TINJAUAN PUSTAKA
A. Deskripsi Teori 1. Logam Tanah Jarang
2. Pasir Senotim
Pasir senotim merupakan mineral logam tanah jarang (Y, La, Ce, dan Nd) yang terdapat di pulau Bangka, Singkep, dan Belitung. Pasir senotim digunakan untuk mendapatkan logam itrium (Y) (Dwi Biyantoro, 2002: 42). Pasir senotim adalah senyawa logam tanah jarang fosfat (Y,LTJ)PO4 atau sering ditulis YPO4 dalam bentuk kristal tetragonal dengan kadar itrium (Y) ±20 % (Sulistyani,
11
Pusparini, & Biyantoro, 2016: 110). Total kadar campuran antara 55% sampai 70%. Pengotor yang sering terikat dalam pasir senotim, yaitu Al, Fe, Mg, Si, Ti, dan Zr.
Melalui perlakuan awal terhadap pasir senotim, diupayakan memperoleh konsentrat logam tanah jarang senotim, pengotor yang jumlahnya lebih banyak telah dipisahkan terlebih dahulu, sehingga umpan untuk proses pemisahan nantinya hanya mengandung unsur-unsur logam tanah jarang .
Terdapat beberapa macam oksida logam tanah jarang sebagai konsentrat pasir senotim dengan jumlah yang bervariasi, yaitu La2O3 3,67 %, Ce2O3 6,77 % Pr2O3 0,80 %, Nd2O3 2,70 %, Sm2O3 0,7%, Eu2O3 0,24%, Gd2O3 1,03 %, Tb2O3 0,26%, Dy2O3 2,43 %, Ho2O3 0,60 %, Er2O3 2,05 %, Tm2O3, Yb2O3 2,25 %, Lu2O3 0,318 %, Y2O3 21,40 %, U3O8 0,808 %, ThO2 1,70 %, SiO2 5,10%, dan TiO2 7.30 % (Alex, Suri, & Gupta 1998: 332).
Itrium merupakan logam berwarna putih keperakan, cukup lembut, ulet, dan bersifat paramagnetik. Itrium cukup stabil di udara, oksidasinya cepat dimulai diatas suhu sekitar 450 oC, sehingga membentuk Y2O3. Itrium mempunyai titik leleh 1522 °C, dan titik didih 3388 °C. ltrium adalah logam yang sangat berguna untuk pengembangan material baru, karena mempunyai sifat yang unik yang sangat menguntungkan. Secara fisik itrium (Y) memiliki kesamaan dengan unsur-unsur lantanida yang lain. Unsur itrium memiliki warna putih keperakan dan tahan di udara hingga 1000 oC. Itrium dapat bereaksi dengan atmosfer oksigen, karbondioksida, air, dan asam. Awal mulanya unsur itrium ditemukan oleh Johan Gadolin pada tahun 1794.
12 3. Metode Pemisahan Logam Tanah Jarang
Beberapa metode yang dapat dilakukan untuk pemisahan logam tanah jarang untuk mendapatkan unsur itrium (Y) yang lebih murni, yaitu :
a. Metode Ekstraksi
Ekstraksi pelarut atau ekstraksi air merupakan metode pemisahan yang paling baik dan cukup popular. Prinsip metode ini didasarkan pada distribusi zat terlarut dengan perbandingan tertentu antara dua pelarut yang tidak saling bercampur. Batasannya adalah zat terlarut dapat ditransfer pada jumlah yang berbeda dalam kedua fase pelarut (Khopkar, 2008: 90).
Berbagai metode pemisahan logam tanah jarang, secara umum pemakaian proses ekstraksi cair-cair banyak dikerjakan karena relatif lebih sederhana dan lebih cepat dibandingkan teknik yang lain. Metode ekstraksi sudah dilakukan diberbagai industri untuk unsur-unsur logam tanah jarang dalam jumlah yang sangat sedikit di alam dan harganya sangat mahal (Bintarti, Bambang, & Purwani, 2002: 257).
Cara memperbesar nilai faktor pemisahan logam tanah jarang biasanya ditambahkan pengkomplek yang dapat larut, baik dalam fasa air maupun fasa organik. Contoh pengkomplek yang sering digunakan adalah di-(2-ethyl hexyl) phosphoric acid (D2EHPA) dan tributil fosfat (TBP) (Biyantoro, 2007: 43). Pengembangan terakhir teknik ekstraksi cair-cair menggunakan di-(2-ethylhexyl)-phosphoric acid (D2EHPA) derivat dari organo fosfor semakin luas pemakaiannya untuk ekstraksi itrium dan logam tanah jarang karena selektif dan efisien. Keberhasilan ekstraksi diketahui dari hasil efisiensi dan faktor pisah pengambilan itrium dengan nilai yang tinggi. Stripping atau re-ekstraksi dapat
13
dilakukan untuk pengambilan zat terlarut dalam fasa organik ke fasa air dengan hasil yang relatif murni.
Proses ektraksi cair-cair untuk pemisahan logam tanah jarang sering menggunakan D2EHPA. Reaksi kesetimbangan proses ekstraksi dapat dituliskan sebagai berikut (Biyantoro, Handini, & Setyadji, 2016: 7)
(1) Dengan simbol HX adalah D2EHPA, aq adalah aqueous solution phase (fase cair), dan org adalah organic phase (fase organik).
Pada proses ekstraksi memakai pelarut tributil fosfat (TBP) dalam media asam nitrat, maka apabila M3+ adalah suatu ion logam tanah jarang, maka persamaan ekstraksinya adalah sebagai berikut (Bintarti & Bambang, 2006: 213):
(2) b. Metode Penukar Ion
Pemisahan secara kromatografi dengan mempergunakan resin penukar ion telah dilakukan oleh beberapa peneliti. Penukar kation sudah digunakan untuk memisahkan unsur-unsur anggota series lantanida dan aktinida. Metoda pemisahan ini merupakan pemisahan dari unsur-unsur atau senyawa-senyawa tertentu yang didasarkan pada kecepatan migrasinya. Sedangkan pertukaran ion merupakan proses dimana larutan elektrolit kontak dengan resin penukar ion dan ion-ion aktif pada resin penukar ion digantikan oleh ion-ion dari larutan elektrolit.
Prinsip dasar pemisahan dan pemurnian dengan kromatografi kolom penukar ion adalah perbedaan kecepatan migrasi ion-ion di dalam kolom penukar ion. Cara pembebanan ion-ion pada kolom penukar ion merupakan proses yang
14
dikerjakan untuk pertukaran ion. Selanjutnya, ion-ion yang terikat dalam resin dialiri dengan eluen yang mampu memberi kondisi keseimbangan yang berbeda-beda terhadap masing-masing ion yang terserap dalam resin. Keseimbangan yang berbeda ini mengakibatkan kecepatan migrasi ion dalam kolom resin tidak sama (Biyantoro, Basuki, & Muhadi, 2006: 30).
Pemisahan diperoleh pada saat ion bergerak keluar dari kolom dalam waktu yang tidak bersamaan dan ditampung secara fraksional sampai semua ion keluar dari kolom resin. Ion yang mempunyai senyawa kompleks paling stabil akan keluar terlebih dahulu disusul oleh yang kurang stabil. Resin penukar ion dapat menyerap ion-ion yang dipisahkan dengan menukarkan ion-ion yang sesuai antara ion dalam fasa diamnya dengan ion pada fasa geraknya. Fasa gerak dalam proses pertukaran ion berfungsi mengambil kembali ion-ion yang terikat pada penukar ion dengan jalan mengalirkannya melalui tumpukan penukar ion.
Proses pengikatan (adsorpsi) ion-ion yang akan dipisahkan oleh penukar ion disebut "pembebanan", reaksi pelepasan kembali ion-ion yang terserap pada penukar ion oleh fasa gerak disebut "elusi", dan fasa geraknya sendiri disebut "eluen”. Kecepatan gerak yang berbeda-beda diterangkan dari adanya "koefisien distribusi" ion yang berbeda-beda untuk masing-masing ion. Kesetimbangan reaksi pertukaran ion pada dua fasa mengikuti hukum distribusi. Faktor yang mempengaruhi adalah berat resin, konsentrasi dan pH eluen, tinggi kolom resin, konsentrasi eluen, dan kecepatan elusi (Purwani & Biyantoro, 2001:160-161). Dalam kolom terjadi penukaran ion antara fasa diam berupa ion Y (itrium) yang telah terjerap di dalam resin dengan eluen sebagai fase gerak.
15 c. Metode SIR ( Solvent Impregnated Resins )
Metode SIR (Solvent Impregnated Resins) merupakan metode gabungan antara ekstraksi pelarut dan penukar ion yang diperkenalkan tahun 1997 oleh Warshawsky. Solvent Impregnated Resins (SIR) dibuat dengan cara mengimpregnasikan (mengamobilisasi) suatu ekstraktan ke dalam resin polimer berpori makro yang tidak memiliki gugus fungsional pengekstraksi (Khaldun, Buchari, Amran, et al, 2009:21). Berikut ini faktor-faktor yang harus terpenuhi pada proses impregnasi antara lain (Juang, 1998: 353):
1) Ekstraktan harus cair atau dipertahankan dalam keadaan cair dengan penambahan pengencer.
2) Ekstraktan dan pengencer harus memiliki kelarutan minimal dalam fase air yang digunakan.
3) Proses impregnasi tidak boleh merusak karakterisasi ekstraktan dan resin. 4) Resin harus dapat mengembang secara sempurna selama proses impregnasi dan
stabil.
SIR (Solvent Impregnated Resins) yang ideal harus mempunyai syarat sebagai berikut (Juang, 1998: 353):
1) Mobilitas ekstraktan baik dalam fase resin dan mobilitas logam juga baik antara fase air dan resin.
2) Kapasitas mengikat tinggi. 3) Faktor selektivitas ion tinggi.