BuklllI. PEMBUATAN KONSENTRAT NEODIMIUM DARI PASffi MONASIT DENGAN CARA PENGENDAP AN

226

7,

BuklllI

Prosiding Pertemuan don Presentasi llmiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April ]995

PEMBUATAN KONSENTRAT NEODIMIUM DARI PASffi

MONASIT DENGAN CARA PENGENDAP AN

MV. Punvani, R Subagiono, Trimohadi

PPNY-BATAN, Jl. Babarsari P.OBox 1008, Yogyakarta 55010

ABSTRAK

PEMBUATAN KONSENTRAT NEODIMlUM DARI PASIR MONASIT DENGAN CARA

PENGENDAPAN. Nd merllpakan salah sarlIunsur terbesar ketiga yang terkandllng dalampasir monasit. Pembuatan konsentrat Nd dilakukan sebagai langkah awal pemisahan dan pemurnian Nd. Dengan cara pengendapanfraksional dan bertingkat dapat diperoleh konsentrat Nd. Setelah pemisahan Ce, diperoleh larutan nitrat yang banyak mengandung La dan Nd. Dengan menambahkan NH,iflO3, Cd(NO3h dan NH4OH untuk mengatur pH akan diperoleh endapan yang kaya Nd dan filtrat yang kaya La. Kondisi optimum dicapai pada pengendapan 100 ml larutan nitrat setelah dipisahkan Ce-nya dengan menambahkan 10 ml NH4NO320 %, 3 ml Cd(NO3h 10 % dan pH pengendapan = 8, jumlah tingkat pengendapan = xv. Hasil yang diperoleh Nd/Total Unsur selain Nd = 1.1293 (Nd/TU pasir monasit =

0.1 747). efisiensipengendapan Nd= 87.98%sedangefisiensipengendapanLa = 13,30.

ABSTRAC

MAKING OF CONCENTRATED Nd FROM MONAZITE SAND BY PRECIPITATION. Nd is the third mayor element in monazite sand. Making ofNd concentrated was done as thefirst step of separation and purification of Nd. Concentrated of Nd can be made by fractional and multistage precipitaion. After separation ofCe wasproducted nitricsolution consist ofLa and Nd as mayor element.Adding ofNH4NO3. Cd(NO3h and NH40H to orderrpHofprecipitaion was obtained precipitate was enrich ofNd andfiltrate was enrich of La. The optimum condition atprecipitation of 100 ml nitric solution byproduct separation ofCe by adding 10 ml ofNH4NO3 20 %,3 ml ofCd(NO3h 10 %, pH ofprecipitaion is 8 and stage of precipitaion isxv. At this conditionNd.. total of element without Ndis 1,1293 (in monazitesand is 0,1747), precipitation efficiency ofNd is 87,89 % and efficiency of La is 13.38 %.

PENDAHULUAN

N

eodimium (Nd) merupakan salah satu unsur logam tanah jarang yang terkandung dalam pasir monasit. Kadar Nd dalam pasir monasit kira-kira 6,87 %, merupakan unsur logam tanah jarang terbesar ketiga setelah Ce (Serium) clanLa (Lantanum). Mengingat kegunaan Nd yang sangat besar dalam bidang industri di samping harganya lebih tinggi dibanding harga Ce maupun La, maka sangat bermanfaat apabila dilakukan pembuatan konsentrat Nd sebagai langkah awal pemisahan clan pemumian Nd.

Untllk membuat konsentrat Nd paling efektif apabila sebelumnya dilakukan pemisahan Ce clan La. Tipton, C.R. telah menemukan suatu urutan proses pemisahan unsur-unsur logam tanah jarang dari pasir monasit dengan cara pengendapan

sebagai berikut :

Peleburan pair monasit

Pasir monasit yang mengandung logam tanah jarang fosfat, LTJ (PO4) dilebur dengan H2SO4terjadi reaksi berikut :

210°c

LTJ(PO4) + 3 H2SO4- (LTJMSO4)3 + 2 H3PO4 Pemisahan kelompok itria daD kelompok seria

Logam tanahjarang kelompok itria: (Y, Yb, Dy clanHo). Logam tanahjarang kelompok seria: (Ce, La, Nd, Gd, SID).Dengan membentuk garam rangkap sulfat dari basil leburan akan diperoleh reaksi sebagai berikut :

kristalisasi (LTJ)2(SO4)3+ Na2S04

(KCMSO4)3.Na2S04+ (KYMSO4)3.Na2S04

padat larutan

Pembuatan hidroksida kelompok seria Kelompok seria dilebur dengan NaOH

Prosiding Pertenman dun Presentasi Ilmiah

PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995 Buku 11 227

(KCMSO4)3.Na2S04+ NaOH KC(OH)3+ Na2S04

Pemisahan Ce secara oksidasi daD pengendapan fraksional

Ce mempunyai valensi III clanIV, sedang unsur LTJ lain mempunyai valensi II clanIII. Jika dioksidasi, Ce akan berubah menjadi valensi IV sedang unsur LTJ lain berubah menjadi valensinya III.

Ce(OH)3+ HNO3 ' Ce(NO3)3+ H2O

pelarutan

Ce(NO3)3 + 0 (NaCIO3)

.. Ce(NO3)4 + H2O oksidasi

Dengan menambah amonia akan terjadi reaksi sebagai berikut :

Ce(NO3)4+ NH4OH

-

Ce(OH)4+ NH4NO3

pH = 1,5 gelatin Unsur lain (valensi III) masih dalam larutan Pembuatan konsentrat Nd. (Dengan membentuk garam rangkap nitrat daD pengendapan)

Amonium nitrat ditambahkan pacta larutan filtrat (setelah pemisahan Ce) akan terbentuk reaksi sebagai berikut,

KC(NO3)3 + NH4NO3- KC(NO3)J.NH4NO3

ditambah amonia menjadi

KC(NO3)3.NH4NO3+ NH4OH '

KC(OH)3 + NH4NO3

La dalam larutan, unsur lain dalam padatan. Dengan demikian akan terbentuk padatan yang kaya akan N d. Beberapa parameter yang berpengaruh dadalah

sebagai berikut : 1. pH pengendapan

2. penambahan amonium nitrat

3. penambahan Cd(NO3)2 untuk mempermudah pemisahan clansebagai katalisator

4. tingkat pengendapan

Keberhasilan pembuatan konsentrat Nd dapat diketahui dari besamya harga perbandingan Nd : jumlah total unsur selain Nd. Semakin besar

harganya, pembuatan konsentrat Nd semakin baik. Konsentrat Nd ini sebagai umpan untuk ekstraksi, maka disiapkan dalam bentuk larutan nitrat.

BAHAN DAN T ATA KERJA

Bahan

Pasir monasit, air suling, NH4OH, NH4NO3, Na2S04, NaOH, H2SO4, Cd(NO3)2, HNO3

Alat

Alat gelas, oven, alai penggerus, alai ayak, alai pengaduk pemanas, spektrometer pendar sinar X, pH meter

Tata Kerja

1.Peleburan (digesti) pasir monasit

Menggerus, mengayak pasir monasit sampai ukuran menjadi 200 mesh. Setiap 100 gr pasir monasit 200 mesh dilebur dengan 200 ml H2SO4 pekat pactasuhu 210 °c selama 4 jam sambil terns diaduk. Hasilleburan diencerkan dengan air suling sampai volume menjadi 4500 ml, kemudian disaring.

I

2. Pemisahan kelompok itria daD kelompokseria Setiap 1000 ml lamtan leburan encer ditambah 15 gram Na2S04 dipanaskan sambil diaduk, sehingga terbentuk kristal kelompok seria. Kristal dicuci dengan alkohol.

3. Pembuatan hidroksida kelompok seria

Setiap 100 gram kristal yang terbentuk dilebur dengan 40 gr NaOH clan 1000 ml air suling pactasuhu 140 °c selama 2 jam clandicuci dengan air panas sampai netra!. Hasil leburan berbentuk padatan yang mula-mula berwama putih kemudian berubah abu-abu clan akhimya menjadi kilning. Padatan hidroksida kelompok seria ini kemudian dikeringkan dalam oven clandiimbang sampaiberat tetap.

4. Pemisahan Ce dari kelompok seria

Setiap 25 gram padatan kelompok seria hidroksida dilarutkan sedikit demi sedikit ke dalam 50 ml HNO3 pekat clan ditambah 7,5 gr NaOCb sambi! dipanaskan clan diaduk selama 1 jam kemudian ditambah air sampai volume menjadi 100 m!. Setelah dingin ditambah NH4OH sampai pH menjadi,I,5. Endapan yang terbentuk disaring clan dikeringkan ke dalam oven kemudian ditirnbang. Endapan mempunyai kadar Ce yang tinggi, sedang larutan atau filtrat kaya akan La clanNd.

5. Pembuatan konsentrat Nd

100 ml filtrat ditambah NH4NO3 20 %, Cd(NO3)2 10 %, kemudian diendapkan dengan amonia. Endapan yang terbentuk disaring, kemudian dilarutkan dalam HNO3 3 M sampai

228 Bukll II

Prosiding Pertemuan don Presentasi llmiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 Apri/1995

volume menjadi 100 ml untuk dianalisis dengan spektrometer pendar sinar X. Untuk meningkatkan kadar Nd dalam endapan, endapan terbentuk dilarutkan kembali dalam HNO3 3 M sampai volume menjadi 100 ml ditambah NH4NO320 %, Cd(NO3)2 10 % kemudian diendapkan dengan amonia, demikian seterusnya. Parameter yang diteliti adalah : volume penambahanNH4NO320 %, volume penambahan Cd(NO3)2 10 %, pH pengendapan clantingkat pengendapan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari tabel 1. Dapat dilihat bahwa setelah mengalami bebrapa proses, diperoleh peningkatan kadar Nd dalam suatu larutan nitrat. Setelah pengambilan Ce unsur yang dominan dalam larutan adalah La clanNd. Untuk membuat konsentrat Nd, La dipisahkan lebih dahulu. Filtrat sisa pengambilan Ce dipakai sebagai umpan pembuatan konsentrat Nd.

Tabell. Analisis basil yang diperoleh dari proses peleburan pasir monasitsampai pengambilanCe

Pembuatan konsentrat Nd 1. Pengaruh pH pengendapan

(Volumeumpan= 100ml, VolumeNH4NO3 20 % = 2,5 ml, Volume larutan endapan = 100 ml, Volume Cd(NO3)2= 2 m!)

TabeI2.a. Pengaruh pH pengendapan terhadap kadar unsur dalam endapan setelah

dilarutkan dalam HNO3 3M dan

NdrrU

TabeI2.b. Pengaruh pH pengendapan terhadap efisiensi 2,5Nd/TU 1.5 0,5 05 1 ..n! pHpelgeldap!1

Gb.l.a _{Hubungan pH pengendapan}

dengan Nd/TUi

Kadar

Filtrat pasir _Leburan garam _hidroksid setelah Unsur monasit

pasir _ranfikatsu fat aKC pengambiIan C (ppm) (% ) ( ppm) (%) (%) ( ppm ) Th 5,21 1086 3,89 6,44 776 Y 2,34 512 0,59 2,57 570 La 7,65 1712 6,56 12,96 10308 Ce 16,23 4505 13,97 30,45 772 Nd 6,87 1164 5,92 11,28 6126 Gd 2,31 492 0,52 3,42 1278 Sm 2,82 624 2,77 5,72 826 Dy 2,27 178 0,03 0,43 o Nd/IU 0,1747 0,1266 0,2090 0,1820 0,4210

pH Kadar unsur dalam endapan setelah NdiTU pengend pelarutan (ppm) apan Th y La Ce Nd Gd Sm 5 o o

°

o

126 28 25 2,377 6 312 1 61 o 540 174 826 0,2795 7 38 12 1128 66 991 247 826 0,3558 & 75 57 7308 730 5660 1235 826 0,495 9 76 50 10292 772 6116 1263 826 0,421

pH Kadar unsur dalarn endapan setelah pelarutan (ppm)

pengend apan Th y La Ce Nd Gd Sm 5 o o

°

o

2,06 2,19 3,03 6 40,2 1,75 5,92 o 8,82 13,62 100 7 50,13 22,63 10,94 8,42 16,18 10,33 100 8 98,58 100 70,90 14,56 92,41 96,64 100 9 98,71 100 99,8 100 99,85 98,83 100

Prosiding Pertemuan dun Presentasi Ilmiah

PPNY-BA TAN Yogyakarta 25-27 April 1995 Buku 11 229

100 [flliusl % 90 80 10 60 50 40 30 20 10 0

"

I ...) pH peftgeftdapn Gb.l.b _{Hubungan pH pengendapan} dengan ejisiensi

Dari tabel2.a clan2.b. serta gambar La clan l.b dapat dilihat bahwa semakin besar pH pengendapan, kadar unsur-unsur yang acta dalam endapan semakin besar. Semakin besar pH, harga hasil kali kelarutan (Ksp) garam rangkap amonium nitrat clan hidroksida unsur-unsur semakin dapat dilampaui sehingga terjadi pengendapan. Nd clan unsur-unsur logam tanah jarang lainnya mempunyai harga Ksp yang lebih kecil dibanding La. Dengan demikian La akan mengendap lebih sedikit dibanding Nd clan unsur lainnya. Keadaan ini dapat dilihat pacta besarnya efisiensi pengendapannya pacta pH 8, barn pacta pH 9, La hampir mengendap semua. Karena kadar La paling tinggi pengurangan atau pemisahan sangat berarti pacta konsentrat Nd, sehingga diperoleh peningkatan harga NdJTU. Pacta pH 8 diperoleh harga NdJTUpaling besar (kecuali pactapH 5, tetapi tidak dipilih karena efisiensinya sangat kecil). 2. Pengaruh penambahan NH4NO3 20 %

(Volume umpan = 100 ml, Volume larutan endapan = 100 ml, Volume Cd(NO3)2= 2 ml, pH pengendapan = 8)

Pengendapan yang berlangsung di sini merupakan kompetisi antara pengendapan bentuk hidroksida clan garam rangkap amonium nitrat, yang keduanya saling mendukung. Semakin besar volume NH4NO3 yang ditambahkan, reaksi pembentukan garam rangkap amonium nitrat semakin sempuma. Dalam bentuk garam rangkap amonium nitrat, masing-masing unsur mempunyai derajat pemisahan yang berbeda dengan unsur lainnya, sehingga mudah untuk dipisahkan. Pada penambahan 10 ml HNO3 20 % diperoleh pengurangan kadar La yang paling tesar, hal ini

TabeI3.a. Pengaruh penambahan NH4NO3

terhadap kadar unsur dalam endapan setelah dilarutkan dalam HNO3 3M

TabeI3.b. Pengaruh NH4NO3 20 % terhadap efisiensi pengendapan

5 1.5

...)NH4NO320%Imll

10 12.5

Gb.2.a Hubungan antara volume

NH4NO3 dengan Nd/TU

ISSN 0216-3128 MV. Purwani dkk.

Volume _{Kadar unsur dalarn endapan setelah} NdlTU NH4NO3 pelarutan (ppm) 20% (ml) Th y La Ce Nd Gd Sm 0 629 540 7644 738 5601 1235 826 0,4823 2,5 755 570 7307 739 5659 1235 826 0,4950 5 662 570 7065 741 5988 1252 826 0,5387 7,5 692 570 7143 750 6017 1207 826 0,5378 10 671 570 6953 752 5953 1223 826 0,5414 12,5 675 570 7063 752 5983 1174 826 0,5410

Volume _{Kadar unsur dalarn endapan setelah pelarutan}

NH4NO3 (ppm) 20% (ml) Th y La Ce Nd Gd Sm 0 81,0 94,74 74,16 95,60 92,42 96,46 100 2,5 98,71 100 70,89 95,73 92,39 96,64 100 5 85,31 100 68,55 95,98 97,76 97,97 100 7,5 89,18 100 69,30 91,15 98,24 94,44 100 10 86,47 100 67,46 97,41 97,19 95,70 100 Nd/Tu 0.55 0.54 0.53 0.52 0.51 0.5 0.49 0.480 2.5

230 BukuJl

Prosiding Pertel1Ulan don Presentasi l/miah

PPNY-BATAN Yogyakarta25-27April 1995

10 12.5

5 1.5

...) NH4NO3 20% Iml!

Gb.2.a Hubungan antara volume

NH4lVO3 dengan efisiensi

dapat dilihat dari efisiensi pengendapannya yang mempunyai harga paling kecil, sehingga diperoleh harga Nd/TU terbesar. Sedang unSUf-unsUflainnya hanya sedikit terjadi pemisahan karena urutan derajat pemisahannya lebih awal dibanding La daD Nd, (harga Ksp unsur-unsur lain lebih kedl

dibanding La daDNd).

3. Pengaruh penambahan Cd(NO3)210 % (Volume umpan = 100 ml, Volume larutan endapan = 100 ml" pH pengendapan = 8, Volume NH4NO320 % = 10 ml)

TabeI4.a. Pengaruh penambahan Cd(NO3h 10 % terhadap kadar unsur dalam endapan setelah dilarutkan dalam HNO33M

TabeI4.b. Pengaruh penambahan Cd(NO3)2 10 % terhadap efisiensi pengendapan

0.55Nd/TU 0.54 0.53 0.52 0 2 3 ...> CdINO3!210%ml

Gambar 30. Hubungan voL Cd(NO3h dengan Nd/TU

II

2 )

...)CdINO)!2 10 % ml

Gambar 3b. Hubungan voL Cd(NO3h dengan efisiensi Mm. 0.55 0.54 0.53 0.52 0.51 0.5 0.49 0.480 2.5

Volume Kadar unsur dalam endapan setelah NdffU Cd(NO3h pelarutan (ppm) 10% (ml) Th y La Ce Nd Gd Sm 0 629 570 7644 738 5601 1235 826 0,5203 1 700 569 7307 739 5659 1235 826 0,5201 2 671 570 7065 741 5988 1252 826 0,5414 3 683 570 7143 750 6017 1207 826 0,5458 4 657 570 6953 752 5953 1223 826 0,5347 5 660 570 7063 752 5983 1174 826 0,5398

Volume _{Efisiensi pengendapan ( %)} Cd(NO3h 20% (mt) Th y La Ce Nd Gd Sm 0 81,06 100 68,63 95,80 91,43 96,64 100 I 90,21 99,82 69,49 100 94,71 100 100 2 86,47 100 67,46 97,41 95,56 95,70 100 3 88,02 100 66,83 98,58 97,75 97,18 100 4 _85,95 100 66,97 100 96,70 100 100 5 85,05 100 66,72 99,74 96,97 100 100 E!isillSi%

1DOI

90 80 70 600

Prosiding Pertemuan don Presentasi Ilmiah

PPNY-BA TAN Yogyakarta 25-27 April 1995 Buku II 231

Kadmium nitrat berfungsi sebagai katalisator clan untuk Iebih mempermudah penyaringan. Semakin besar volume Cd(NOJ)2, reaksi akan lebih baik clan penyaringan Iebih mudah. Pacta penambahan 3 ml diperoleh pemisahan yang maksimum, sehingga menghasilkan harga Nd/TU yang paling besar. Untuk mempertinggi harga Nd/TU (konsentrat Nd lebih) dilakukan pengendapan bertingkat.

4. Pengaruh jumlah tingkat pengendapan (V01.Umpan = 100mI, Vol. NH4NOJ20% = 10 ml, Vol. Cd(NOJ)210%= 3 mI, pH pengendapan = 8)

TabelS a. Pengaruh tingkat pengendapan terhadap kadar unsur daD Nd/TU dalam endapan sesudah pelarutan dalam HNO33M

Dengan pengendapan bertingkat, unsur-unsur yang terkandung dalam endapan dapat dikurangi. Adanya N~NOJ clan Cd(NOJ)2 barn dalam pengendapan kembali akan membentuk garam rangkap amonium bartl, menyebabkan perbedaan derajat pemisahan antara unsur-unsur yang acta dalam endapan, sehingga mempermudah pemisahan. Dengan demikian kadar clan efisiensi pengendapan unsur dalam endapan akanberkurang. Namun demikian pengurangan kadar unsur Nd

TabelS b. Pengaruh tingkat pengendapan terhadap efisiensi pengendapan

I.ZNd/Tu 0,8 0,6 0,4 O,Z ol

II III :V V VI VII V:II IX X X: X:: XII: XIV XV TinghtPengeudapaa

Gambar 4 a. Hubungan tingkat pengendapan dengan Nd/TU

paling keciI, sehingga harga perbandingan Nd/TU semakin besar. Demikian seterusnya, sampai pacta tingkat ke XV diperoleh harga Nd/TU 1,1293 dengan efisiensi pengendapan La 13,3% clan Nd 89,87%.

ISSN 0216-3128 MV. Purwani dkk.

Tingkat Kadar unsur dalam endapan setelah NdffU pelarutan (ppm) Th y La Ce Nd Gd Sm I 683 570 6888 761 5987 1242 826 0,5458 II 683 546 5803 760 5952 1242 826 0,6037 III 683 522 5146 753 5908 1242 826 0,6441 IV 629 522 4270 745 5893 1242 826 0,7157 V 591 516 4031 745 5863 1196 826 0,7417 VI 550 515 3457 745 5814 1185 826 0,7988 VII 483 508 3086 745 5772 1182 826 0,8451 VIII 426 506 2671 740 5731 1168 826 0,9044 IX 370 506 2423 740 5705 1159 826 0,9470 X 370 506 2075 740 5668 1123 826 1,0050 XI 370 497 1806 740 5605 1108 826 1,0483 XII 370 487 1743 740 5588 1108 826 1,0595 XIII 370 464 1536 732 5536 1108 826 1,0993 XIV 370 464 1459 732 5444 1088 826 1,1076 XV 370 463 1371 732 5389 1010 826 1,1293

Tingkat Efisiensi pengendapan (%)

Th Y La Ce Nd Gd Sm I 88,02 100 66,83 98,58 97,75 97,18 100 II 88,02 95,79 56,30 98,45 97,18 97,18 100 III 88,02 91,58 49,93 97,54 98,68 97,18 100 IV 81,06 91,58 41,43 96,50 96,21 97,18 100 V 76,16 90,53 39,11 96,50 95,72 93,52 100 VI 70,88 90,35 33,54 96,50 94,92 92,72 100 VII 62,24 89,12 29,24 95,50 94,24 92,49 100 VIII 54,90 55,77 25,91 94,85 93,57 81,39 100 IX 47,68 88,77 23,57 95,55 93,14 90,69 100 X 47,68 88,77 20,13 95,85 92,54 87,87 100 XI 47,68 87,19 18,52 95,85 91,51 86,70 100 XII _{47,68 85,44 16,91 95,85 91,23 86,70} 100 XIII 47,68 81,40 14,90 94,82 93,38 86,70 100 XlV 47,68 81,40 14,16 94,82 88,88 85,13 100 XV _{47,68 81,23 13,30 94,82 87,98 79,03} 100

232 Bllkll II

Prosiding Pertemuan don Presentasi llmiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995

120Eflslmi % 100 I. 80 60 40 20

0 [ II II: IV V VI VI: v::I IX X XI X:: X:IIX:V XV Tilght PlIgtftdlPU

Gambar 4 b. Hubungan tingkat pengendapan dengan Efisiensi

KESIMPULAN

HasHterbaik pembuatan konsentrat Nd pada pengendapan XV tingkat dengan umpan 100 ml larutan filtrat setelah pengambilan Ce dari pasir monasit dengan menambahkan 10 ml NH4NO3 20%,3 ml Cd(NO3)210% clanpH pengendapanNd 89,87%, efisiensi pengendapan La 13,30%dengan NdJTU 1,1293.

UCAP AN TERIMA KASIH

Terima kasih kepada Sdri. Suprihati yang telah membantu terlaksananya penelitian ini.

DAFT AR PUST AKA

1. TIPTON,CR. "Reactor Hand Book" Vol. I, 2nd Ed, Bettelle Memorial Institute, 1967 2. PRAKASH SA TY A, D.Se, Fa. Se. '

"Advanced Chemistry of Rare Earth

Elements", S.Chamd & Co (PVT)(TI),Ram

Nagar, New Delhi 110055, 4th Ed, 1975

TANYAJAWAB

Trimohadi

Dari pemyataan/penjelasan penyaji dapat

ditambahkan bahwa pemisahan Ce adalah

pemisahan tahap I, sedang La adalah pemisahan tahap II, dan Nd adalah pemisahan tahap III.

MY. Purwani