EKSTRAKSI TORIUM DARI KONSENTRAT TH,LTJ
(HIDROKSIDA) MENGGUNAKAN SOLVEN BIS-2- ETIL HEKSIL
FOSFAT
Suyanti, AryadiPusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN, Babarsari Yogyakarta 55281 E-mail:ptapb@batan.go.id
ABSTRAK
EKSTRAKSI TORIUM DARI KONSENTRAT Th,LTJ (HIDROKSIDA)
MENGGUNAKAN SOLVEN BIS-2- ETIL HEKSIL FOSFAT. Telah dilakukan ekstraksi
torium dari konsentrat Th,LTJ(Hidroksida) hasil olah pasir monasit menggunakan
solven Asam di-2-etil heksil fosfat atau Bis-2-etil heksil fosfat (D2EHPA) dalam
kerosen. Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh kondisi optimum ekstraksi
torium menggunakan solven Bis-2-etil heksil fosfat (D2EHPA) dalam kerosen. Larutan
umpan atau fasa air adalah konsentrat Th,LTJ hidroksida yang dilarutkan dalam
suasana HNO3 dan fasa organik adalah D2EHPA dalam kerosen. Ekstraksi dan
striping dilakukan dengan cara pengadukan menggunakan pengaduk magnit Ika mag. Hasil proses ekstraksi dan striping diendapkan sempurna dengan asam oksalat, endapan yang terbentuk dikeringkan, ditimbang dan dianalisa dengan spektrometer
pendar sinar-x. Variabel yang dilteliti adalah variasi konsentrasi HNO3 dalam umpan
dan tingkat ekstraksi. Penggunaan solven D2EHPA untuk ekstraksi Th dari konsentrat
Th,LTJ(hidroksida) belum menghasilkan kadar Th maupun efisiensi ekstraksi yang
tinggi. Kondisi optimum ekstraksi Th terjadi pada konsentrasi HNO3 6 M pada tingkat
ekstraksi I fasa striping 2 (FS2). Pada kondisi tersebut diperoleh kadar Th = 26, 219%, efisiensi ekstraksi = 20,96% dengan faktor pisah (FP) Ce =3,581; FP Th-La=49,051 dan FP Th-Nd = 31,538.
Kata Kunci : konsentrat Th,LTJ hidroksida, torium, ekstraksi, Bis-2-etil heksil fosfat
ABSTRACT
EXTRACTION OF THORIUM FROM Th, RE (HYDROXIDE) USING THE SOLVENTS OF BIS-2-ETHYL HEXYL PHOSPHATE. The extraction of thorium from Th,
RE(Hydroxide) concentrate product from monazite sand treatment has been done
using solvents of di-2-ethyl hexyl phosphate or Bis-2-ethyl hexyl phosphate (D2EHPA)
in kerosene. The purpose of this research is to obtain the optimum condition of the
thorium extraction using D2EHPA in kerosene. The aqueous phase was Th, RE
hydroxide concentrate which was dissolved in HNO3 condition and organic phase was
D2EHPA in kerosene. Extraction and stripping have been done by mixing using
magnetic stirrer Ika mag. The result of the extraction and stripping processes were precipitated completely by using oxalate acid, the sediment which formed was drained, weighed and analyzed by using ray-X spectrometer. The variables that have
been investigated were variation of HNO3 concentration in feed and extraction stages.
The using of solvent of D2EHPA for extracting Th from Th, RE(hydroxide) ha sneither
produced the percentage of Th nor high level efficiency of extraction. The optimum
condition of the extraction of Th happened on HNO3 concentration of 6M in the stage
extraction I stripping phase 2(FS2). In that condition the percentage of Th obtained = 26, 219%, extraction efficiency = 20, 96% with the separation factor(SF) Th-Ce = 3,581; SF Th-La=49,051 and SF Th-Nd = 31, 538.
Keywords: concentrate Th, RE(Hydroxide), thorium, extraction, or Bis-2-ethyl hexyl
PENDAHULUAN
onasit adalah mineral yang mempunyai bentuk ikatan fosfat yang mengandung Th dan logam tanah jarang ( LTJ )Ce, La , Nd , Pr, Gd dan Dy. Rumus kimia monasit adalah Th,(LTJ).(PO4), perbandingan Ln2O3 (lantanida)
dibanding P2O5 = 70 : 30. Analisis monasit
seringkali menunjukkan logam-logam pengotor seperti besi, alumunium, kalsium, magnesium, titanium, zirkonium dan silika.
Penggunaan torium dioksida antara lain untuk bahan krus tahan suhu tinggi, menaikkan angka kekerasan, sebagai katalisator dan sebagai bahan bakar nuklir. Mengingat nilai ekonomis dan cukup tersedianya cadangan pasir monasit di Indonesia, maka sudah selayaknya pemisahan Th dari konsentrat Th,LTJ(hidroksida) hasil olah pasir monasit perlu dilakukan, disamping dapat meningkatkan nilai tambah juga mengurangi bahan buangan.
Pemisahan Th dilakukan dengan proses ekstraksi pelarut. Ekstraksi pelarut menyangkut distribusi suatu zat terlarut (solut) di antara dua fasa air yang tidak saling bercampur(3). Teknik ekstraksi sangat berguna untuk pemisahan secara cepat dan “bersih” baik untuk zat organik maupun zat anorganik. Melalui proses ekstraksi, ion logam dalam pelarut air ditarik keluar dengan suatu pelarut organik (fasa organik). Secara umum, ekstraksi ialah proses pemisahan suatu zat terlarut dari larutannya di dalam air oleh suatu pelarut lain yang tidak dapat bercampur dengan air (fasa air). Tujuan ekstraksi ialah memisahkan suatu komponen dari campurannya dengan menggunakan pelarut.
Menurut Khopkar, beberapa cara dapat mengklasifikasikan sistem ekstraksi. Cara klasik adalah mengklasifikasikan berdasarkan sifat zat yang diekstraksi, sebagai khelat atau sistem ion berasosiasi. Ada sistim ekstraksi yang melibatkan pembentukan pasangan ion. Ekstraksi berlangsung melalui pembentukan spesies netral yang tidak bermuatan diekstraksi ke fasa organik.
Bis – 2- etil heksil phosphat atau Asam di-2-etil heksil fosfat (D2EHPA) merupakan donor
yang kuat, yang mempunyai satu atom H yang dapat digantikan oleh ion-ion logam, sehingga senyawa ini biasa disebut dengan senyawa penukar ion. Di samping itu senyawa D2EHPA mempunyai
gugus P=O yang dapat berkoordinasi dengan ion logam. Diketahui pelarut D2EHPA biasanya berada
dalam dimer (H2X2) yang tersusun sebagai dua
molekul D2EHPA. Pada keadaan ini akan saling
mengadakan ikatan hidrogen intra molekuler dengan ion logam yang diekstraksi dengan hanya memutus satu atau dua ikatan hidrogen yang terjadi di dalam dimmer. Rumus struktur D2EHPA
dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Rumus struktur D2EHPA
Reaksi kimia yang terjadi antara logam tanah jarang dengan D2EHPA adalah sebagai
berikut:
H+ + NO- HNO3 (1)
HNO3 (a) + (H2X2) (o) HNO3(H2X2) (o) (2)
M4+ + 4 (NO3)- + 4(H2X2) (o) [M(NO3)44(H2X2)]org (3)
LTJ(NO3) 3.4 (H2X2) + H2O LTJ(NO3)3 + 4 (H2X2) + H2O (4)
Th(NO3) 4.4(H2X2) + H2O Th(NO3)4 + 4(H2X2)+ H2O (5)
Pada banyak sistem ekstraksi, ekstraktan dilarutkan dengan suatu pengencer yang tidak saling bereaksi yang disebut diluen. Pemakaian diluen terutama untuk memperbaiki sifat fisika dari fasa organik.
Pelarut organik sebagian besar mempunyai berat jenis dan kekentalan tinggi, maka menyebabkan sukarnya proses pemindahan solut dari fasa air ke fasa organik. Untuk mempermudah proses tersebut kekentalan fasa organik harus diturunkan dengan cara
menambahkan pengencer organik. Salah satu pengencer organik yang sering digunakan adalah kerosin.
Menurut hukum distribusi Nerst, bila ke dalam dua pelarut yang tidak saling bercampur dimasukkan solut yang dapat larut dalam kedua pelarut tersebut maka akan terjadi pembagian kelarutan. Dalam praktek solut akan terdistribusi dengan sendirinya ke dalam dua pelarut tersebut setelah dikocok dan dibiarkan terpisah. Perbandingan konsentrasi solut di dalam kedua
pelarut tersebut tetap, dan merupakan suatu tetapan pada suhu tetap. Tetapan tersebut disebut tetapan distribusi atau koefisien distribusi. Koefisien distribusi dinyatakan dengan rumus sebagai berikut: Kd = 1 2
C
C
atau Kd = a oC
C
(6)dimana Kd = koefisien distribusi dan C1,
C2, Co, dan Ca masing-masing adalah konsentrasi
solut pada pelarut 1, 2, organik, dan air. Dari rumus tersebut jika harga Kd besar, solut secara
kuantitatif akan cenderung terdistribusi lebih banyak ke dalam pelarut organik, begitu pula terjadi sebaliknya.
Sebagai ukuran keberhasilan untuk suatu proses ekstraksi sering digunakan besaran berupa faktor pisah (FP) yakni perbandingan antara koefisien distribusi suatu unsur dengan koefisien distribusi unsur yang lainnya. Persamaan untuk memperoleh FP adalah: FP = 2 1 d d
K
K
(7)Kd1 adalah koefisien distribusi unsur 1 dan
Kd2 adalah koefisien distribusi unsur 2.
Efektifitas dalam proses ekstraksi dapat dinyatakan dengan persen solut yang terekstrak yang dapat diperoleh dengan persamaan sebagai berikut:
E =
F
C
2x 100 % (8)
dengan E adalah efisiensi ekstraksi (%), C2 adalah konsentrasi solut dalam fasa organik,
dan F adalah konsentrasi umpan untuk ekstraksi. Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan ekstraksi dengan tri butil fosfat 25% ( TBP ). Hasil yang diperoleh efisiensi ekstraksi Th total 99,76%. Kadar Th tertinggi diperoleh pada ekstraksi tingkat I fasa striping 2 (FS 2oks) dengan kadar Th 76,11%, serta pengotor Ce = 1,46 %, La = 0,77% , Nd = 0,28%. Faktor pisah (FP ) Th-Ce = 503,09 FP Th-La = 577,93 dan FP Th-Nd = 19,94.(9)
Dalam penelitian ini umpan ekstraksi adalah konsentrat Th,LTJ hidroksida dengan kadar Th = 5,078%, Ce = 37,76%, La = 19,69% dan Nd = 8,24% yang berasal dari proses pengolahan pasir monasit yang dilarutkan dalam HNO3. Fasa
organik yang digunakan adalah D2EHPA yang diencerkan dalam kerosen dengan kadar D2EHP 5%. Selama berlangsungnya proses ekstraksi, antara LTJ dan Th saling berkompetisi untuk berpindah dari fasa air ke fasa organik. Setelah terjadi proses ekstraksi, maka salah satu dari unsur-unsur LTJ tersebut diharapkan masuk ke dalam fasa organik dan unsur yang lain tetap berada dalam fasa air. Variabel yang diteliti adalah variasi konsentrasi HNO3 dalam umpan dan tingkat
ekstraksi.
Reaksi pelarutan unsur – unsur dalam konsentrat Th,LTJ(OH)4 dengan HNO3 adalah
sebagai berikut :
Th(OH)4 + 4 HNO3 =======> Th ( NO3 )4+ 4 H2O (9)
M(OH)3 padat+ 2 HNO3 =======> M ( NO3 )3 larutan+ 3 H2O (10)
M = unsur logam tanah jarang yang lain ( La, Nd ,Y )
Ekstraksi bertingkat dilakukan beberapa kali sampai ekstraksi dianggap tidak efisien lagi. Untuk memungut kembali LTJ dan Th dari senyawa kompleks dilakukan reekstraksi atau striping memakai air dan asam oksalat encer.
Masing-masing tingkat ekstraksi dilakukan striping tiga kali.
Hasil striping dengan air diendapkan dengan asam oksalat, reaksinya :
LTJ(NO3)4 + 2 H2C2O4 LTJ(C2O4)2 + 4 HNO3 (11)
Th(NO3)4 + 2 H2C2O4 Th(C2O4)2 + 4 HNO3 (12)
Reaksi yang terjadi pada striping dengan asam oksalat adalah:
LTJ(NO3) 4.4D2EHPA + 2 H2C2O4 LTJ(C2O4)2 + 4 HNO3 + 4D2EHPA (13)
Th(NO3) 4.4D2EHPA + 2 H2C2O4 Th(C2O4)2 + 4 HNO3 + 4 D2EHPA (14)
TATA KERJA
Bahan yang digunakan
Konsentrat LTJ hidroksida hasil olah pasir monasit , kerosen buatan Fisher, Bis-2- etil heksil phosphat (D2EHPA) buatan Merck, H2SO4 teknis,
HNO3 teknis , asam oksalat (H2C2O4) teknis, air
suling, NaOH teknis, kertas saring Alat yang digunakan
Alat – alat gelas, timbangan analitik sartorius, lemari asam, pengaduk pemanas Ika Werke, oven, spektrometer pendar sinar- X, pH meter digital WTM.
CARA KERJA
1. Ekstraksi I dan striping
a. Dibuat larutan umpan ekstraksi dengan melarutkan konsentrat logam tanah jarang hidroksida berat 5 gram dilarutkan dalam HNO3 14,4 M sebanyak 17,4 ml, sambil
diaduk dan dipanaskan dengan alat pengaduk pemanas. Volume di tepatkan menjadi 50 ml dengan air suling maka diperoleh keasaman fasa air 5M sebagai fasa air (FA). Divariasi konsentrasi asam nitrat dalam umpan.
b. Fasa air ditambah 50 ml campuran TBP dalam kerosen sebagai fasa organik (FO) yang divariasi konsentrasi D2EHPA 5%,
perbandingan FA:FO = 1:1.
c. Dilakukan ekstraksi selama 15 menit dengan kecepatan pengadukan 200 rpm. d. 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.
e. Fasa organik (FO) I distriping (di re-ekstraksi) dengan menggunakan air suling sebanyak 50 ml, diaduk dengan kecepatan 200 rpm selama 5 menit, kemudian FO I dan fasa striping (FS1air) dipisahkan
dengan corong pisah. FS1air, diendapkan
dengan larutan asam oksalat jenuh kemudian disaring, dikeringkan dengan oven pada suhu 120oC, ditimbang dan dianalisis dengan spektrometer pendar sinar-x.
f. Fasa organik (FO) I setelah distriping dengan air, distriping kembali dengan 50ml larutan asam oksalat 5% selama 5 menit. Fasa striping dipisahkan (diperoleh FS2oks dan FO I), FS2oks ditambah asam
oksalat 5% sampai tidak terjadi endapan lagi. Endapan disaring, dikeringkan,
ditimbang dan dianalisis dengan spektrometer pendar sinar-x.
g. Fasa organik (FO) I distriping lagi dengan air suling 100 ml. Fase striping dipisahkan dari FO I diperoleh FS3air, diendapkan jika
ada endapan disaring, dikeringkan, ditimbang dan dianalisis dengan spektrometer pendar sinar-x.
2. Ekstraksi tingkat II
FA I dari ekstraksi I diekstraksi lagi dengan FO I (FO I yang telah distriping 3 kali dari ekstraksi I) dengan kecepatan pengadukan 200 rpm selama 15 menit, sehingga diperoleh FA II dan FO II. FA II kemudian diekstraksi lagi.
3. Ekstraksi tingkat III
Ekstraksi tingkat III dilakukan seperti pada ekstraksi tingkat I maupun tingkat II. 4. Variasi konsentrasi HNO3 dalam umpan.
Dibuat larutan umpan/fasa air seperti pada 1.a dengan keasaman umpan yang bervariasai yaitu 4M, 5M, 6M, 7M dan 8M. Kemudian dilakukan ekstraksi dan striping seperti pada tata kerja 1.b sampai dengan 2. Seluruh endapan hasil proses striping dikeringkan di dalam oven pada suhu 100oC sampai kering, ditimbang dengan timbangan sotorius dan dianalisis.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil analisis konsentrat LTJ hidroksida menggunakan spektrometer pendar sinar-x adalah: Th = 5,078%, Ce = 37,76%, La = 19,69% dan Nd = 8,24%
Kondisi proses yang dilakukan adalah: berat konsentrat Th,LTJ dalam umpan 5 gram, konsentrasi HNO3 dalam umpan : divariasi, solven
: D2EHPA 5% dalam kerosen, kecepatan
pengadukan 200 rpm, waktu ekstraksi 15 menit, perbandingan fasa air: fasa organik = 1:1, volume fasa air 50 ml.
Pengaruh tingkat ekstraksi terhadap berat fasa striping (FS)
Pada pelaksanaan penelitian proses striping dilakukan sebanyak tiga kali, striping pertama dengan air, striping kedua dengan larutan asam oksalat encer 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 fasa organik, karena asam oksalat merupakan agen penstriping yang sangat kuat untuk memecah senyawa kompleks dan sekaligus dapat untuk mengendapkan semua logam-logam, striping ketiga dengan menggunakan air bertujuan untuk membersihkan sisa oksalat dan logam-logam yang masih terdapat dalam fasa organik.
Gambar 1. Grafik hubungan tingkat ekstraksi dengan berat endapan Fasa striping (Fs) pada berbagai keasaman HNO3.
Hubungan tingkat ekstraksi terhadap berat fasa striping (FS) dapat dilihat pada Gambar 1. Endapan oksalat yang terbentuk pada fasa stripng mewakili perpindahan massa dari fasa ai (FA) ke fasa organik (FO). Fasa organik diwakili oleh fasa air (FS) karena semua unsur yang berada dalam fasa organik diambil lagi fasa striping dan diendapkan sempurna menggunakan asam oksalat.
Semakin tinggi konsentrasi HNO3 dalam
umpan maka semakin besar konsentrat Th,LTJ hidroksida yang dapat larut dan konsentrasi solute dalam umpan semakin besar. Tentu dengan semakin besarnya konsentrasi umpan, maka perpindahan massa semakin cepat dan akumulasi dari perpindahan massa dalam FO semakin banyak. Umumnya striping ke 2 atau FS2 pada berbagai keasaman diperoleh berat FS yang relatif tinggi dibanding pada striping pertama (FS1), yang ditandai dengan puncak-puncak grafik pada FS2 seperti terlihat pada Gambar 1. Hal ini menunjukkan bahwa ikatan kompleks unsur dengan D2EHPA sangat kuat dan air kurang mampu untuk memecah kompleks tersebut, dan setelah distriping dengan asam oksalat yang merupakan pemecah komplek yang sangat kuat sehingga semua unsur akan mengendap sempurna sebagai FS2.
Gambar 2. Grafik hubungan tingkat ekstraksi dengan kadar Th dalam fasa striping (FS) pada berbagai konsentrasi HNO3
dalam umpan
Pada keasaman 4M samapai 7M, berat endapan FS yang terbentuk pada ekstraksi tingkat I paling besar dibanding tingkat ekstraksi selanjutnya. Berat FS semakin bertambah tingkat ekstraksi semakin kecil.
Gambar 2. Menunjukkan kadar Th pada pada berbagai tingkat ektraksi. Pada berbagai konsentrasi asam nitrat dalam umpan kadar Th yang jauh lebih tinggi dibanding pada striping ke1 (FS1).
Pengaruh konsentrasi HNO3 dalam umpan.
Asam nitrat selain berfungsi untuk melarutkan konsentrat Th,LTJOH juga berfungsi sebagai pembentuk kompleks. Dengan melihat persamaan (1) sampai (5) dapat diketahui betapa pentingnya pemakaian HNO3.
Semakin besar keasaman, jumlah mol nitrat semakin banyak, reaksi bergeser kekanan, sehingga hasil reaksi semakin banyak. Hal ini tampak pada Gambar 3 berikut ini.
Gambar 3.Grafik hubungan konsentrasi HNO3dalam umpan dengan berat
endapan Fasa striping (FS) pada berbagai tingkat ekstraksi
Tabel 1. Tampak bahwa pada berbagai konsentrasi HNO3 dalam umpan, Th dan logam
tanah jarang yang telah terekstraks dengan D2EHPA membentuk ikatan kompleks yang sangat kuat sehingga air yang digunakan untuk striping tidak mampu memecah ikatan kompleks tersebut, hal ini ditandai dengan kadar unsur dan efisiensi ekstraksi yang terdapat dalam fasa striping 1 (FS1) pada berbagai tingkat ekstraksi relatif kecil dibanding pada FS2. Sebaliknya pada 0 0.5 1 1.5 2 I FS1 I FS 2 II FS1 II FS 2 III FS1 III FS 2 Be ra t e nda pa n (g ) Tingkat ekstraksi 4M 5M 6M 7M 8M 0 5 10 15 20 25 30 I FS1 I FS 2 II FS1 II FS 2 III FS1 III FS 2 Kad ar T h (% ) Tingkat ekstraksi 4M 5M 6M 7M 8M 0 0.5 1 1.5 2 4M 5M 6M 7M 8M Be rat e nd ap an (g ) Tingkat ekstraksi I FS1 I FS 2 II FS1 II FS 2 III FS1 III FS 2
penggunakan larutan asam oksalat untuk striping sangat kuat memecah ikatan kompleks Th,LTJ dengan D2EHPA dan mengendap sempurna. Pada striping ke 3 pada berbagai konsentrasi HNO3
maupun tingkat ekstraksi tidak terjadi endapan. ini berarti seluruh solut yang terekstraksi telah
mengendap sempurna pada striping ke 2 dan pada striping ke 3 ini juga berfungsi untuk membersihkan sisa oksalat yang terdapat dalam fasa organik sehingga FO dapat digunakan lagi pada ekstraksi tingkat selanjutnya.
Tabel 1. Pengaruh konsentrasi HNO3 dalam umpan terhadap kadar unsur dan efisiensi ekstraksi.
Ekstraksi tingkat I Konsentrasi
HNO3 (M)
Tingkat ekstraksi
Kadar unsur, % Efisiensi Ekstraksi, %
Th Ce La Nd Th Ce La Nd 4 FS1 ≈0 7,424 0,558 1,148 ≈0 0,380 0,055 0,269 FS.2 9,451 43,999 2,898 0,371 15,927 9,972 1,259 0,385 5 FS1 0,825 33,380 0,441 1,553 0,708 3,851 0,098 0,821 FS.2 2,400 62,910 0,441 ≈0 6,750 23,791 0,320 ≈0 6 FS1 ≈0 5,378 ≈0 1,172 ≈0 1,162 ≈0 1,161 FS.2 26,219 35,130 1,407 0,517 20,955 22,313 1,407 1,504 7 FS2 1,227 64,026 0,921 0,257 2,764 19,390 0,535 0,356 8 FS1 ≈0 7,5859 4,337 1,409 ≈0 1,609 1,764 1,370 FS.2 1,300 63,956 ≈0 0,040 8,352 55,275 ≈0 0,180 Ekstraksi tingkat II 4 II.FS1 7,997 7,200 ≈0 0,924 1,669 0,202 ≈0 0,119 II. FS 2 10,596 56,462 5,687 0,172 29,482 21,128 4,018 0,294 5 II. FS 2 5,897 66,217 ≈0 0,150 2,480 3,746 ≈0 0,237 6 II. FS 1 ≈0 10,211 11,059 ≈0 ≈0 2,544 11,059 ≈0 II. FS 2 9,664 49,413 2,931 1,099 35,464 24,387 2,931 2,487 7 II. FS 1 ≈0 2,572 1,877 0,496 ≈0 0,099 0,138 0,087 II. FS 2 2,871 65,857 ≈0 0,034 9,124 28,152 ≈0 0,067 8 II. FS 1 ≈0 3,495 4,237 1,338 ≈0 0,776 1,804 1,361 II. FS 2 13,251 53,205 4,914 0,472 49,494 26,726 4,933 1,132
Ekstraksi tingkat III
4 III.FS1 ≈0 2,984 1,842 1,691 ≈0 0,078 0,092 0,202 III. FS 2 3.805 44,586 0,515 0,175 6,573 10,360 0,229 0,187 5 III. FS1 ≈0 19,425 1,322 0,376 ≈0 5,868 0,143 0,097 III,FS2 20,776 38,041 ≈0 0,172 46,663 11,490 ≈0 0,239 7 III, FS 1 ≈0 11,089 6,400 2,208 ≈0 0,412 0,456 0,376 III, FS 2 17,512 43,635 ≈0 0,103 12,006 15.845 ≈0 0,172 8 III. FS2 16,956 42,550 2,055 0,145 42,904 14,480 1,612 0,273
Hasil proses ekstraksi menggunakan ekstraktan D2EHPA, kadar unsur dan efisiensi
ekstraksi tersaji pada Tabel 1. Torium akan terekstrak lebih cepat daripada logam tanah jarang (Ce, La Nd) sehingga menghasilkan efisiensi ekstraksi yang lebih besar. Torium selain
mempunyai valensi empat juga mempunyai berat atom yang paling besar dibanding unsur logam tanah jarang, sehingga sesuai dengan pernyataan Teramoto, et al (1986:238) bahwa logam yang mempunyai nomor atom lebih besar akan terekstrak lebih cepat dengan ekstraktan D2EHPA.
Tabel 2. Pengaruh konsentrasi HNO3 dalam umpan terhadap Kd unsur dan faktor pisah
Konsentrasi HNO3 , M
Kd Faktor pisah (FP) Th dengan unsur
Th Ce La Nd Ce La Nd Tingkat Ekstraksi I 4 0,160 0,104 0,013 0,007 1,548 12,325 24,506 0,075 0,276 0,004 0,008 0,271 17,967 9,136 6 0,841 0,235 0,017 0,027 3,581 49,051 31,538 7 0,028 0,257 0,005 0,004 0,108 5,197 7,807 8 0,094 0,839 0,018 0,015 0,112 5,347 6,087 Tingkat Ekstraksi II 4 0,313 0,213 0,041 0,004 1,469 7,681 75,886 5 0,025 0,037 ≈0,000 0,002 0,666 ~ 10,509 6 0,176 0,269 ≈0,000 0,025 0,653 ~ 7,073 7 0,092 0,283 0,001 0,002 0,325 66,332 59,540 8 0,519 0,367 0,067 0,025 1,413 7,703 20,814
Tingkat Ekstraksi III
4 0,066 0,104 0,003 0,004 0,634 20,575 17,009 5 0,066 0,174 0,001 0,003 0,381 46,127 19,682 7 0,476 0,163 0,002 0,005 2,926 199,915 86,793 8 0,519 0,174 0,016 0,003 2,981 32,195 190,394 Serium (Ce) mempunyai kadar paling
besar dibanding unsur yang lain didalam larutan umpan, hal ini sangat berpengaruh terhadap transfer massa dari fasa air ke fasa organik, semakin besar solut dalam larutan semakin mudah mendifusi ke fasa organik, akibatnya Ce berkompetisi dengan Th. Akibatnya kompleks HNO3(H2X2) selain mmbentuk kompleks dengan
Th akan membentuk kompleks dengan Ce. Pada data Tabel 1. Tampak bahwa selain Th dari proses ekstraksi dari ekstraksi tingkat I sampai ekstraksi tingkat III Ce dihasilkan kadar dan efisiensi yang besar. Hasil ekstraksi diperoleh kadar torium paling tinggi pada konsentrasi HNO3 6 M yaitu
sebesar Th 26,219% dengan efisiensi ekstraksi 20,955%, sedangkan pada tingkat ekstraksi dan keasaman yang lain kadar Th-nya lebih kecil.
Proses ekstraksi menggunakan ekstraktan D2EHPA menghasilkan koefisien
distribusi dan faktor pisah (FP) seperti yang tersaji pada Tabel 2. Torium akan terekstrak lebih cepat daripada Serium (Ce) akan terekstrak lebih cepat daripada lantanum dan neodimium sehingga menghasilkan nilai koefisien distribusi atau harga
Kd yang besar karena selain mempunyai valensi
empat juga kadar unsur dalam umpan paling besar sehingga terekstrak lebih banyak dari unsur yang lain. Hal tersebut sesuai dengan hukum hukum Fick. Salah satu faktor yang sangat berpengaruh terhadap kecepatan perpindahan massa dari fasa air (FA) ke fasa organik (FO) adalah besarnya konsentrasi solut dalam umpan. Hal ini dapat dijelaskan dengan hukum Fick (Welty, 2002:8): JA,Z = -DAB
dz
dc
A(15) dengan : JA,Z = kecepatan transfer massa
DAB = difusivitas massa
c = konsentrasi
z = lebar lapisan antar fasa
Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa variabel konsentrasi berbanding lurus dengan kecepatan transfer massa, sehingga semakin besar konsentrasi akan semakin besar pula kecepatan perpindahan massa.
Besarnya faktor pisah untuk variasi konsentrasi HNO3 dengan ekstraktan D2
EHPA-kerosen dapat dilihat pada Tabel 2. Tampak bahwa semakin besar tingkat ekstraksi semakin besar pula faktor pisah antara Th dengan Ce, La dan Nd.
Untuk menentukan kondisi optimum ekstraksi torium dengan ekstraktan D2EHPA, selain faktor pisah yang besar juga kadar Th dan efisiensi yang besar pula. Kondisi optimum ekstraksi Th terjadi pada konsentrasi HNO3 6 M
pada tingkat ekstraksi I fasa striping 2 (FS2). Pada kondisi tersebut diperoleh kadar Th = 26, 219%, efisiensi ekstraksi = 20,955% dengan faktor pisah (FP) Th-Ce =3,581 FP Th-La = 49,051 dan FP Th-Nd = 31,538.
KESIMPULAN
Penggunaan solven bis 2 etil heksil phosphat atau D2EHPA untuk ekstraksi Th dari
konsentrat Th,LTJ(hidroksida) belum menghasilkan kadar Th maupun efisiensi ekstraksi yang tinggi. Kondisi optimum ekstraksi Th terjadi pada konsentrasi HNO3 6 M pada tingkat ekstraksi
I fasa striping 2 (FS2). Pada kondisi tersebut diperoleh kadar Th = 26, 219%, efisiensi ekstraksi = 20,955% dengan faktor pisah (FP) Th-Ce = 3,581 FP Th-La = 49,051 dan FP Th-Nd = 31,538. SARAN
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut agar diperoleh efisiensi ekstraksi dan kadar Th yang tinggi misalnya dengan memvariasi konsentrasi D2EHPA, waktu pengadukan, kecepatan pengadukan, atau menggunakan solven yang lain
UCAPAN TERIMAKASIH
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut agar diperoleh efisiensi ekstraksi dan kadar Th yang tinggi misalnya dengan memvariasi konsentrasi D2EHPA, waktu pengadukan, kecepatan pengadukan, atau menggunakan solven yang lain
DAFTAR PUSTAKA
1. Daintith John (ed). Kamus Lengkap Kimia. Terjemahan SuminarAchmadi, Erlangga., Jakarta:, hal. 293, (1999 ):
2. Prakash Satya. Advanced Chemistry of Rare
Elements. 4th edition. Ram Nagar, New Delhi:
S. Chand and Co, PVT (1975).
3. Hanson, C. Reaction Advances in
Liquid-Liquid Extraction. First Edition.England:
Pergamon Press. (1971
4. Khopkar, S.M. (1990). Konsep Dasar Kimia
Analisis. Terjemahan A.Saptorahardjo. Jakarta:
UI-Press.
5. Teramoto, et al. (1986). Extraction of Lanthanoids by Liquid Surfactant Membranes.
Separation Science and Technologi. Japan:
Marcel Dekker. Inc.hal. :230, 1986
6. Cuthbert,F.L.Thorium Production Technology., Massachusetts, U.S.A: Addison-Wesley Publishing Company. INC.hal 122 (1958).). 7. Preston, J.S; Du Prees, A.C. Solvent-Extraction
Processes For Separation of The Rare-Earth Metals. South Africa: Elsevier Science Publishers B.V. (1992).
8. Ladda, G.S; Degallesan, T.N. Transport
Phenomena in Liquid Extraction.New York:
Mc-Graw Hill Publishing, Co., LTD. Hal 20 (1976).
9. Suyanti dan Suprihati, ”Penggunaan Solven TBP Untuk Pembuatan Konsentrat Th Dari Hasil Olah Pasir Monasit Secara Ekstraksi” Proseding P3N PTAPB-Batan Yogyakarta (2009).
10. Welty, R. James; Wicks, E. Charles, Wilson, E. Robert; Rorrer Gregory. Dasar-Dasar
Fenomena Transport. Volume 3. Edisi Ke-4.
Terjemahan Gunawan Prasetio. Jakarta: Erlangga. (2004).
