PENGOLAHAN BIJIH URANIUM ASAL RIRANG SECARA BASA PEMURNIAN URANIUM HIDROKSIDA OAR I L T J

ISSN 1410-1998

Prosiding Presentasi Ifmiah Bahan Bakar Nuklir V

P27BDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

PENGOLAHAN BIJIH URANIUM ASAL RIRANG SECARA BASA

PEMURNIAN URANIUM HIDROKSIDA OAR I L T J

Faizal R, Hafni L.N, Budi 5, 5ugeng W, 5usilaningtyas

Pusat Pengembangan Bahan Galian Nuklir -BATAN

ABSTRAK

PENGOLAHAN BIJIH URANIUM ASAL RIRANG SECARA BASA. PEMURNIAN URANIUM HIOROKSIOA OAR I L T J. Telah dilakukan penelitian ekstraksi U dari bijih uranium asal Rirang menghasilkan AOU dengan komposisi U = 71,29 %, Th = 0,004 % dan RE203 = 4 %. Penelitian ini di bertujuan untuk memumikan uranium hidroksida dari logam tanah jarang (RE) dengan ekstraksi pelarut TBP/kerosin. Endapan hidroksida hasil pengendapan pada pH 6,3 mengandung

U, Th dan RE dilarutkan dengan asam nitrat, selanjutnya larutan uranium nitrat diekstraksi, distriping dan diendapkan. Parameter yang diteliti, meliputi normalitas (N) HNO3, perbandingan volume NO, jumlah TBP/kerosin, waktu dan normalitas (N) striper. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses ekstraksi U pada normalitas HNO3 = 5 N; perbandingan volume NO = 1 : 1; waktu = 5 menit; TBPI K = 30 % dan temperatur = 25 °c diperoleh rekoveri U = 95,99 %; Th = 19,90 % dan RE203 = 0,06 %, sedangkan striping U pad a normalitas HNO3 = 1 N; perbandingan alA = 1 : 2; temperatur = 25 °C; waktu = 5 menit diperoleh rekoveri U = 78,21 %; Th = 40 % dan RE203 = tidak terdeteksi. Pengendapan dengan reagen NH40H pada pH 7,0 dan waktu 1 jam diperoleh rekoveri U = 98,75 % dan yellow cake ( AOU ) berkadar U = 67,55 % dan RE203 = tidak terdeteksi. Hasil ini cukup baik jika dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya karena logam tanah jarang (RE) tidak terdeteksi.

ABSTRACTS

RIRANG URANIUM ORE PROCESSING USING BASE METHOD WITH PURIFICA TION OF URANIUM HYDROXIDE FROM RARE EARTHS. The experiment has been conducted to Rirang ore uranium extraction to produce ADU with composition of U = 71.29 %, Th = 0.004 % and RE203 = 4 %. Experiment to purify uranium hydroxide from rare earth with solvent extraction TBPlkerosine has been done. Hydroxide solid state precipitated on pH 6,3 contains U, Th and RE, its disolved by nitric acid, and than uranium nitrate was extracted, stripped and precipitated. The experiment parameters are HNO3; ratio AlO (v); amount of TBP/K; temperature and time. The experiment results is optimaly uranium extraction condition at HNO3 = 5 N; ratio Ala = 1 ..1;

TBP/K = 30 %; temperature = 25 °C; time = 5 minute and recovery U = 95,99 %; Th = 19,90 % and RE203 = 0,06 %. It results were optimaly uranium stripping condition at HNO3 = 1 N; ratio a/A = 1 ..2; temperature = 25 °C; time = 5 minute and recovery U = 78,21 %; Th = 40 % and RE203 = not detected. Optimum U precipitation condition with NH4OH reagent at pH 7,0 and time 1 hour to recover U = 98,75 % with yel/ow cake (ADU) which contents U = 67,55 % and RE203 = not detected. The results is good if compared to its had been done before because rare earth not detected.

PENDAHULUAN pH umpan = 1,0 mampu merekaver U =

84,15 % jika disertai kondisi distriping dengan striper = H2O, CIA = 1 : 1, temperatur = 25 aC, waktu = 5 menit mampu merekover U = 93,5 % yang selanjutnya diendapkan dengan NH4OH pada temperatur = 25 aC, pH = 7,0 dan menghasilkan endapan ADU (Ammonium Diuranat) dengan komposisi U = 71,29 %, Th = 0,004% dan RE2O3 = 4 % [2) Untuk menghasilkan ADU yang bebas RE dan Th maka perlu dilakukan penelitian pemurnian dengan proses ekstraksi pelarut untuk memisahkan RE dan Th seoptimal mung kin. "Callow" menjelaskan bahwa untuk menurunkan koefisien distribusi Ce dalam ekstraktor TBP maka perlu mereduksi Ce (IV) Pengolahan bijih uranium asal Rirang

dengan proses basa menghasilkan residu yang mengandung hidroksida dari unsur U. Th, RE dan pengotor. Untuk memisahkan

uranium dari elemen-elemen lainnya. residu dilarutkan dengan HCI sehingga diperoleh larutan (U. Th. RE) khlorida. Unsur terse but diendapkan pada pH 6,3 dengan NaOH. uranium diendapkan berupa hidroksida dan Logam tanah jarang berada di filtrat.!1] Penelitian ekstraksi U dari bijih uranium asal Rirang telah dilakukan dan endapan hidroksida yang dihasilkan. setelah dilarutkan dengan HNO3 1N. mempunyai komposisi U =

ISSN 1410-1998

Prosiding Presentasi IImiah Bahan Bakar Nuklir V P2TBDU dan P2BGN -BA TAN Jakarta. 22 Pebruari 2000

TINJAUAN PUSTAKA _{Pada proses pengendapan dipakai reagen}

NH4OH dengan kondisi pH 7,0 temperatur

kamar dan waktu 1 jam.[2

Pada proses ekstraksi uranium dengan TBP/kerosin ada beberapa tahapan proses untuk mendapatkan larutan umpan yang akan diekstraksi. Tahapan proses tersebut antara lain tahap preparasi bijih, dekomposisi, pelarutan hidroksida hasil dekomposisi, pengendapan U sebagai

hidroksida dan pelarutan endapan U hldroksida dengan HNOa- Uranium yang terlarut dalam larutan nitrat bersama pengotor lain, dimurnikan dengan cara ekstraksi, kemudian di striping dan diendapkan sebagai garam ammonium diuranat (ADU).

BAHAN DAN METODA

Bahan

Larutan umpan yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan U, Th, RE hidroksida hasil dekomposisi bijih uranium asal Rirang dengan proses basa, kemudian di larutkan dengan HCI dan diendapkan dengan NaOH. Hasil proses pengendapan tersebut dilarutkan dengan HNO3. Pad a ekstraksi, pelarut yang digunakan adalah TBP dengan pengencer kerosin. Striper yang digunakan adalah asam encer sebagai fase air. Penelitian ini menggunakan peralatan

sebagai berikut : gelas beaker, pengaduk magnetik, stop watch, corong pemisah, pH meter, spektrofotometer UV-VIS dan lain-lain. Ekstraksi

Ekstraksi adalah proses pengambilan uranium oleh pelarut TBP/kerosin. reaksi yang terjadi antara U bervalensi 6 dengan

pelarut sebagai berikut :

UO2 (NO3)2. H2O aq + 2 TBP org~UO2 (NO3)2.2 TBP org +H2 Oaq 1)

Metoda

Pemurnian uranium hidroksida dari logam tanah jarang (RE) dilakukan sesuai dengan blok diagram seperti pada gambar

1.[2] Striping

Striping adalah proses pengambilan uranium kembali dari larutan organik hasil ekstraksi oleh fase air. Larutan striping yang umum digunakan untuk pelarut TBP/kerosin adalah larutan nitrat encer, Na2CO3 dan

lain-lain.

Metoda kerja pemurnian uranium hdroksida dari L T J adalah sebagai berikut :

Residu hasil pengendapan pH 6,3 dilarutkan dengan HNO3 1 N, larutan tersebut kemudian direduksi dengan H2O2 dan residu hasil pengendapan pH 6,3 dilarutkan dengan variabel normalitas HNO3. Selanjutnya larutan uranil nitrat diekstraksi dengan parameter % TBP/kerosin, perbandingan volume Aqueous dengan Organik (Ala) dan waktu. Larutan fase air hasil ekstraksi dianalisis kadar U, Th, RE, PO4 dan dievaluasi. Organik hasil ekstraksi pada kondisi terbaik distriping menggunakan asam nitrat dengan parameter perbandingan volume a/A, waktu dan normalitas. Hasil striping (fase air) dianalisis kadar U, Th, RE, PO4 dan dievaluasi, serta ditentukan kondisi terbaiknya. Selanjutnya fase air hasil striping pada kondisi terbaik diendapkan dengan NH4OH pada pH 7,0 , suhu kamar dan waktu 1 jam kemudian endapan hasil pengendapan dianalisis dan dievaluasi. HNO3

UO2(NO3)2. 2 TBP org + H2O <:::> UO2(NO3)2 H20+ TBP org (2)

Pada proses striping digunakan asam encer , karena uranium dalam bentuk komplek uranil

nitrat TBP mudah terpisah [4] Pengendapan

Pengendapan adalah proses pengambilan uranium dari fase air hasil stripping dengan cara mengendapkan U dengan reagen NH4OH untuk menghasilkan

konsentrat ADU.

2UO2(NO3)2+6NH40H~(NH4)2U207+ 4 NH4NO3+3

H2O (3)

Prosiding Presentasi I/miah Bahan Bakar Nuklir V

P27BDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

ISSN 1410-1998

Bijih

-t

-Dekomposisi

NaOH

Filtrasi

Cuci

~I

I! -? Filtrat (Na3PO4,NaOH)

HCI

f-+Sisa

hidroksida U, Th, RE,

, sisa biiih

Filtrasi

Cuci

~

NaOH

_~

pH 6,3

_HNOJ

-~-Residu

U, Th, RE

Filtrasi

Cuci

~

J, Larutan uranil nitrat

Rafinat RE

Ekstraksi

Filtrat

RE(OH)3

TBP/K

--?-Striping

~ organik

HNO3--?,

NH4OH

~ limbah

1

ADU

Gambar 1. Diagram alir pemurnian uranium hidroksida dari RE

HASIL DAN PEMBAHASAN kondisi :

Ekstraktan = 30 % TBP/kerosin AlO = 2 .1 ;

T (suhu) = 25 °c ; t (waktu) = 5 menit; reduktor = H2O2

Callow [3] menyatakan bahwa untuk menurunkan koefisien distribusi Ce dengan ekstraksi TBP maka Ce (IV) perlu direduksi menjadi Ce (III). Oari hasil analisis yang 1. Ekstraksi U, Eh umpan diturunkan dengan

H202

Umpan larutan berasal dari hasil pelarutan endapan U, Th, RE (OH) dengan HNO31N

U = 884,42 ppm PO4 = 95,58 ppm RE203 = 19,64 mgr/ml

ISSN 1410-1998

Prosiding Presentasi Ilmiah Bahan Bakar Nuklir V P27BDU dan P2BGN -BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

karena : Kemungkinan larutan umpan uranil nitrat selain mengandung Ce relatif kecil juga mengandung seri logam tanah jarang lainnya yang dapat terekstraksi dengan TBP / kerasin pad a Eh relatif tinggi. Pad a Tabel 1 juga terlihat bahwa pada kondisi tetap ekstraksi dengan 1 N HNO3 diperoleh rekoveri U sebesar 64 %, sedangkan rekoveri RE2O3 sebesar 91 % maka kondisi tersebut adalah sangat baik untuk mengekstraksi RE bukan untuk uranium. Untuk penelitian selanjutnya perlu dicari konsentrasi (N HNO3) pada umpan untuk memperoleh ekstraksi uranium sebesar-besarnya tetapi logam tanah jarang sekecil mung kin.

Tabel1. Ekstraksi U dengan variasi Eh H2O2 {ml}

~

h I Rekoveri, % berat I (mv) U RE2O3 PO4 I 752 -0- 64,20 91,29 69,65 700 0,2 64,97 91,35 69,88 650 0,5 64,97 91,29 68,71 600 19,5 65,59 91,49 58,36 550 55 66,97 93,22 30,84 Catatan : Torium tidak dianalisis

kimia, dua macam umpan yaitu 4 N dan 5N diambil agar reaksi uranil nitrat dan TBP dapat bergeser kekanan.[1]

3. Ektraksi U, umpan dari endapan hidroksida dengan pelarut HNO3 4 N dan 5 N

A. Umpan = endapan U, Th, RE (OH)3 dengan pelarut HNO3 4 N

U = 3266,18 ppm; Th = 102,34 ppm; RE2O3 = 7,2 mgr/ml kondisi : TBP/kerosin = 30%; T (suhu) = 25 °c; t (waktu) = 5 men it

B. Umpan = endapan U, Th, RE (OH)3 dengan pelarut HNO3 5N

U = 3241,90 ppm; Th = 56,56 ppm; RE2O3 = 10,68 mgr/ml Kondisi : TBP/kerosin = 30 %; T ( suhu ) = 25 °C; t (waktu) = 5 menit Tabel 2. Kelarutan RE (OH)3 dengan

variasi N HNO3 HNO3 U Th RE2O3 (N) (ppm) (ppm) (m~r/ml)

3696,32

51,24

3482,19 46,81 3511,78 42,38 3266,18 102,34 3241,90 56,56 2686,76 37,21 2815,47 35,74 2787,77 35,00

Tabel3a. Ekstraksi U, Umpan dari endapan hidroksida dengan pelarut HNO3 4 N, variabel AlO

Tabel3b. Ekstraksi U, Umpan dari

endapan

hidroksida

dengan

pelarut HNO3 5 N, variabel AlO

AlO

(volume)

Rekoveri ,% berat

u

~

,29

,14

,49 ,53

Th

i RE2O3

0,005

0,004

0,016

0,033

0,045

Catalan : PO4 tidak dianalisis

2. Pelarutan U, umpan dari endapan U, Th, RE (OH)3 dilarutkan dengan Variasi N HNO3

Oari Tabel 2 terlihat bahwa kelarutan U, Th dan RE2O3 cukup baik pada konsentrasi

HNO3 antara (1 N -5N), sedangkan mulai 6 N HrJO3 hasil pelarutan mengalami penurunan karena pada konsentrasi tersebut sebagian larutan yang sudah terbentuk akan mengendap kembali (reaksi bolak balik). Oari Tabel 1 (percobaan sebelumnya) dinyatakan bahwa dengan konsentrasi umpan 1 N HNO3 hasil ekstraksi U cukup rendah ( 64 %) dan berdasarkan pustaka [4] bahwa ekstraksi U dari larutan uranil nitrat dilakukan pada konsentrasi 4 N HNO3 .Untuk menghasilkan percobaan yang baik dan efisiensi bahan

1 : 1

2: 1

1 :2

3: 1

1 :3

97 94

98

98

97

39,

37,

45,

47,

35,

Dari Tabel 3a dan 3b terlihat bahwa umpan pelarutan dengan HNO3 5 N lebih baik, hal ini ditunjukkan dengan hasil rekoveri

U = 97,02 %, Th = 39,11 % dan RE2O3 = 0,005 % dan perbandingan Ala = 1 : 1. Disamping itu RE yang terambill ikut ke fase organik relatif kecil sesuai dengan tujuan

105

11

Prosiding Presentasi //miah Bahan Bakar Nuklir V

P2TBDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta. 22 Pebruari 2000

ISSN 1410-1998

Tabel 5.

Striping U dengan variabel alA

(v

,

,

.--2ita

1 : 2

26,45

82,33

ttd

1 : 3

25, 80

73,76

ttd

2 : 1

14,63

94,99

ttd

3 : 1

10.03

84,27

ttd

2 : 3

23,83

99,48

ttd

3: 2

14,63

94,99

ttd

tt = < ppm p penelitian ini yaitu memurnikan unsur U dari

unsur tanah jarang (RE).

4. Ekstraksi U, variabel % TBPI kerasin Umpan = endapan RE(OH)3 dengan pelarut HNO3 5N U = 2899,89 ppm T (suhu) = 25 DC Th = 55,67 ppm t (waktu) = 5 menit RE203 = 18,36 mgr/ml AlO = 1 : 1 'pm)

Tabel 4. Ekstraksi dengan TBP/kerosin (%) TBP/K Rekoveri ,% berat . (%) I U I Tn I REzO3 10 I 89,24 I 15,91 d,50 20 94,57 35,80 0,10 30 95,99 19,90 0,06 40 96,96 31,83 0,96 50 97.24 31,83 18,57

bel

Dari Tabel 5 terlihat bahwa striping U dengan variabel O/A pada perbandingan 1 : 2 sebesar 26,45 % dan untuk Th sebesar 82,33 % masih relatif kecil, maka untuk meningkatkan rekoveri U pada striping akan dilakukan percobaan dengan varia bel derajat keasaman striper ( fase air ), disamping kondisi lain adalah tetap.

6. Striping U dengan variabel normalitas striper ( fase air)

Umpan : larutan organik hasil ekstraksi dengan TBP/K = 30 %; AlO = 1 : 1; temperatur ( T ) = 25 °C ; waktu (t) = 5 men it dan pelarut umpan HNO3 5 N

U = 2639,729 ppm; Th = 34,44 ppm RE203 = ttd Kondisi proses: O/A = 1 : 2; T (suhu) = 25 °C ; t (waktu) = 5 menit

Tabel 6. Striping U dengan variabel normalitas striper (fase air) rase air

(N)

1 , 2 58,22 28,89 ttd 3 52,28 21 ,15 ttd 4 31,70 26,42 ttd 5 29,75 23,96 ttd 6 29,48 21,48 ttd ttd = < ppm ppm

Oari Tabel 6 terlihat bahwa stripping U dengan varia bel konsentrasi fase air 1 N didapat rekoveri U = 78,21 %, Th = 40 % den RE203 = tidak terdeteksi, bile dibandingkan dengan konsentrasi fase air yang lain terlihat makin besar konsentrasi HNO3 fase air make makin turun rekoveri U maupun untuk Th. Hal terjadi ini karena pengaruh keasaman striper yang mendekati keasaman umpan sehingga Dari Tabel 4 ekstraksi U dengan

variabel kadar TBP/K (%) terlihat bahwa rekoveri yang didapat untuk U ( 89 -97) %, Th (15 -31) % dan RE203 (0,06 -0,96) %. Dengan TBP/K (%) semakin besar maka rekoveri yang diperoleh semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa pelarutan U ke dalam pelarut TBP/K semakin baik. Pada kondisi kadar TBP/K 30 % rekoveri Th dan RE adalah paling kecil, hal ini disebabkan pada kondisi tersebut Th dan RE mengalami kesetimbangan reaksi. Dari hasi percobaan diambil TBP/K = 30 %, bahwa TBP/K = 30

oIl! dengan hasil rekoveri untuk U = 95,99 %, Th = 19,90 % , RE203 = 0,06 %, dengan demikian hasil yang didapat memberikan harapan, guna mengurangi pengotor pad a

produk akhir nanti terutama unsur tanah jarang.

5. Striping U dengan H2O variabel perbandingan volume OIA

Umpan = larutan organik hasil ekstraksi dengan TBP/K = 30 %; AlO = 1 : 1; temperatur kamar; waktu 5 menit dan pelarut

HNO35 N U = 2639,729 ppm T (suhu) = 25 °C Th = 34,44 ppm t (waktu) = 5 menit RE203 = ttd Striper = H2O ( pH 6 -7 )

ISSN 1410-1998

Prosiding Presentasi Ilmiah Bahan Bakar Nuklir V P27BDU dan P2BGN -BA TAN Jakarla, 22 Pebruari 2000

sukar terjadi pelepasan uranium dari komplek UO2 (NO3.)2.2 TBP. Pada percobaan ini fase air yang digunakan adalah asam nitrat encer dan untuk mengambil kembali uranium dari fase air maka perlu dilakukan pengendapan ADU pad a pH 7,0 dengan harapan uranium mengendap sebanyak-banyaknya sedangkan

pengotor Th yang masih ikut mungkin.

7. Pengendapan

U

dengan

reagen

NH4OH

Kondisi tetap : pH = 7,0 ; T (suhu) = 25 °C; t (waktu) = 1 jam.

sekecil

Tabel 8. Analisis ADU

-No.

1.

2.

3.

Unsur

Kadar (%)

67..55

ttd

1,23

RE

Th

Dari Tabel 7 terlihat pengendapan U dengan reagen NH4OH pada kondisi pH 7,0 didapat hasil rekoveri U = 98,75 % dan Th = 84,27 % dengan RE2O3 = tidak terdeteksi, demikian pula untuk ADU (Ammonium Diuranat) Tabel 8 ternyata kandungan uranium cukup baik yaitu sebesar 67,55 % dengan RE (Iogam tanah jarang) tidak terdeteksi.

SIMPULAN

rekoveri U = 78,21 %, Th = 40 %, RE2O3 = ltd. Kondisi pengendapan optimal,

reagen = NH4OH; T (suhu) = 25 °C, t(waktu) = 1 jam;

pH = 7,0 dan

rekoveri U = 98,75 % serta ADU dengan kadar U = 67,55 % dan RE2O3 = tidak terdeteksi.

Hasil ini cukup,baik jika dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya karena logam tanah jarang (RE) tidak terdeteksi. DAFTAR PUSTAKA

[1]. CUTHBERT, F. L., Thorium Production Technology, Prepared under contract with United State Atomic Energy Commission, Massachuset, USA, Sept

(1958)

[2]. RIZA, F., Scientist Exchange Program, PNC -Ningyo Toge Works, Japan, July (1997)

[3]. CALLOW, R. J., The Industrial Chemistry of the Lanthanous, Yttrium, Thorium and

Uranium, Pergamon Press. Inc. New York (1967)

[4]. IAEA, Uranium Extraction Technology, Technical Reports Series No. 359, IAEA, Vienna, (1993)

Dari hasil penelitian diperoleh kondisi optimal proses ekstraksi , striping dan pengendapan U bijih uranium asal Rirang adalah sebagai berikut :

Kondisi ekstraksi optimal: TBP/K = 30 %; AlO = 1 : 1; T (suhu) = 25 DC; t (waktu) = 5 menit; pelarut HNO3 = 5 N dan rekoveri U = 95,99 %,

Th = 19,90 %, RE2O3 = 0,06 %. Kondisi striping optimal:

Striper = HNO3 encer; konsentrasi HNO3 = 1 N;

O/A = 1 : 2;

T (suhu) = 25 °c , t(waktu) = 5 men it dan

Prosiding Presentasi /Imiah Bahan Bakar Nuklir V

P27BDU dan P2BGN-BATAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

ISSN 1410-1998

TANYAJAWAB

.Apakah alat spektrofotometer sudah dikalibrasi dan kapan?

.RE maksimum yang diijinkan berapa % (untuk pengendapan)?

.Apa arti ttd pada makalah? Apakah ttd diakibatkan alat tidak akurat?

Faizal

.Tipe UV -200

.Dikalibrasi secara periodik 3 bulan sekali. .RE yang diinginkan untuk diendapkan

pada pH 6,3 sekecil-kecilnya tetapi pada pH 9,8 sebesar-besarnya.

.Arti ttd adalah tidak terdeteksi. Batas tidak terdeteksi < 5 ppm.

Siti Amini

.Dari tabel 4 terlihat bahwa perbandingan TBP/K 50% adalah yang tertinggi yang dapat memisahkan RE. Mengapa dalam proses pemurnian U-hidrolisa dari L T J itu dipilih TBP/K 30%?

Faizal

.Karena pad a TBP/K 30% U yang terambil 95,99% dan Th = 19,90% dan

RE203 = 0,06%.

Soedarjo

.Apa tipe spektrofotometer yang digunakan.