisiensi total dari pengarnbilan Ce dan Th dari konsentrat Th-L TJ hidroksida. Dari Tabel V.32 dan Garnbar 5.43 terlihat bahwa pada konsentrasi urnpan 30 g/250 rnl diperoleh efisiensi ekstraksi Ce clan Th yang besar. Dari proses ekstraksi dari tingkat I sarnpai dengan ekstraksi tingkat VII akhimya dapat ditentukan efisiensi total dari pengarnbilan Ce dan Th dari konsentrat Th-L TJ hidroksida. Dari Garnbar II terlihat bahwa Th lebih rnudah terekstraksi clibanding Ce, hal ini terlihat dari
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta. 10 Jull 2006
ksi
ISSN 0216 - 3128
Suyanti, dkk.
efisiensi ekstraksi total Th lebih besar dibanding efisiensi ekstraksi total Ceo Pada konsentrasi umpan 30 g/250 ml diperoleh efisiensi ekstraksi Th sedangkan Ce efisiensi total terbesar pada konsentrasi 35 g/250 ml. .
P-I ~V
i
-ir-III
-+-VII -x-IV I
---II ---VI
80 70 60
'1i)
•••
~
"#-
,-
~
50 40
~ U 30 .9:
20
(I)
:E
1~ 16
20
26
10
16
Konsentrasi umpan 91 250 ml
Gambar / O. Pengaruh konsentrasi umpan terhadap eflSiensi ekstrksi Ce pada berbagaiungkatekstraksL Tabel I menunjukkan hubungan konsentrasi umpan (g/250 ml) dengan faktor pisah Th terhadap Ceo Pada berbagai konsentrasi umpan, ekstraksi 7ii tingkat I faktor pisah Th I;;:- 0Ce mempunyai harga .:II: .t;.:II:?E. lebih kecil dari I, ini berarti bahwa KdwCe lebih besar dari pada Kd Th atau di dalam endapan hasil sriping konsentrasi Ce lebih besar dari pada konsentrasi Th. Faktor pisah dengan harga kurang dari I atau lebih besar dari I menunjukkan adanya pemisahan antar unsur yang dimaksud. Pada ekstraksi tingkat II dan III diperoleh harga pisah Th terhadap Ce lebih besar dari I, berarti bahwa Th terekstraksi lebih banyak dibanding Ceo Semakin besar harga faktor pisah maka pemisahan semakin baik. Selain Kd yang besar, faktor pisah yang baik, efisiensi ekstraksi yang besar, produk atau hasil proses yang banyak, tak kalah penting adalah kadar dari unsur yang dipisahkan memiliki kadar yang tinggi adalah salah satu faktor untuk dapat menentukan kondisi proses yang optimum. Dari seluruh hasil di atas pada konsentrasi umpan 15 Tabel1. Hubungan
konsentrasi
umpan
0.33 22.07 10.50 26.60 5.73 5.57 8.70 20 2530 35 125.67 103.68 64.02 10.12 49.09 069.71 89.67 .13 02.54 68.70 86.69 55.52 0.03 32.32 13.81 3.42 .08 46.00 25.51 91.23 50.31 01 12.96 .08 .10 2.24 4.65 415.34 .63 15 Tingkat Umnanll! Konseotrasi 250mB
14/
g/250 ml dan 20 g/250 ml dihasilkan Ce dengan kadar yang lebih rendah, berat endapan lebih kecil dibanding konsentrasi umpan yang lain. Pada konsentrasi umpan berat 25 g/250 ml dihasilkan kadar Ce yang paling besar yaitu 75% diperoleh dari ekstraksi tingkat I dari fasa striping 2 (FS2). Dari hasil analisa ternyata pada FS2 ini Th tidak terdeteksi oleh spektrometer sinar-X. Selain itu Th yang dihasilkan juga memiliki kadar yang tertinggi yaitu 87.86% yang dihasilkan pada tingkat ekstraksi II dan III. Pad a berat umpan 25 gram ini juga memiliki faktor pisah Th-Ce yang cukup tinggi, yaitu 89 dengan efisiensi ekstraksi Ce total sampai ekstraksi tingkat VII 86,07% dan efisiensi ekstraksi Th total 75.42%. Konsentrasi umpan 30 g/250 ml diperoleh efisiensi Th dan Ce yang lebih besar, faktor pisah Th-Ce sedikit lebih tinggi dibanding pada umpan 25 gram, tetapi kadar Ce yang dihasilkan lebih rendah karena masih tercampur dengan Th yang relatif besar yaitu 10,32%. Konsentrasi umpan 35 g/250 ml diperoleh efisiensi Th dan Ce yang lebih besar, berat endapan lebih besar, tetapi faktor pisah yang jauh lebih kecil dibanding konsentrasi umpan 25 g/250 ml dan 30 g/250 ml, Ce yang dihasilkan juga masih mengandung Th yang lebih besar dibanding konsentrasi umpan 30 g/250 ml.
-c
(0 20 30 ... Q) 80 90 Uj .(0 t; ..•.• 100 60 Q) 70
15
~
Ce
35
I-~-
Th I
Konsentrasi umpan (gI250ml)
Gambar / J. Pengaruh konsentrasi umpan terhadap eflSiensi ekstrksi total Th dan
(g/250ml) dengan
faktor
Ceo
pisah Th terhadap
Faktor Pisah Th Terhadao Ce
Prosiding
• -t-
25
.--"-------"
PPI - PDIPTN 200&
Pustok Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
Ce pad a berbagai
ISSN 0216 - 3128
142
KESIMPULAN
Suyanti
Kondisi proses pemisahan Th dan Ce dari konsentrat Th-L TJ oksalat terbaik adalah pada konsentrasi umpan 25 g/250 ml, dan tingkat ekstraksi pemisahan ini dapat dihentikan setelah tingkat ekstraksi 3. Pada tingkat ekstraksi I (FS2) adalah merupakan pengambilan Ce pada kondisi ini diperoleh berat endapan = 6,59 gram, kadar Ce = 75,51%, Kd Ce = 2,77, efisiensi ekstraksi 73,46% dan faktor pisah terhadap Th tak terhingga. Pada tingkat ekstrasi II dan III adalah proses pengamilan Th. Pada ekstraksi II dan III diperoleh : berat endapan masing -masing tingkat = 3,14 gram dan 1,80 gram, kadar Th = 87,86%, Kd Th masingmasing = 0,79 dan 0,83, efisiensi ekstraksi masingmasing = 35,90% dan 20,63% dan faktor pisah Th terhadap Ce pada tingkat ekstraksi II 68,69 dan pada tingkat ekstraksi III 86,69.
o
DAFT AR PUSTAKA 1.
PURWANI, M.V., "Pemisahan dan Pemurnian Serium (Ce), Lantanum (La) dan Neodimium (Nd) dari Pasir Monasit", PPPTM-BATAN, Yogyakarta (1999) I - 4.
2.
PRAKASH, S., "Advanced chemistry of Rare Earth", S. chand and Co., PVT, New Delhi, (1975).
3.
ISHIMORI, T., dan NAKAMOTO, E., "Data of Organic Solven Extraction", JAERI, 1047, (1963) 5-27.
4.
HANSON, C., Reaction Advances in LiquidLiquid Exstraction, Pergamon Press, Oxford, New York, First edistion, (1971).
5.
TREYBAL, ROBERT E, "Mass - Transfer Operations", McGraw-Hill International Book Company, Auckland (1982).
6.
KOPKHAR,S.M., "Konsep Analitik", UI, Jakarta (1990).
Dasar
Kimia
TANYAJAWAB
J. Djati
Suyanti, dkk.
Pramana
o
Melihat tampilan grafik 4 kadar Th (%) bertluktuatif, terutama pada tingkat ekstraksi II FS2. Apakah kondisi terse but adalah suatu anomali ?
o
Kalau bukan anomali apakah sudah dilakukan percobaan ulang (mungkin ada kesalahan analisis, pengaturan kondisi operasi, dst) ?
o
Pada tingkat e~traksi / dan /I pada umumnya Ce dan Th terekstrak bersama-sama, maka selanjutnya fungsi stripping disini sangat berperan untuk memisahkan antara Th dan Ce tersebut. Pada stripping 1 (FS1) dengan menggunakan air, Th sudah terambil hampir seluruhnya, jika masih tersisa maka pada stripping ke /I (FS2) kada Th-nya sudah sangat kecil. sehingga pada gambar hubungan tingkat ekstraksi Vs kadar Th (%) pada FS2 garis graftk hampir berhimpit dengan garis O. Stripping ke /I (FS2), dihasilkan Ce dengan kadar tinggi terutama pada tingkat ekstraksi I, karena Ce telah terekstrak sangat besar pada tingkat ekstraksi I, maka pada tingkat ekstraksi /I dan tingkat ekstraksi selanjutnya FS2, kadar Ce sudah kecil (lihat gambar hubungan tingkat ekstraksi Vs kadar Ce (0/0), sedangkat untuk Th mulai tingkat ekstraksi /I sampai dengan tingkat ekstraksi IV hasil strippingnya diperoleh Th dengan kadar yang masih tinggi yang terpisah dengan Ceo Jadi kondisi anomali.
tersebut
bukan
merupakan
Sri Wahyuningsih o
Pada konsentrasi umpan 15 mg/250 ml diperoleh faktor pisah yang paling tinggi, tetapi pada kesimpulan kenapa dipilih 25 mg/250 ml yang paling optimum, apa pertimbangannya ?
Suyanti o
Untuk menentukan kondisi optimum proses ekstraksi selain faktor pisah (FP) yang besar juga dilihat produk yang dihasilkan (hasil pemisahan/endapan) yang besar, kadar yang tinggi dan eftsiensi yang besar, sehingga eftsiensi proses tercapai. Pada konsentrasi umpan /5 gr/250 ml memang FP-nya paling besar, tetapi berat endapan kadar Th maupun Ce dan eftsiensi ekstraksi yang dihasilkan pada berbagai tingkat ekstraksi paling rendah dibanding pada konsentrasi umpan yang lain. Pada konsentrasi umpan 25 gr/250 ml adalah kondisi yang relatif paling baik seperti kriteria di atas.
Prosiding PPI - PDIPTN 2006 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2006
KE DAFTAR ISI
