PENELITIAN LOGAM TANAH JARANG DI INDONESIA. Isyatun Rodliyah

(1)

71

Mineral dan Batubara

PENELITIAN LOGAM TANAH JARANG DI INDONESIA

Isyatun Rodliyah

Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara “tekMIRA”

isya@tekmira.esdm.go.id

S A R I

Logam tanah jarang (LTJ) memegang peranan yang sangat penting dalam kebutuhan material produksi modern seperti dalam dunia superkonduktor, laser, optik elektronik, aplikasi LED dan iPAD, glass dan keramik. Di Indonesia terdapat 2 jenis mineral yang mengandung LTJ yaitu monasit dan senotim. Mineral-mineral tersebut belum diolah lebih lanjut untuk memperoleh logam-logam tanah jarang murni atau dalam bentuk oksidanya

Penelitian ini dilakukan bekerjasama dengan Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (PTAPB)-Batan khususnya dalam penyedian cerium oksida. Penelitian ini bertujuan mendapatkan hasil yang optimal pada proses reduksi CeO₂ menjadi logam Ce. Logam cerium dapat dihasilkan dengan metode metalotermik dengan kadar Ce 50% dan perolehan 91%.

Kata kunci : industri, LTJ, reduksi

1. LOGAM TANAH JARANG

Logam tanah jarang (LTJ) merupakan kelompok logam yang pada umumnya berasosiasi dengan unsur logam yang lain dalam jumlah kecil. Dalam sistem periodik unsur, kelompok logam tanah jarang merupakan kelompok lantanida yang memiliki anggota 14 unsur yaitu: Ce-Pr-Nd-Pm-Sm-Eu-Gd-Tb-Dy-Ho-Tr-Tm-Yb-Lu. Logam grup lain yang sering berasosiasi dalam mineral yang sama adalah Sc-Y-La (Castor, 2011). Keberadaan unsur logam tanah jarang dalam sistem periodik unsur seperti terlihat pada Gambar 1. Logam tanah jarang diklasifikasikan menjadi dua berdasarkan berat molekulnya, yaitu logam tanah jarang ringan atau grup cerium (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu) dan logam tanah jarang berat (Gd, Tb, Dy, Ho, Tr, Tm, Yb, Lu). Logam tanah jarang ringan lebih banyak keberadaannya dibandingkan dengan logam tanah jarang berat. Pada kenyataannya LTJ keberadaan di lapisan bumi tidaklah jarang.

Cerium, lantanum, neodymium, dan ytrium (Gambar 1) sebenarnya lebih umum kelimpahannya dibandingkan timbal dan perak (Atmawinata, 2011). Namun, logam tanah jarang ditemukan pada kondisi sangat tersebar dan sedikit ditemukan dalam jumlah yang banyak, sehingga nilai ekonominya kecil.

2. PEMANFAATAN LOGAM TANAH JARANG

Logam tanah jarang dalam bentuk oksida, memegang peranan yang sangat penting dalam kebutuhan material maju seperti superkonduktor, laser, optik elektronik, aplikasi LED dan iPAD, glass dan keramik. Contoh perkembangan yang terjadi pada magnet, LTJ mampu menghasilkan neomagnet, yaitu magnet yang memiliki medan magnet yang lebih baik dari magnet biasa. Dengan adanya LTJ ini juga memungkinkan munculnya mobil bertenaga listrik yang dapat

(2)

Mineral dan Batubara

Gambar 1. Keberadaan unsur LTJ (warna kuning) dalam sistem periodik unsur

digunakan untuk perjalanan jauh. Oleh karenanya mobil hybrid mulai marak dikembangkan. Selanjutnya aplikasi LTJ ini, permintaan dan kebutuhan dapat dilihat pada Tabel 1 dan Gambar 2.

Dalam aplikasi metalurgi, penambahan logam tanah jarang digunakan dalam pembuatan baja paduan rendah kekuatan tinggi (High Strength

No Aplikasi Unsur LTJ Permintaan LTJ 2005

Pertumbuhan pemakaian logam tanah jarang

1 Magnet Nd, Pr, Dy, Tb, Sm

17,17 ton motor listrik pada mobil hybrid, Power steering elektrik, Air conditioners, generator, hard disk drives

2 Baterai NiMH La, Ce, Pr, Nd 7,2 ton Baterai mobil Hybrid, baterai Rechargeable 3 Auto Catalysis Ce, La, Nd 5,83 ton Gasoline and hybrids diesel fuel additive,

untuk peningkatan standar emisi otomotif global

4 Fluid Cracking Catalysis

La, Ce, Pr, Nd 15,4 ton Produksi minyak, peningkatan kegunaan minyak mentah

5 Phosphors Eu, Y, Tb, La, Dy, Ce, Pr, Gd

4,007 tons LCD TV dan monitor, plasma TV, energy efficient compact fluorescent lights 6 Polishing Powders Ce, La, Pr,

mixed

15,15 ton LCD TV dan monitor, plasma TV dan display, silicon wafers dan chips 7 Glass additives Ce, La, Nd, Er,

Gd, Yb

13,59 ton Kaca optic untuk kamera digital, bahan fiber optic

Tabel 1. Pemanfaatan logam tanah jarang di industri

Low Alloy/HSLA), baja karbon tinggi, superalloy, stainless steel. Karena logam tanah jarang memiliki kemampuan ketahanan terhadap panas. Contohnya pada penambahan logam tanah jarang dalam bentuk aditif atau alloy pada paduan magnesium dan aluminium, maka kekuatan dan kekerasan paduan tersebut akan meningkat secara signifikan.

(3)

73

Mineral dan Batubara

3. MINERAL PEMBAWA LTJ DI INDONESIA Di Indonesia terdapat 2 jenis mineral yang mengandung LTJ ini. Mineral tersebut adalah monasit dan senotim. Berdasarkan hasil studi BATAN di daerah produksi timah, ada beberapa daerah potensi deposit monasit, yaitu; Bangka Belitung, Karimata/Ketapang, Rirang-Tanah Merah (Atmawinata, A., 2011). Monasit merupakan sumber utama logam tanah jarang ringan, diperoleh sebagai produk samping dari penambangan dan pengolahan mineral berat seperti ilmenit, rutil, dan zirkon (Australia, Brazilia, Cina dan India); serta kasiterit, ilmenit dan zirkon (Malaysia, Thailand, dan Indonesia)(Riedemann, T., 2011). Di Bangka, mineral monasit Bangka diperoleh sebagai hasil samping penambangan timah. Mineral monasit Bangka didapat sebanyak 7.290 - 8.505 ton per tahun (Sabtanto Djoko Suprapto).

Monasit merupakan senyawa fosfat logam tanah jarang, berwarna coklat kemerahan. Mineral monasit merupakan empat mineral yang berbeda, tetapi karena perbedaannya tidak banyak, maka mereka dirujuk sebagai satu mineral monasit. Keempat monasit tersebut mempunyai persentase berbeda tergantung pada unsur/elemen penyusunnya (Tabel 2).

Gambar 2. Pemanfaatan Logam Tanah Jarang

NAMA RUMUS KIMIA

MONASIT-(Ce) (Ce, La, Nd, Th, Y)PO₄ MONASIT –(La) (La, Ce, Nd)PO4

MONASIT –(Nd) (Nd, La, Ce)PO₄ MONASIT – (Pr) (Pr, Nd, Ce, La) PO₄ Tabel 2. Nama dan rumus kimia monasit

Mineral monasit ini memiliki kandungan thorium yang cukup tinggi dan dalam jumlah tertentu dikategorikan sebagai TENORM (Technologically Enhanced Naturally Occuring Radioaktive Material) yaitu zat radioaktif alam yang dikarenakan kegiatan manusia atau proses teknologi terjadi peningkatan paparan potensial jika dibandingkan dengan keadaan awal. Penanganan TENORM mesti mematuhi batasan paparan radiasi sebagai berikut: paparan untuk pekerja yang diperbolehkan adalah 20 mSv/th atau 10 uSv/jam sedangkan paparan untuk publik 1 mSv/th.

Di Malaysia, monasit ditemukan tersebar luas dalam endapan aluvial sebagai hasil samping pengolahan timah, sedangkan di Indonesia

Penelitian Logam Tanah Jarang di Indonesia ; Isyatun Rodliyah

(4)

(5)

75

Mineral dan Batubara

Tabel 3. Pertumbuhan pemakaian LTJ di dunia

Tabel 4. Perbandingan harga oksida dan logam

Elemen Application _{(Tones p.a. Of REO)}Consumption Growth Rate (% p.a.)

2006 2012

Ce, La, Nd, Pr Battery Alloy 17.000 43.000 17 Dy, Nd, Pr, Sm, Tb Magnets 20.500 42.000 13

Eu, Tb, Y Phosphors 8.500 14.000 9

Ceramics 5.500 9.000 9

Others 8.000 13.000 8

Ce, Nd, La Catalysts 21.500 32.000 7

Ce, La, Pr Polishing Powder 14.000 21.000 7 Ce, Er, Gd, La, Nd, Yb Glass Additives 13.000 14.000 1

Total 108.000 188.000 10

REO = rare earth oxide

Sumber : Roskill HK Rare Earth Conference, November 2007

Name

Price - US$/Kg

Oxide Metal

End-2007 End-Oct 2008 End-2007 End-Oct 2008

Cerium 3,60 3,80 7,10 10,50

Dysprosium 94,00 118,00 125,00 153,00

Erbium 35,00 35,00 N/A N/A

Europium 368,00 525,00 560,00 700,00

Gadolinium N/A N/A 25,00 28,00

Lanthanum 4,60 8,00 6,00 13,00

Lutetium 550,00 550,00 N/A N/A

Neodymium 30,00 20,00 40,00 29,00

Praseodymium 28,00 20,00 37,00 29,00

Samarium 4,40 4,40 14,00 26,00

Terbium 633,00 621,00 750,00 793,00

Ytterbium 55,00 55,00 N/A N/A

Ytterium 12,00 12,00 29,00 42,00

Misch Metal (48% Ce) 6,00 8,00

Misch Metal (25% La) 12,00 14,00

(6)

Mineral dan Batubara

Gambar 5. Grafik kecenderungan harga LTJ mulai tahun 2008 - 2010

Batubara (tekMIRA), BATAN, Unpad, PT. Timah, BPPT, BBLM-Kemenperind, dan Universitas Indonesia. Perkembangan penelitian logam tanah jarang di Indonesia cukup menggembirakan.PT. Timah bekerjasama dengan PTBGN-BATAN sedang membangun pilot plant pengolahan pasir monasit hingga menghasilkan LTJ-oksida dengan kapasitas 50kg/umpan yang akan selesai di akhir tahun 2014. LTJ-oksida yang akan dihasilkan dari pilot plant PT. Timah selanjutnya oleh Pemerintah

Daerah Bangka Belitung bekerjasama dengan PSTA-BATAN akan dibuat pilot plant untuk pemisahan unsur-unsurnya yaitu serium oksida, lanthanum oksida dan neodinium oksida. Puslitbang tekMIRA bekerjasama dengan BATAN telah melakukan penelitian mengenai reduksi LTJ-oksida menjadi logam-logamnya dan sudah berhasil membuat logam serium. Disamping mengembangkan pembuatan logamnya, Puslitbang tekMIRA bekerjasama dengan Universitas Padjajaran (Unpad) juga mengembangkan pembuatan gadolinium oksida yang dimanfaatkan untuk bidang kesehatan yaitu sebagai contrast agent.

Tahun 2013 penelitian di tekMIRA difokuskan pada reduksi LTJ-oksida menjadi logam-logamnya yaitu reduksi logam serium (Ce) dari serium oksida (Ce₂O₃). Pasir monasit yang digunakan didapatkan dari PT. Mutiara Prima Sejahtera. Karakterisasi pasir monasit dari PT. MPS (Mutiara Prima Sejahtera) yang berlokasi di Bangka dilakukan dengan analisa XRF yang dilakukan di Laboratorium Pusat Survey Geologi. Hasil analisa XRF dapat dilihat pada Tabel 5 di bawah ini. Gambar penampakan pasir monasit dapat dilihat pada Gambar 6.

No. Elemen Kadar (%)

1. Serium (Ce) 25,84 2. Gadolinium (Gd) 1,11 3. Yttrium (Y) 1,07 4. Neodimium (Nd) 10,18 5. Terbium (Tb) 0,08 6. Lantanum (La) 11,02 7. Dysprosium (Dy) 0,34 8. Europium (Eu) 0,078 9. Samarium (Sm) 1,54 10. Prasedomium (Pr) 2,45 11. Thorium (Th) 5,83 12. Uranium (U) 0,13

Tabel 5. Komposisi unsur tanah jarangpasir monasit PT. MPS

(7)

(8)

Mineral dan Batubara

berasosiasi dengan magnesium seperti yang

terlihat pada Gambar 10 dan Gambar 11. Hasil dari analisis untuk kedua proses tersebut menunjukkan bahwa baik logam ataupun terak masih didominasi oleh cerium oksida.

Percobaan pendahuluan selanjutnya adalah dengan menaikkan suhu proses menjadi 1000 o_{C dengan komposisi bahan sama seperti}

Gambar 8. Hasil analisis SEM X-Ray Mapping untuk lelehan dengan fluks

Gambar 9. Hasil analisis SEM X-Ray Mapping untuk terak dengan fluks

Gambar 10. Hasil analisis SEM X-Ray Mapping untuk lelehan dengan tanpa fluks

Gambar 11. Hasil analisis SEM X-Ray Mapping untuk terak dengan tanpa fluks

pada percobaan awal. Dari hasil analisis XRD belum terlihat adanya logam cerium. Fasa logam yang dihasilkan masih berupa serium oksida dan fasa terak yang terbentuk juga masih serium oksida. Didalam fasa logam terbentuk juga magnesium silikat seperti ditunjukkan pada Gambar 13. dan Gambar 14.

Gambar 12. Hasil analisis XRD untuk fasa logam

(9)

79

Mineral dan Batubara

Percobaan pendahuluan selanjutnya adalah

dengan menambahkan komposisi berat CeO₂ dengan Mg yaitu 1:1, suhu 1200o_{C dan kondisi} lainnya sama seperti pada percobaan awal sebelumnya. Dari hasil percobaan sudah terlihat terbentuknya fase logam cerium berupa perak-abu (Gambar 14).

Gambar 14. Foto penampakan logam cerium Hasil analisis SEM X-Ray mapping yang diperlihatkan pada Gambar 15. Gambar tersebut menunjukkan bahwa pada fase logam, logam cerium (Ce) sudah terbentuk yang ditunjukkan oleh struktur menjarum (pada bagian kiri sampai kanan atas foto, warna putih). Mg, Cl dan Ca masih terdapat pada fasa logam. Monasit juga masih terlihat dalam bentuk chunk (kanan bawah foto). Kemungkinan tidak semua monasit terubah menjadi logam Ce pada saat proses reduksi.

Gambar 15. Hasil analisis SEM X-Ray Mapping pada fasa logam

Pada fase terak terdapat logam Ce yang lolos masuk ke dalam terak (di bagian kiri sampai tengah foto). Material Mg yang berada dalam terak berbentuk lempengan (kanan bawah foto). Hasil analisis SEM X-Ray Mapping pada fase terak dapat dilihat pada Gambar 16.

Gambar 16. Hasil analisis SEM X-Ray Mapping pada fasa terak

6. KESIMPULAN

Perkembangan penelitian logam tanah jarang di Indonesia cukup mengembirakan. Hal ini dapat dibuktikan dari banyaknya instansi yang menekuni penelitian pengolahan dan pemurnian logam tanah jarang baik dari lembaga penelitian, perguruan tinggi dan industri. Pilot plant pengolahan pasir monasit menjadi produk LTJ-oksida sudah akan dibangun oleh PT. Timah bekerjasama dengan BATAN. Reduksi LTJ-oksida menjadi logamnya terutama logam serium sudah berhasil dilakukan oleh Puslitbang tekMIRA dengan metode metalotermik.

DAFTAR PUSTAKA

Atmawinata, A., Pengembangan Industri REE di Indonesia, Kementerian Perindustrian, Jakarta, 2011.

Castor, S and Hedrick, 2011, J. 'Rare Earth Element . www.fieldexexploration.com, Diunduh pada tanggal 9 April 2011 pukul 14.00 WIB

Gupta, C.K. and Krishnamurthy, N., 2005, Extractive Metallurgy of Rare Earth, CRC Press, Boca Raton London New York Washington, D.C.

(10)

Mineral dan Batubara

Ninik Bintari, R. Subagiono, MV Purwani,

Bambang EHB, 2003, Proses Ekstraksi Untuk Memisahkan Unsur-unsur Logam Tanah jarang Dalam Konsentrat dari Pasir Monasit. Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir. Puslitbang Teknologi Maju BATAN. Yogyakarta.

Riedemann, T., 2011, High Purity Rare Earth Metals in Separation, US Department of Energy Specialized Research Center.

Shwe, A., Soe and Lwin, K., 2008, Study on Extraction of Ceric Oxide from Monazite Concnetrate, WorD Academy of Science, Engineering and Technology, 48, pp 331-333.

Sabtanto Djoko Suprapto, Tinjauan Logam Tanah Jarang, Bidang Program Dan Kerjasama,Pusat Sumber Daya Geologi.