PEMURNIAN Nd DENGAN CARA PERTUKARAN ION DAN PEMBUATAN NEODIMIUM (Nd) OKSIDA DARI PASIR MONASIT

PEMURNIAN Nd DENGAN CARA PERTUKARAN

ION DAN

PEMBUATAN

NEODIMIUM

(Nd) OKSIDA

DARI

PASIR

MONASIT

MV Purwani , C.Supriyanto daD Dwi Biyantoro

Puslitbang Teknologi Maju BATAN, Yogyakarta

ABSTRAK

PEMURNIAN Nd DENGAN CARA PERTUKARAN ION DAN PEMBUATAN NEODIMIUM (Nd) OKSIDA DARI PASIR MONASIT. Monasit adalah mineral Th dan Logam Tanah jarang dalam bentuk fosfat. Kandungan unsur logam tanah jarang dalam pasir monasit yang paling ban)'ak adalah Ce, diikuti La dan Nd, sedang unsur logam tanah jarang yang lain jauh lebih sedikit.Neodimium mclnpun.,'ai kegunaan sebagai bahan baku berbagai keperluan industri. Sebelum dimumikan dan dibuat oksida, Nd terlebih dahulu dipisahkan daTi pasir InOnasit dan dibuat konsentrat Nd. Pemumian dilakukan dengan metode proses pertukaran ion dalam , memakai resin DOWEX 50W-X8 dan elusi Inemakai EDTA, Faktor yang berpengaruh pada proses pertukaran ion adalah berat atau jumlah resin, konsentrasi dan pH EDTA. Untuk memperoleh Nd oksida, fraksi volum yang mempunyai kandungan unsur )'ang sarna diendapkan dengan oksalat dan kemudiall dikalsinasi pada suhu 700"C selama 6 jaIn, Hasil terbaik diperolch pada pemakaian berat resin kation Dowex 50W-X8 = 25 gram, konsentrasi eluen EDTA dalam air = 0.015 M, pH- EDTA 8,4 dan kecepatan elusi 0,5 mllmenit. Pada keadaan ini resolusi terbesar untuk Rs[Nd .Cej = 2,987 dan Rs [Nd. Laj = 3,145. kadar Nd2Oj = 90,13% dengan pengotorThO2= 1,53% dan CeO2= 3,03%.

ABSTRACT

PURIFICATION OF Nd BY ION EXCHANGE PROCESS AND PREPARATION OF NEODYMIUM (Nd) OXYDE FROM MONAZITE SAND. Monazite is mineral ofTh and Rare Earth Phosphate. The major content of Rate Earth in Monazite Sand are Ce followed by La and Nd., while the other rare earth elements are very few. Neodymium has potential using as raw material for various imwustries. Before purification process, Nd was separated from monazite sands and was made Nd concentrate. The purification was done by the ion exlwnge process using resin Dowex 50W-X8 and eluted using EDTA to purify Nd as from its concentrates. The affecting factors were weight of resin, molarity or concentration and pH of EDTA. For obtaining Nd oxyde. the volume fractions which contained the same element was precipitated with oxalic aci and then was calcinated at 7()(J'C for 6 hours. The best result obtained at the using of 25 grams Dowex 50W-X8 cation resin, concentration of EDTA eluent in water = 0,015 M, EDTA pH = 8.4 and elution rate = 0.5 mllminute. At this condition, the largest resolutions Rs [Nd -Cel and Rs [Nd-LaI were 2.8 and 3.145 respectively. The concentration of Nd]Oj '''as 90./3 'lc.. and impurities of ThO2 and CeO] were /.53 % and 3.03 %.

PENDAHULUAN

M onasit yang ditemukan dalam pasir dari Bangka merupakan basil samping pengolahan timah dari penambangan timah oleh PT Timah. Hasil samping ini berupa pasir yang dibuang di laut Bangka dan sekitarnya. Hasil pengumpulan dan data yang dilakukan oleh BAT AN dan PT Timah, cadangan pasir monasit di Indonesia ada akhir tahun 1983 sebanyak 7.237 ton

tersebar di daerah Sumatera yaitu P. Bangka, Belitung dan Singkep, sedang di Kalimantan yaitu Rirang dan Tanah Merah belum tercatat!') Pasir monasit ini mengandung Th dan Logam-logam Tanah Jarang seperti Ce, La, Nd, ad, Sm, Dy dan Y. Serium (Ce) merupakan unsur terbesar dalam pasir monasit (kandungan dalam pasir monasit 15%-20%), disusul La dan Nd (kandungan dalam pasir monasit 7-10%). Unsur-unsur logam tanah

jarang terutama Nd mempunyai nilai ekonomis yang tinggi mengingat manfaatnya dalam berbagai industri. Kegunaan Nd antara lain sebagai bahan baku pembuatan magnet dan untuk tabung IR. Mengingat kegunaan Nd dan untuk memberikan nilai tambah secara ekonomi dan strategis dari bahan buangan menjadi bahan yang berguna, maka sangat perlu dan layak dilakukan penelitian pemisahan Nd dari pasir monas it.

.Beberapa tahap proses yang dilakukan untuk pembuatan konsentrat Nd dari pasir monasit adalah sebagai berikurZ) :

.Peleburan pasir monasit dengan Hz 804 .Pemisahan kelompok seria : (Th). La. Ceo Nd.

8m dan Gd dan kelompok itria : Y dan Dy dengan cara kristalisasi membentuk garam rangkap sulfat memakai Naz804.

Prosldlng Pertemuan da" Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

76 ISSN 0216.763128 MV Purwani, dkk A, B daD C : ion-ion yang akan dipisahkan (a) : keadaan sebelum dielusi, ion -ion

masih bercampur

b, (c) daD (d): keadaan setelah dielusi, terjadi pemisahan ion-ion

Bahan untuk penukar ion yang banyak dipakai ialah resin sintetis yang mempunyai matriks derajat silang seperti polistiren, polidekstran, selulosa daD silika. Polistiren resin terdiri dari polimer tiga dimensi divinil bensen daD stiren. Resin tipe ini mempunyai sifat mudah membengkak dalam medium air, disebabkan adanya tekanan osmose dalam rangka matriks resin. Tingkat pembengkakan dapat dikurangi dengan menaikkan jumlah ikatan silang yaitu dengan menaikkan jumlah divinilbensen dalam polimer. Besar nya hubungan derajat silang dinyatakan dengan % berat divinil bensen yang besarnya berkisar antara 1 -16 %. Resin Dowex SOW -X8 merupakan tipe resin polisterin divinilbensen dan angka 8 menunjukkan prosentase derajat ikatan silang. Jumlah derajat ikatan silang ini sudah memadai untuk pengikatan ion-ion logam tanah jarang dengat pembengkakan resin yang cukup.

Pembuatan

kelompok seria hidroksida dengan

cara peleburan

memakai

NaOH.

Pelarutan kelompok seria hidroksida dengan

HNO3

Pemisahan Ce daTi kelompok seria hidroksida dengan oksidasi memakai KBrO3 dan pengendapan fraksional untuk mendapatkan konsentrat La dan Nd

Pembuatan konsentrat Nd dengan cara

pengendapan

memakai

N~OH pada pH 8

Pemurnian Nd dengan pertukaran ion

Pemisahan dengan penukar ion berdasarkan pada pemisahan secara kromatograf. Kromatografi

ialah metoda pemisahan un~ur-unsur atau senyawa-senyawa tertentu berdasarkan kecepatan migrasinya(3). Pada proses kromatografi biasanya terjadi dua rasa, yaitu rasa diam (stasioner) dan rasa gerak (mobil). Pada proses kromatografi kolom penukar ion, bahan yang dipakai untuk rasa diamnya adalah penukar ion. Penukar ion dapat menyerap ion-ion yang dipisahkan dengan menukarkan ion-ion yang sesuai an tara ion dalam rasa diamnya dengan ion pada rasa geraknya. Sedangkan mekanisme terjadinya reaksi pertukaran ion pada rasa diamnya berdasar afinitas ion yang dipertukarkan dan ekivalensi muatan. 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", sedangkan reaksi pelepasan kcmbali ion-ion yang lerjcrap pada penukar ion olch rasa gerak discbUl "clusi" dan rasa gcraknya sendiri disebul "cluen".

Oalam pertukaran ion reaksi yang terjadi bisa berlangsung bolak-balik clan mekanisme untuk mencapai keadaan setimbang ditentukan oleh sifat -sifat sena banyaknya komponen yang terdapat dalam sistem tersebut clan tidak tergantung pada urutan komponen yang masuk terlebih dahulu. Kestimbangan reaksi pertukaran ion antara ion-ion monovalen dapat dituliskan dengan persamaan reaksi sebagai berikut :

Ar+ + B+ ;=;: Br+ + A +

Eluen

t

Eluen

t

Eluen

~

A + dan B+ adalah ion-ion yang dipertukarkan, indeks r menunjukkan ion yang terikat pada resin. Jika kesetimbangan terjadi akan diperoleh suatu harga yang disebut konstanta kesetimbangan reaksi ( K ) antara ion A dan B yang dirumuskan sebagai berikut : A, B dan C Adan B

A

A

B

c

K

B--I A (2

B

Resin (

c

Tanda [ ] menunjukkan konsenlrasi ion dan indeks_{r adalah ion lerikal resin.}

Pada perlukaran ion, konslanle keselim-bangan dikenal sebagai koefisien selektifilas. Pada umumnya besarnya koefisien selektifitas dipengaruhi oleh afinitas ion terhadap resin yititu kecenderungan ion untuk terjerab oleh resin. (d)

(b) (c) (a)

ion dalam kolom penukar Gambar 1. Migrasi ion

ion

---

_{Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr}

ISSN 0216 -3128 77

MV Purwani, dkk.

harganya > o. Semakin kecil harga Log Kkompleks ion lebih sulit untuk terelusi.

Pasa saat proses elusi, aliran larutan eluen yang membawa unsur-unsur yang dipisahkan ditampung setiap waktu dan volum tertentu , fraksi -fraksi volum ini mengandung unsur tertentu yang kalau digambarkan hubungan an tara fraksi volum dan kadar unsur membentuk kurva distribusi polinomial. Banyaknya kurva yang terbentuk

menunjukkan banyaknya unsur yang dipisahkan. Puncak kurva disebut waktu retensi yang biasanya dapat diwakili oleh jumlah fraksi volume. Untuk menunjukkan besarnya daya pisah antara unsur yang satu denga un sur yang lainnya dinyatakan

dengan resolusi. Deret afinitas ion -ion ini sudah dipelajari oleh

Kunnin dan Meyef4). Koefisien Selektifitas adalah harga perbedaan besarnya afinitas ion -ion terhadap resin.

Reaksi pertukaran ion antara resin Dowex SOW -X8 dengan ion sebagai berikut:

RSOiH+ + M*A- ~ RSO3-M+ + H*A

₍₃₎

RSO3- adalah gugus divinil bensen dalam resin dan M* adalah ion logam tanah jarang yang dipertukarkan yang sebelumnya terikat pacta larutan asam ( A ).

Pacta proses elusi, antara ion-ion logam yang terikat resin dan eluen yang mengalir terjadi reaksi

pembentukan kompleks sebagai berikut:

_Perhitungan

_{resolusi: Rs =}

2(t x -t

_y

) ax +ay

(7) M3+ + y4- ~

MY.

(4)

Waktu retensi : puncak kurva unsur atau ion x dan y

(8)

-~ RI + t R2 X ~ (menit)

tR -2 v

M3+ adalah ion logam tanah jarang yang membentuk kompleks dan y4- adalah ion pengompleks.

Reaksi substitusi pacta elusi dapat dituliskan sebagai berikut: -

M

3+ M2 Y + I(r) 3+ ~ + M2(r)

(5)

M\Y-lndeks r menyatakan ion pada resin.

Reaksi terse but selalu terjadi pada pita perbatasan ion L TJ dalam kolom resin pada saat elusi berlangsung. Besarnya konstante kesetimbangan kompleks antara ion dengan eluen dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

t RI adalah fraksi volum kaki kiri dan t R2 adalah fraksi volum kaki kanan

V = volume fraksi .ml v= kecepatan elusi. mVmenit Lebar kurva merupakan jarak antara puncak-puncak kurva dan dirumuskan sebagai berikut :

lebar kurva ion x dan y =

V

a = (t R2 -t RI) X -(menit) (9)

v

Faktor yang mempengaruhi adalah berat resin, konsentrasi dan pH eluen, tinggi kolom resin, konsentrasi eluen dan kecepatan elusi.

MJ+ [MY-]

Kkompleks

= K MY- = 1M -3+

~[y4l

(6)

Pengendapan

fraksi volum dengan oksalat

Fraksi volurn hasil tarnpungan kolorn penukar ion yang rnernpunyai kadar unsur yang sarna diendapkan dengan H2C2O4. Reaksi yang terjadi:

Ion logam tanah jarang dapat membentuk kompleks dengan beberapa ligan. Salah satu ligan yang digunakan adalah EDT A ( Etilen Diamin Tetra Asetat ) yang merupakan ligan khelat pembentuk kompleks. Jika ada dua ion yang mempunyai Kkompleks berbeda, maka akan terjadi reaksi penggantian atau substitusi .ion yang mempunyai Kkompleks lebih besar akan menggan-ikan ion yang mempunyai Kkompleks kompleks yang lebih kecil. Untuk mempermudah mengetahui harga Kkompleks, Powell dkk(5), mempermudah dengan menggantikan harga Kkompleks menjadi Log

Kkompleks yang merupakan bilangan positif yang

H2C2O4 M2(C2O4)3 padatan 2M+A- +

--+

2WA" (10) +

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002

Kalsinasi atau pembuatan oksida Nd

b. Penjenuhan resin dengan ion CU2+

Membuat larutan CUSO4 0,5 -1 M untuk penjenuhan resin. Resin yang telah dilakukan dekantasi dengan air suling, dijenuhkan dengan ion CU2+ dengan cara memasukkan resin dalam larutan CUSO4 0,5 -1 M 80°C, kemudian dilakukan dekantasi seperti dengan air suling sampai tidak terjadi perubahan warDa.

700°C

~

M2O3

+ 2 CO2

Mz(C2O4

(11)

TATA KERJA

Bahan

_{c. Pemasukan resin ke dalam kolom}

Pasir monasit dari Bangka, H2SO4, Na2 SO4, NaOH, HNO3, KBrO3, N~ OR, resin Dowex SOW -X8, EDT A, CUSO4, oksida-oksida logam standar La, Nd, Sm, Gd, Dy, Y dari Merck, Th Nitrat, Ce

Nitrat.

Resin yang dicampur air suling dimasukkan ke dalam kolom dari alas kolom clan dijaga jangan sampai ada udara yang masuk. Untuk memperoleh posisi resin yang stabil resin dialiri air suling selama 2-5 jam.

Alat

Alat gelas, alat penggerus, pengaduk dan pemanas magnet, pH meter, timbangan analitis, rangkaian kolom penukar ion, pompa dan Spektrometer pendar sinar X.

d. Penyiapan umpan konsentrat Nd

Menimbang konsentrat Nd yang berupa padatan clan dilarutkan ke dalam asam nitrat pekat dipanaskan dan diencerkan untuk umpan kolom.

Cara Kerja

e. Pengumpanan kolom resin atau pembebanan Larutan umpan dialirkan ke dalam kolom resin dengan kecepatan tertentu sampai habis clan dibiarkan 24 jam supaya terjadi pengikatan ion-ion dalam umpan dengan resin. Untukmenghilangkan senyawa-senyawa lain yang dapat mengganggu, saat elusi ke dalam resin dialirkan air suling dengan kecepatan tertentu selama 2-5 jam. Pada resin dalam kolom , terlihat jelas batas antara resin yang telah mengikat ion-ion L TJ clan resin yang masih mengikat Cu. Resin yang mengikat ion CU2+ berwarna hijau-biru, resin yang mengikat ion-ion LTJ akan berwarna sesuai dengan warna ion-ion yang diikat (Ce berwarna kuning, La berwarna

putih clan Nd berwarna merah ungu).

1. Pembuatan konsentrat Nd

Seratus gram pasir monasit 400 Mesh ditambah 200 ml asam suI fat pekat, dipanaskan selama 4 jam pada suhu 210°c. Hasil leburan diencerkan dengan air sampai pH = I, kemudian ditambah 60 gram natrium sulCal dan dipanaskan sampai volume tinggal sepertiganya. Kristal yang terbentuk dipisahkan dan ditambah 100 gram NaOH dan 200 ml air dipanaskan selama 2 jam pada suhu 140°C, Endapan yang terjadi dicuci sampai netral dengan air panas. Endapan netral dilarutkan dalam 100 ml asam nitrat pekat dan 10 ml kalium bromat dan dipanaskan sampai mendidih selama 2 jam. Sesudah dingin ditambah amonia sampai pH 1,5. Larutan ditambah amonia dan diatur pHS. Endapan yang terjadi disaring dan endapan ini merupakan konsentrat Nd.

f. Elusi kolom

Eluen EDTA diencerkan dengan air pada konsentrasi tertentu, kemudian diatur pH nya dengan menambahkan amonia. Kolom dial iris eluen dengan kecepatan tertentu clan ditampung setiap 5 ml -20 mi. Elusi dihentikan jika semua unsur yang dipisahkan sudah keluar dari kolom. Hasil tampungan dianalisis dengan spektromeler pendar sinar x.

2. Pemurnian Nd dengan kolom penukar ion

a. Penyiapan kolom resin

Dekantasi resin dengan air suling untuk memperoleh keseragaman ukuran butir resin. Menimbang resin Dowex 50W -X8 secukupnya, direndam dalam air suling suhu 80°C diaduk dan dibiarkan selama 3-5 jam agar resin mengembang secara maksimum. Setelah semua butiran resin mengendap air di alas resin dibuang (dekantasi), kemudian dituangi lagi air suling 80°C sampai air di alas resin jernih.

g. Pembuatan oksida Nd.

Fraksi -[raksi vo\um yang h~~nya

mengandung satu unsur dikclompokkan mcnjadi

satu ditambah oksalat. Endapan yang tcrbcntuk

Prosidlng Pertemuan dan Presentasl ilmlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002

MV Purwani, dkk.

_{ISSN 0216.3128}

79

700°C untuk

Tabel

Analisis pasir

_dan

konsentrat

Nd.

monas

it

Kadar Konsentrat larutan nit, umP3!!

UNSUR _{Pasir Monasit}

(%)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Th Y La Ce Nd Gd 8m Dy 5, 2, 7,1 16 6, 2, 2,

~

776 570 22018 7772 46126 1278 826 100

Hasil analisis pasir monasit dengan

spektro-meter pendar sinar X.

Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwa setelah dilakukan beberapa tahapan proses, kadar unsur -unsur dalam pasir monasit dan dalam konsentrat Nd terlihat ada perbedaan. Sebelum dilakukan proses pemisahan , kadar Nd dalam pasir monasit merupakan urutan yang ketiga setelah Ce dan La. Sesudah dilakukan pemisahan kadar Nd dalam konsentrat Nd adalah yang terbesar.

Pemurnian konsentrat Nd.

Umpan : Konsentrat Nd Hidroksida

dilarutkan dalam as am nitrat. yang

Pengaruh berat resin.

Tabel 2. Pengaruh berat resin terhadap waktu retensi dan Lebar kurva (dinyatakan dengan narnar fraksi valurn).

Keterangan

:

(Diameterkolom = 0,7 cm, ukuran butirResin Dowex 50W-X8 100-200 mesh, Eluen EDTA dalam air pH = 8,4, Kecepatan elusi = 0,5 ml/menit. Volume Fraksi = 20 ml)

Tabel 2 menunjukkan fraksi-fraksi volum dimana pada kaki kiri menunjukkan masing-masing unsur pertama kali akan keluar dari kolom (kon-sentrasi masih Dol ), pada fraksi vol urn berikutnya unsur keluar dari kolorn ( konsentrasi sudah lebih besar dari Dol ). Kaki kanan rnenunjukkan fraksi volurn dirnana un sur atau ion sudah tidak keluar lagi atau pada saat ini konsentrasi ion atau unsur nolo Dari harga ini dapat dihitung waklu retensi daD lebar kurva. ( lihat Garnbar I ). Dari data yang diperoleh dengan analisis rnernakai spektrorneter pendar sinar.X pada setiap fraksi volurn , rnenunjukkan adanya unsur daD konsentrasinya yang ke\uar dari ko\orn.

Tabel 2 menunjukkan , bahwa semakin berat resin yang digunakan unsur yang pertama kali keluar semakin lama. Hal ini dapat diketahui pada besarnya nomor frakasi kaki kiri un sur, semakin berat resin yang dipakai nomor fraksi volum untuk Nd, La daD Ce semakin besar. Keadaan ini menunjukkan bahwa semakin berat resin yang dipakai , posisi resin dalam kolom semakin panjang atau tinggi. Oleh karena itu pengikatan unsur atau ion dengan resin semakin kuat, lintasan yang dilalui ion pada waktu migrasi daD ketika dielusi semakin panjang , sehingga semakin lama ion terikat dalam resin daD ion semakin sui it dilepaskan dari resin oleh eluen.

Prosldlng Pertemuan dan Presentasillmiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

Nd dalam rat untuk (bpi) 21 34 65 ,238731 8210

migrasi ion-ion semakin panjang. Dengan demikian kompetisi dan kesempatan ion-ion untuk membentuk kompleks dengan eluen semakin baik. Karena kecepatan migrasi masing-masing ion berbeda maka semakin panjang lintasan daya pisah akan semakin besar.

fraksi volum

Hubungan fraksi volum kadar unsur pada elusi konsentrat Nd( pemakaian

resin J 5 gram) Gambar 2.

Gambar 3. Grafik hubungan berat resin dengan

reso/usi

Pengaruh konsentrasi EDTA.

Senyawa yang dipakai sebagai eluen adalah (N~h H3 EDT A. Ion-ion EDT A 4- setelah dialirkan ke dalam kolom segera menarik ion-ion L TJ yang berada pada ikatan resin. Dengan adanya ion EDT A 4-, ion-ion L TJ membentuk senyawa kompleks dengan ion EDT A 4- sesuai dengan reaksi sbb_:

LTJ3+ +EDTA4---') JTJ .EDTA" (12'

Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa perbedaan konsentrasi EDT A yang diambil sangat kecil, oleh karena itu pengaruhnya terhadap keluaran fraksi volurn yang rnengandung unsur -unsur Nd, Ce dan La harnpir sarna.

Kecenderungan pelepasan ion L TJ3+ terhadap ikatan resin tergantung dari besarnya konstante kesetimbangan kompleks (Kkompleks) yang dirniliki. Sernakin besar Kkompleks, ion tersebut akan semakin cepat terlepas dari resin. Dari percobaan yang disajikan pada Garnbar 4 diperoleh hasil , bahwa sernakin besar konsentrasi EDTA. daya pisah atau resolusi sernakin rendah. jlka konsentrasi EDT A besar maka laju pembentukan LTJ. EDTA" besar keadaan ini akan rnemperkecil selektifitas, sehingga kompetisi ion-ion tidak sempurna. Karena kecepatan aliran eluen cukup besar, kesetirnbangan kurang baik. Pemakaian eluen dengan konsentrasi besar harus diimbangi dcngan kccepatan clusi yang lambat untuk mempcroleh resolusi yang baik.

Sebagai contoh, Gambar 2 yang menunjukkan hubungan antara fraksi volum clan kadar unsur pada pemakaian berat resin 15 gram. Dari Gambar 2 dapat dilihat terjadi puncak-puncak dengan tinggi clan lebar yang berbeda. Nd adalah unsur yang pertama kali keluar daTi kolom, disusul oleh Ce clan La sesuai dengan urutan besarnya koefisien selektifitas atau afinitas ion dengan resin yang telah disusun oleh Kunnin clan Meyer,

urutan atau deret elusi logam tanah jarang serre besamya harga Log K kompleks dengan EDT A yan~ disajikan oleh B. James clan J.E. Powell () Semakin besar harga Log K kompleks' ion semakin mudah terelusi, sehingga mudah keluar daTi kolom. Harga Log K kompleks Nd, = 16,6, Log K kompleks Ce = 16 clan Log K kompleks La = 15,5 Luasan puncak yang terbentuk sesuai dengan besamya konsentrasi unsur dalam umpan. Semakin besar konsentrasi unsur dalam umpan, kurva yang terbentuk semakin luas.. Pada Tabel I , konsentrasi Nd paling besar , oleh karena itu kurva Nd paling luas diikuti .La clan Ceo

Deret afinitas kation ion-ion lofam tanah jarang sebagai berikut: CU2+ < Th4+ < Lu + < Yb3+ < Tm3+ < Er3+ , HO3+ < Dy3+< y3+ < Tb3+ < Gd3+ < Sm3+ < Nd3+ < Pr3+ < Ce)+ < La3+

Deret elusi ion-ion logam tanah jarang

dengan EDTA sebagai berikut: CU2+, Th4+, Lu3+, Yb3+, Tm3+, Er3+, HO3+, Dy3+, y3+, Tb3+, Gd3+, S,3+, Nd3+, Pr3+, Ce3+, La3

Dari Gambar 3 dapat dilihat , bahwa

semakin ban yak jumlah resin, keberadaan resin dalam kolom semakin tinggi. Reaksi pengikatan ion-ion oleh resin akan semakin sempurna, kapasitas resin mampu mcngikat ion-ion. .Dengan semakin tingginya resin dalam kolom, lintasan

-Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

Tabel4. Pengaruh konsentrasi EDTA terhadap waktu retensi dan Lebar kurva (dinyatakan dengan nornor fraksi vo/urn),

Keterangan :

(Diameter kolom = 0,7 cm, ukuran butir Resin Dowex 50W-X8 100-200 mesh, Eluen EDT A dalam air pH = 8.4, Kecepatan elusi = 0,5 ml/menit, Volume Fraksi = 100 ml)

kali keluar dari kolom semakin kecil atau Nd cepat terlepas dari resin dan terelusi oleh EDT A. Semakin kecil pH , sifat keasamannya semakin besar dan sifat ini lebih mempermudah pelarutan ion Nd , Ce dan La. Semakin bersifat basa unsur logam tanah jarang semakin cenderung mengen-dap , sehingga semakin sulit terlepas dari resin dan semakin sulitterelusi.

Pada Gambar 5 dapat dilihat bahwa akan terjadi harga resolusi yang terbesar pada pH EDT A 8,4. Pada pH < 8 dan pH >8,4 resolusi lebih kecil. Keadaan ini disebabkan karena pada pH 8,2 , spesi EDT A yang terbentuk tidak bereaksi dengan baik untuk terjadinya elusi terhadap LTJ. Disamping itu pada pH yang makin kecil lebih memudahkan pelarutan L TJ , sehingga kompetisi migrasi ion kurang. Sedang pada pH diatas 8,4, pada kolom resin kemungkinan sudah terjadi pengendapan sehingga elusi terhambat dan kurva yang diperoleh me lebar, sehingga menurunkan resolusi.

Gambar 4. Grafik hubungan konsentrasi EDTA dengan reso/usi

Pengaruh pH EDTA.

Tabel 5 menunjukkan bahwa semakin besar pH EDT A .fraksi volum unsur Nd yang pertama

Tabel 5.

Pengaruh pH EDTA terhadap waktu retensi dan Lebar kurva (dinyatakan dengan nomor fraksi

volum)

Nomor fraksi volum

pH EDTA, M Kaki kiri kurva elusi

Nd , Ce I La Waktu retensi (tR') Nd Ce La 133 8,2 180 220 305

350

195 253

8,4

185

286

223

360 420 200 320 j 373 40

73

70

8,6 217 243

293

243

297

277

350

228

273 313

27

34

37

8,8 217 258 257 263 435 238 266 297

60

19 168 keterangan :

(Diameter kolom = 0,7 cm, ukuran butir Resin Dowex 50W-X8 100-200 mesh, konsentrasi 0,015, Kecepatan elusi = 0,5 mVmenit. Vol. Fraksi = 20 ml)

Eluen EDT A dalam air

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl Nukli P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

Besar konstante kesetimbangan untuk

masin.g-masing tingkat bisa dirumuskan dengan persamaan

reaksinya, Tingkat disosiasi dipengaruhi oleh:~lI

larutan.

pH EDTA

Tabel6 menunjukkan bahwa pacta pH 6,14 sampai 10,11 adalah merupakan daerah sesuai -H EDTA3-, sebagian dari H2 EDTA2- dan EDTA4-. Penaikan pH sampai 8,4 pada larutan eluen dengan amonia dimaksudkan untuk memperoleh spesi -H EDT A 3- sebanyak mungkin, karena spesi ini pacta

saat elusi akan membentuk senyawa kompleks

dengan ion-ion L TJ yang terikat pada resin. Reaksi pembentukan kompleks:

LTJ3+ + H EDTA3- ~ LTJ.H.EDTA- (17) Gambar 5. Grafik hubungan pH EDTA dengan

resolusi

Tabel 6. Konstante kesetimbangan disosiasi (K) EDT A sebagaifungsi pH K K1 K2 K3

~

-log ( H+ 2,42 2,88 6,14 10,11 LogK 2,12 2,70 6,18 10,27

Spesi EDT A yang terjadi pada kondisi pH ini dapat diterangkan dengan melihat Tabel 6.

Reaksi disosiasi molekul EDT A merupakan fungsi pH larutan, Mekanisme disosiasi pada molekul EDT A adalah sebagai berikut:

(13)

(N~hH3EDTA ~ (N~)H3EDTA. + N~ + (Kt) (N~)H3EDT A. ~ H3EDT A 2- + N~ + (K2) H2EDTA2- ~ H EDTA3- + W (K3)

(14)

(15)

Pengendapan

fraksi volum dengan oksalat

Fraksi volum yang mempunyai Ce, La clan Nd yang murni hasil tampungan kolom penukar ion diendapkan dengan H1C1O4o Dalam bentuk garam oksalat un sur-un sur mempunyai hasil kali kelarutan yang sangat kecil, sehingga sangat mudah

mengendap.

H EDTA3- --+ EDTA4- + W

_(~)

₍₁₆₎

Kalsinasi atau pembuatan oksida Nd.

Tabel7.

Hasil kalsinasi garam oksalat Nd menjadi oksida Kadar unsur, %

Oksida

ThO2 Y203 La203 CeO2 Nd2O3 Gd2O2 SmP3 DY203

Nd

\,53

2,97

3,03

90,13

1,55

.1,23-

0,05

Oari Tabel 7 dapat dilihat bahwa kemurnian Nd kurang baik, karena pada saat dilakukan kalsinasi fraksi volum yang dipilih terlalu ban yak . Untuk mempcroleh kemurnian yang lebih tinggi

jumlah fraksi volum yang dikalsinasi sehar~nya lebih sedikit. dengan konsekuensi efisiensi"'atau berat Nd oksida yang dihasilkan menjadi Icbih

sedikiit..

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

TANYAJAWAB

Dari data dapat diperoleh hasii terbaik pemurnian konsentrat Nd dengan koiom penukar ion memakai resin penukar kation Dowex 50W-X8, eiuen EDT A daiam air didapatkan resoiusi tertinggi untuk Rs Nd -Ce = 2,087 dan Rs Nd-La = 3,145 pada eiusi 25 gram konsentrat Nd diiarutkan dalam 100 rnliarutan HNO3 3,5 M dengan 25 gram resin Dowex 50W-X8, konsentrasi eluen EDT A daiam air 0,015 M, pH EDT A = 8,4, kecepatan elusi 0,5 mVmenit, volume fraksi penampungan = 20 mi. Kemurnian atau kadar Nd2O3 = 90,13% dengan pengotor CeO2 = 3,03% dan ThO2 = 1,53%.

Tumpal P.

..Bagaimana cara pembuatan umpannya ? . ..Kenapa Nd oksida diambil daTi pasir monasit ? ..Apakah ada jenis pasir lain untuk pengambilan

Nd oksida ? .

..Apa gunanya Nd Oksida ?

DAFTARPUSTAKA

1. SURA TMAN,

"MonasitlSenotim Sebagai

Mineral Ikutan Alam Endapan-Endapan

Timah", Seminar Pengembangan Mineral

Monasit Sebagai Sumber Potensi Mineral

Langka, PT Tambang Timah Persero,

jakarta,

(1987).

2. PRAKASH. S., ,. Advanced Chemistry of Rare

Earth ", S Chand & co (PVT), New Delhi,

( 1975).

3. HEFTMAN, E., "Chromatography",

Reinhold

Publishing Corporation,

New York, (1961).

4. KUNNIN B. AND MEYER R.J., ,. Ion

Exchange

Resin", John Wiley and Sons, New

York,1950

5. POWELL, J.E., "Separation Chemistry",

Hand Book of The Physics and Chmistry.

(Gscheindener,

J.R. dan Eyring L, Publishing

Company, Amsterdam,

North Holland, (1979).

6. JAMES, D.B. AND POWELL, C., "Ion

Exchange Elution Sequences

with Chelating

Eluents", USAEC, Division of Technical

Information, Iowa. 1960

MV. Purwani

.Pembuatan umpan Nd konsentrat dari pasir zirkon monasit dengan cara asam

melalui beberapa tahap proses yaitu : digesti pasir monasit , pemisahan kelompok [tria (Y, Dy) dan kelompok Seria (Ce, La, Nd, Sm, Gd dll) dengan kristalisasi pembentukan garam rangkap sulfat, pemisahan Ce dari kelompook Seria dengan oksidasi dan pengendapan fraksional, pemisahan La dan Nd denga

cara penegendapan sehingga diperoleh

konsentrat Nd. Endapan Nd = 25 gram dilarutkan dalam HNO] dilarutakan dalam HNO] 3,5 M untuk umpam kolom. Setelah dielusi, diperoleh fraksi volum tampungan. Fraksi volum yang mempunyai kadar unsur Nd tinggi dijadikan satu dan diendapkan dengan oksalat dikalsinasi untuk memperoleh Nd

Oksida.

.Pasir monasit mengandung Th = 5 %. LT J ; Ce = 30 %, La =:t [0 % dan Nd = 7 %. Setelah pengambilan Ce diperoleh konsentrat Nd yang layak untuk diproses lanjut. Untuk memisahkan dan memurnikan Nd pasir yang lain misalnya sinotim dan basnasit, Nd yang terkandung sangat sedikit, tidak ekonomis untuk dipisahkan ?

.Nd dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan magnet, optik, super konduktor dll

-Proslding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Oasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Jun12002