EKSTRAKSI TORIUM DARI MONASIT BANGKA DENGAN METODE SOLVENT IMPREGNATED RESIN (SIR)

EKSTRAKSI TORIUM DARI MONASIT BANGKA DENGAN METODE SOLVENT IMPREGNATED RESIN (SIR)

Riesna Prassanti¹, Rudi Pudjianto¹

1 Pusat Teknologi Bahan Galian Nuklir – Badan Tenaga Nuklir Nasional Jalan Lebak Bulus Raya No. 9 Jakarta Selatan 12440

email: riesna@batan.go.id

ABSTRAK

EKSTRAKSI TORIUM DARI MONASIT BANGKA DENGAN METODE SOLVENT IMPREGNATED RESIN (SIR). Tahapan pengolahan monasit Bangka secara basa menghasilkan produk berupa natrium fosfat, RE (Rare Earth) Hidroksida, Uranium, serta Torium. Natrium fosfat telah terambil 99% dengan kemurnian 99%. Sedangkan RE Hidroksida telah terpisah dari zat radioaktif uranium (U) dan torium (Th) dengan recovery 85%. Adapun U dan Th yang dihasilkan belum terpisah sempurna. Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan pemisahan U dan Th dengan metode ekstraksi pelarut dan metode pengendapan, akan tetapi hasil yang diperoleh masih belum optimal. Metodologi pada penelitian ini adalah ekstraksi Th dengan metode Solvent Impregnated Resin (SIR) dengan tujuan memperoleh kondisi optimum ekstraksi Th. Resin penyokong yang digunakan adalah amberlite XAD-16 dengan ekstraktan yang diimpregnasikan Tributyl Phosphate (TBP). Parameter yang diteliti adalah pengaruh pH dan waktu ekstraksi terhadap recovery Th. Hasil penelitian menunjukkan kondisi optimum ekstraksi Th dari monasit dengan metode Solvent Impregnated Resin pada pH 1 dan waktu 30 menit, recovery Th 81,13%, U 25,15%, dan RE 0,09%.

Kata kunci: monasit, SIR, torium, TBP, amberlite XAD-16 ABSTRACT

THORIUM EXTRACTION IN BANGKA MONAZITE USING SOLVENT IMPREGNATED RESIN (SIR) METHOD. The stages of Bangka monazite processing with alkaline method produce sodium phosphate, RE (Rare Earth) Hydroxide, Uranium, and Thorium. Sodium phosphate has been taken 99% with 99% purity. While RE Hydroxide has been separated from radioactive element uranium (U) and torium (Th) with 85% recovery. While the U and Th produced were not completely separated yet. In previous studies, separation of U and Th has been carried out with solvent extraction methods and precipitation methods, but the results obtained were still not optimal. In this research, Th extraction was carried out using the Solvent Impregnated Resin (SIR) method with the aim for obtaining the optimum conditions of Th extraction. The supporting resin used was amberlite XAD-16 with impregnated Tributyl phosphate (TBP) extractant. The parameters studied were the effect of pH and extraction time on recovery Th. The results showed that the optimum extraction conditions of Th from monazite by Solvent Impregnated Resin method at pH 1 and 30 minutes, Th recovery was 81,13%, U 25,15%, and RE 0,09%.

Keyword: monazite, SIR, thorium, TBP, amberlite XAD-16

PENDAHULUAN

Monasit merupakan mineral fosfat yang mengandung logam tanah jarang / rare earth (RE), uranium (U) dan torium (Th). Sebagai hasil samping penambangan timah, keberadaan monasit sangat melimpah di Indonesia terutama di Pulau Bangka. Kandungan RE, U, Th, dan fosfat (PO4) dalam monasit Bangka berturut-turut 50-67 %, 1500-3000 ppm, 2,5-3,6%, dan 18-30% [1]. Adanya unsur radioaktif U dan Th dalam monasit menjadikan Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) khususnya Pusat Teknologi Bahan Galian Nuklir (PTBGN) sebagai lembaga yang berwenang dalam pengolahan monasit. Monasit merupakan mineral yang berharga karena unsur-unsur yang terkandung di dalamnya mempunyai nilai ekonomis dan strategis antara lain U dan Th digunakan sebagai bahan bakar nuklir, RE digunakan sebagai bahan baku dalam industri nuklir, elektronika dan otomotif sedangkan PO4

digunakan sebagai bahan baku pembuatan pupuk kimia [1]. PT Timah sebagai produsen timah terbesar di Indonesia memiliki persediaan monasit yang melimpah. Kerjasama antara

PT Timah dengan PTBGN – BATAN dalam pengolahan monasit telah dirintis sejak tahun 1990-an. Sampai dengan tahun 2009 telah diperoleh teknologi pengambilan RE melalui tahapan proses dekomposisi, pelarutan parsial, pengendapan pH 6,3, dan pengendapan pH 9,8 dengan recovery RE 85% [2]. Di samping RE, diperoleh pula U dan Th, akan tetapi keduanya belum terpisah. Metode yang bisa digunakan untuk pemisahan U dan Th antara lain penukar ion, oksidasi-reduksi, pengendapan, ekstraksi fase padat, elektrodeposisi, dan filtrasi [3]. Litbang pemisahan U dari Th pada monasit telah dilakukan dengan metode ekstraksi pelarut [2] dan metode pengendapan [4]. Akan tetapi hasil yang diperoleh masih belum optimal yaitu uranium dan torium belum terpisah sempurna. Oleh karena itu dilakukan penelitian pemisahan Th pada monasit dengan metode Solvent Impregnated Resin (SIR).

PLTN dengan bahan bakar berbasis Th saat ini tengah menarik perhatian dunia karena reaktor beroperasi pada tekanan atmosferik, tidak ada gas hidrogen yang dapat meledak, lebih bersih, lebih murah serta limbah nuklir yang dihasilkan lebih sedikit [5]. SIR adalah metode pemisahan yang menggabungkan antara ekstraksi pelarut dan penukar ion. Resin penyokong yang digunakan adalah amberlite XAD-16 sedangkan ekstraktan yang diimpregnasikan adalah Tributyl Phosphate (TBP) [6]. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh kondisi optimum ekstraksi Th dengan metode Solvent Impregnated Resin (SIR). Adapun parameter yang diteliti adalah pengaruh pH dan waktu ekstraksi terhadap recovery Th.

TEORI

Solvent Impregnated Resin (SIR)

SIR adalah metode pemisahan yang menggabungkan antara ekstraksi pelarut dan penukar ion. Pada proses pemisahan unsur dengan ekstraksi pelarut, kapasitas olah dan selektivitas tinggi, serta laju transfer massa cepat. Akan tetapi perolehan kembali setelah terekstrak membutuhkan banyak tahap dan pemisahan kurang optimal [7]. Sedangkan pada proses pemisahan unsur dengan penukar ion, tahapan proses lebih sederhana, tidak ada pelarut yang hilang dan mudah untuk pemisahan fase cair/padat. Akan tetapi, selektivitas rendah [6]. SIR memberikan prospek cukup baik karena menggabungkan metode pemisahan ekstraksi pelarut dan penukar ion. Metode ini berdasarkan modifikasi solid support untuk memisahkan ion logam dari matrik kompleks [8]. Dengan proses SIR diharapkan akan diperoleh pemisahan unsur dengan selektivitas tinggi, kapasitas besar, tahapan proses sederhana dan tidak ada pelarut yang hilang. SIR dibuat dengan mengamobilkan suatu zat pengekstrak ke dalam suatu polimer berpori besar yang tidak bergugus fungsi. Polimer penyokong secara ideal merupakan polimer organik microporous dengan luas permukaan tinggi dan kestabilan mekanik yang baik, karakteristik aliran dan mempunyai pengembangan (swelling) pelarut yang rendah selama proses impregnasi [9].

Amberlite XAD-16

Salah satu resin polimer berpori besar komersial yang banyak digunakan sebagai penyokong pada SIR adalah polistiren divinilbenzen (PSDVB). Salah satu merek dagang PSDVB adalah XAD yang merupakan polimer non ionik yang mempunyai ikatan silang. XAD berbentuk butiran putih yang tidak larut dalam air [9]. Resin ini mempunyai struktur makroretikular yaitu terdiri dari sebuah fasa rantai polimer dan fasa rantai berpori dengan luas permukaan yang tinggi sehingga dapat berperan sebagai materi pengabsorpsi. XAD-16 merupakan XAD dengan gugus ikatan silang aromatik [9]. Polimer XAD-16 adalah polimer non ionik, non polar, hidrofob dengan permukaan yang luas, ketahanan yang kuat dan mempunyai gugus aromatik pada permukaannya. Resin ini mempunyai porositas, volume pori dan luas permukaan melebihi jenis amberlite yang lainnya sehingga kapasitas untuk menampung ekstraktan menjadi lebih besar [10].

Tributyl Phosphate (TBP)

TBP adalah senyawa organik yang mempunyai rumus C12H27PO4, merupakan solven pengekstraksi torium yang mempunyai koefisien distribusi dan selektivitas yang tinggi, tahan radiasi, dan tahan asam [11].

a b

Gambar 1. a. Resin Amberlite XAD-16, b. Rumus Struktur Resin Amberlite XAD-16 [6]

Gambar 2. Rumus Struktur TBP [6]

METODOLOGI

Bahan: Monasit, asam klorida (HCl), asam sulfat (H2SO4), amonium hidroksida (NH4OH), Resin Amberlite XAD-16, asam nitrat (HNO3), soda kaustik (NaOH), aquabidest, aseton, TBP.

Alat: Gelas beker, gelas ukur, gelas arloji, motor pengaduk, kertas saring, timbangan, oven.

Metode:

Pembuatan umpan larutan torium sulfat dilakukan melalui tahapan proses dekomposisi monasit dengan NaOH dan pelarutan parsial dengan HCl. Residu pelarutan parsial dilarutkan dengan HCl kemudian filtratnya diendapkan dengan NH4OH, selanjutnya endapan dilarutkan dengan H2SO4 sehingga diperoleh larutan torium sulfat.

Pengkondisian (preparasi) resin amberlite XAD-16 dilakukan dengan tahapan pencucian resin dengan HNO3 2 M, NaOH 2 M, aquabidest dan aseton kemudian dikeringkan dengan oven suhu 50 ^oC.

Impregnasi TBP ke resin amberlite XAD-16 dilakukan dengan mencampur resin terkondisi dengan TBP dan aseton kemudian diaduk dengan kecepatan 250 rpm selama 2 jam selanjutnya didiamkan selama 24 jam. Setelah itu disaring dan dikeringkan dengan oven suhu 50 ^oC.

Ekstraksi Th parameter pH: 10 ml Larutan torium sulfat dengan variasi pH 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5;

3 dicampur dengan 100 mgram SIR-TBP diaduk dengan kecepatan 300 rpm selama 30 menit pada suhu kamar. Setelah pengadukan, kedua fase dibiarkan terpisah selama 2 menit. Banyaknya torium yang terekstraks ditentukan dengan cara menentukan konsentrasi torium yang tersisa dalam larutan secara spektrofotometri.

Ekstraksi Th parameter waktu: 10 ml Larutan torium sulfat pada pH optimum dicampur dengan 100 mgram SIR-TBP diaduk dengan kecepatan 300 rpm selama variasi waktu 15, 30, 60, 90, 120 menit pada suhu kamar. Setelah pengadukan, kedua fase dibiarkan terpisah selama 2 menit. Banyaknya torium yang terekstraksi ditentukan dengan cara menentukan konsentrasi torium yang tersisa dalam larutan secara spektrofotometri.

33.45

25.15 24.39

13.61 10.96 12.06 82.11 81.13 77.90 77.64 75.52 73.17

0.04 0.09 0.62 1.57 1.76 1.55 0

20 40 60 80 100

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Recovery (%)

pH

U Th RE

27.27

81.13

77.46 86.32 87.68

26.57 25.15

26.86 33.12 32.43

3.36 0.09 0.61 0.82 0.16

0 20 40 60 80 100

0 20 40 60 80 100 120

Recovery (%)

Waktu (menit)

Th U RE HASIL DAN PEMBAHASAN

Grafik hasil ekstraksi Th dari monasit dengan metode SIR parameter pH disajikan pada Gambar 3.

Gambar 3. Grafik hasil ekstraksi Th dari monasit dengan metode SIR parameter pH Dari Gambar 3 dapat dilihat bahwa semakin tinggi pH, Th yang terekstrak semakin kecil. Hal ini disebabkan pada pH yang semakin tinggi Th akan mulai mengendap. Fenomena ini sesuai dengan hasil penelitian pengendapan Th dari bijih thorit yang optimal mengendap pada pH 4,5 [12]. Adanya Th yang mulai mengendap pada pH yang semakin tinggi menyebabkan keberadaan torium yang terlarut berkurang sehingga Th yang terekstrak semakin kecil. Selain itu dapat dilihat pula bahwa U dan RE masih ikut terekstrak walaupun dengan konsentrasi kecil. Dari data di atas dipilih pH optimum ekstraksi Th pada pH 1.

Grafik hasil ekstraksi Th dari monasit dengan metode SIR parameter waktu disajikan pada Gambar 4.

Gambar 4. Grafik hasil ekstraksi Th dari monasit dengan metode SIR parameter waktu Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa sampai dengan waktu ekstraksi 30 menit, recovery Th yang terekstrak meningkat secara signifikan sampai 81,13 %. Hal ini karena semakin lama waktu ekstraksi, maka kontak antara larutan umpan yang kaya Th dengan ekstraktan TBP yang terimregnasi pada resin amberlite XAD-16 akan semakin lama pula sehingga Th yang

terdistribusi dari fase larutan ke fase SIR semakin banyak [13]. Akan tetapi setelah waktu 30 menit Th yang terekstrak cenderung konstan, hal ini karena pada waktu 30 menit proses ekstraksi sudah mencapai kesetimbangan sehingga meskipun waktu ditambah tidak meningkatkan jumlah Th yang terekstrak. Pada percobaan variasi waktu ini, U juga masih ikut terekstrak kurang lebih 30 % dan RE kurang dari 1 %.

Berdasarkan data pada Gambar 3 dan Gambar 4, dipilih kondisi optimum ekstraksi Th pada monasit dengan metode SIR pada pH 1 dan waktu ekstraksi 30 menit.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian, diperoleh kondisi optimum ekstraksi Th pada monasit dengan metode SIR pada pH 1 dan waktu ekstraksi 30 menit dengan recovery Th 81,13%, dan U serta RE terikut masing-masing 25,15% dan 0,09%.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terimakasih kepada semua teman-teman di Bidang Teknologi Penambangan dan Pengolahan serta PTBGN-BATAN pada umumnya yang telah membantu kelancaran pelaksanaan penelitian sampai terwujudnya makalah ini.

DAFTAR PUSTAKA, ARIAL 10 BOLD

1. RIESNA P., Digesti Monasit Bangka Dengan Asam Sulfat, Eksplorium, Buletin Pusat Pengembangan Geologi Nuklir, Vol. 33, No. 1, pp 41 – 54, Jakarta (2012).

2. KURNIA T., RIESNA P., SUMARNI, RUDI P., Pemisahan Uranium dari Torium pada Monasit dengan Metode Ekstraksi Pelarut Alamin, Eksplorium, Vol. 33, No. 155, pp 47 – 52, Jakarta (2011).

3. ISMAIL Y., ELIF V.O., IBRAHIM D., SADIN O., RECEP Z., A New Method for Praconcentration of Th(IV) and Ce(III) by Thermophilic Anoxybacillus Flavithermus Immobilized on Amberlite XAD-16 Resin as A Novel Biosorbent, Ecological Engineering, 103, pp 43-49 (2017).

4. KURNIA T., SUMIARTI, Pemisahan Torium dari Uranium pada Monasit dengan Metode Pengendapan, Eksplorium, Vol. 33, No. 1, pp 55-62, Jakarta (2013)

5. ERLAN D., Analisis Potensi Torium sebagai Bahan Bakar Nuklir Alternatif PLTN, Jurnal Pengembangan Energi Nuklir, Vol. 14, No. 1, pp 45-56, Jakarta (2012)

6. RIESNA P., BUDI Y.A., SUMIARTI, EfektiVitas impregnasi TBP, D2EHPA dan campuran TBP-D2EHPA pada resin amberlite XAD-16 sebagai Solvent Impregnated Resin (SIR) Uranium dari Monasit, Seminar Nasional Iptek Nuklir Dasar dan Terapan Tahun 2018, Yogyakarta (2018)

7. NIA R., BUCHARI, Pemisahan Unsur-unsur Logam Tanah Jarang La³⁺, Ce³⁺, Nd³⁺ dari Mineral Monasit dengan Metode Solvent Impregnated Resin (SIR), Jurnal Matematika dan Sains, Vol. 14 No. 1, Bandung (2009).

8. AHMED M.D., ASEM A.A., EWAIS M.M.M., ANAS M.E., MAHMOUD O.A., Removal of Uranium (VI) from Aquaeus Solution Using Glycidyl Methacrylate Chelating Resins, Hydrometallurgy, 95, pp 183-189 (2008).

9. ROHM and HAAS, Product Data Sheet Amberlite XAD-16, (2003).

10. HELALY O.S., GHANY M.S., Extraction of Cerium(IV) Using Tributyl Phosphate Impregnated Resin from Nitric Acid Medium, Journal Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 22, pp 2016-214 (2012)

11. QIU S., LI S., DONG Y., SU X., WANG Y., SHEN Y. SUN X., A High-Performance Impregnated Resin For Recovering Torium From Radioactive Rare Earth Waste Residue, Journal of Molecular Liquids, 237, 380-386 (2017).

12. MOCH IQBAL N.S., MUTIA A., MOHAMMAD Z.M., KURNIA S.W., Studi Ekstraksi Bijih Thorit dengan Metode Digesti Asam dan Pemisahan Thorium dari Logam Tanah Jarang dengan Metode Oksidasi-Presipitasi Selektif, Eksplorium, Vol. 38, No. 2, pp 109–120, Jakarta (2017)

13. HABASHI F., Principles of Extractive Metallurgy , Volume 2 Hydrometallurgy, Gordon &

Breach, Science Publishers, Inc., New York (1980)