EKSTRAKSI UNTUK MEMISAHKAN UNSUR-UNSUR DALAM KONSENTRAT LOGAM TANAH JARANG DARI P ASIR SENOTIM

AN. Bintarti, dkk.

_{ISSN 0216.3128}

257

EKSTRAKSI

UNTUK

MEMISAHKAN

UNSUR-UNSUR

DALAM

KONSENTRAT

LOGAM

TANAH JARANG

DARI

P ASIR SENOTIM

AN. Bintarti, Bambang EBB. daD MV. Purwani

Puslitbang Teknologi Maju BATAN, Yogyakarta.

ABSTRAK

EKSTRAKSI UNTUK MEMISAHKAN UNSUR-UNSUR DALAM KONSENTRAT LOGAM TANAH jARANG DARI PASIR SENOTIM. Telah dilakukan proses ekstraksi konsentrat logam tanah jarang dari pasir senotim memakai pelarut Tri-n-oktilamin (TOA) dengan pengencer kerosin. Konsentrat mengandung

unsur-unsur thorium (Th),itrium (Y) dan dysporsium (Dy) dilarutkan dalam asam nitrat (HNOJJ digunakan sebagai umpan. Dilakukan variasi %volume TOA dalam kerosin dari 20 sampai 100 %, waktu pengadukan ekstraksi dari 5 -35 men it, pemakaian garam Al(NOj)j dalam umpan dari 400 -1000 grill dan keasaman umpan dari 0,1 -0,7 M. Diperoleh kondisi relatif bait untuk ekstraksi yaitu pemakaian TOA 60% volume, waktu pengadukan 30 menit, pemakaian garam Al(NOj)j 800 grill dan keasaman umpan 0,2 M yang memberikan hasilfaktor pisah a Y-Th = 177, a Y-Dy = 23,34 dan efisiensi Y = 97,2%.

ABSTRACT

AN EXTRACTION FOR SEPARATING THE ELEMENTS IN RARE EARTH CONCENTRATE FROM XENOTIME SAND. An extraction process of rare earth concentrate from xenotime sand by tri-n-oct)'lamine (TOA) with kerosene as a eluent has been done. The concentrate contained thorium (Th). yttrium (Y)" and dysporsium (Dy) elements dissolved into HNOj as the feed. The variables investigated were % volume of TO A from 20 -/00%. the extraction time of 5 -35 minutes, Al(NOj)j salt in the feed from 400-/000 grift and acidity of the feed from 0./ -0.7 M. The relatively good codition obtained for the extraction were the use of TOA 60% volume, the extraction time was 30 minutes. application of Al(NOj)j salt in the feed was 800 grift and the acidity of the feed was 0.2 M in which the separation factor given was a Y -Th =

/77. a Y-Dy = 23.34 and efficiency Y = 97.2%.

laser, baja dan superkonduktor. Sm, Dy dan ad sebagai batang kendali pada reaktor nuklir karena mempunyai penampang lintang serapan neutron yang tinggi. Ce antara lain untuk katalisator cracking minyak bumi. Th sebagai bahan bakar nuklir dan sebagai bahan pembuat kaos lampu petromaks sedangkan Nd untuk membuat magnet dan laser.<,2,3,>

Pelarut Tri-n-oktilamin (TOA) mempunyai

rumus molekul [CH3-(CH2n]3N atau R3N

merupakan amina tertier dengan berat molekul tinggi, mempunyai kelebihan jika dibandingkan dengan pelarut yang lain misalnya terhadap TBP yaitu TOA mempunyai harga yang lebih murah, BMnya > BM TBP sehingga mempunyai kemampuan mengekstraksi lebih besar dari pada alkil fosfat. Disamping itu senyawa amina ini dapat mengalami ':!lapped" atau mengelepak sebagai berikut :

PENDAHULUAN

E kstraksi unsur-unsur logam tanah jarang (LTJ) telah ban yak dilakukan mengingat pentingnya unsur-unsur ini diberbagai bidang industri, sementara keberadaan unsur-unsur tersebut dialam sangat sedikit, sehingga menyebabkan harganya sangat mahal. Berdasarkan pertimbangan itu maka peningkatan pemisahan yang lebih baik terus dilakukan.

Pasir senotim sebagai hasil samping pengolahan tambang timah mengandung unsur terbanyak dari logam tanah jarang adalah itrium (Y) , serium (Ce), Lantanum (La), Gadolinium (Gd), Dysporsium (Dy), Neodinium (Nd), Samarium (Sm) dan Thorium (Th). Melalui perlakuan awal terhadap pasir, diupayakan memperoleh konsentrat logam tanah jarang, sehingga ban yak pengotor yang jumlahnya lebih banyak telah dipisahkan terlebih dahulu, sehingga umpan untuk ekstraksi nantinya hanya mengandung unsur-unsur logam tanah

jarang.<l) 00

R

N

R/I'R

R R" I ;,R

N

Kegunaan unsur-unsur L TJ dapat disebut an tara lain itrium ban yak diperlukan dalam industri metalurgi, magnet, keramik, gelas, optik, bahan

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

ISSN 0216. 3128

258

AN. Bintarti, dkk.

Metoda

Senyawa alkil fosfat tidak dapat mengalami ':!lapped" sehingga kemungkinan senyawa amina membentuk ikatan koordinasi dengan ion-ion L TJ lebih besar sehingga harga koefisien distribusi (Kd) yaitu perbandingan konsentrasi zat terlarut (solut) dalam fasa organik terhadap konsentrasi terlarut dalam fasa air (rafinat) meningkat. Disamping itu kemungkinan kemampuan ekstraksi LTJ oleh senyawa amina dipengaruhi oleh klas dan struktur amina. Oleh karena itu ada dua faktor yang berlawanan yang mempengaruhi kemampuan ekstraksinya terhadap L TJ yaitu efek elektronik dan efek sterik. Efek elektronik adalah menentukan kapasitas gugus N donor yaitu Makin besar gugus alkil, maka basisitas gugus N donor Makin besar sehingga senyawa amina Makin reaktif akibatnya harga Kd Makin naik. Sedangkan pengaruh efek sterik yaitu menunjukkan adanya hambatan sterik daTi gugus-gugus alkil yang ada disekitar gugus N donor terhadap masuknya ion-ion L TJ untuk mengadakan ikatan koordinasi dengan gugus N donor. Makin besar gugus alkil, Makin besar pula hambatan sterik, sehingga harga Kd menjadi semakin kecil. TOA adalah senyawa yang mempunyai BM tinggi, mempunyai tiga gugus alkil (n- oktil) dan rantainya lurus sehingga berdasarkan teori diatas, maka bisa diperkirakan bahwa pada kondisi optimum, kemampuan ekstraksi L TJ memakai TOA lebih besar daTi pada pemakaian pelarut lain.(4.5,6) Untuk reaksinya antara LTJ dengan amin kemungkinannya adalah :

Ekstraksi cuplikan konsentrat L TJ dalam larutan HNO3 sebanyak 10 ml, dikontakkan dengan

pelarut TOA

yang diencerkan dengan kerosin

sebanyak 10 mi. Divariasi TOA daTi 20,40,60,80 dan 100% volume. Sesudah ekstraksi berlangsung ditunggu sampai kira-kira tercapai keadaan setimbang, kemudian dipisahkan rasa air dari rasa organiknya. Fasa air dan umpan dianalisis dengan

XRF.

Percobaan di

atas diulang

dengan

penambahan garam Al(NO3n 800 gr/lt, dalam

umpan.

Pada percobaan dengan penambahan garam AI(NO3)3 di alas diulangi untuk variasi pengadukan pada proses ekstraksi dari 5, 10, 15, 20, 25, 30 dan 35 menit

Dilakukan ekstraksi untuk waktu

pengadukan, keasaman umpan daD % volume TOA dalam pelarut yang memberikan hasil yang relatif baik pada umpan dengan pengaruh garam AI(NO3h dari 400, 500, 600, 700, 800, 900 daD 1000 gr/lt. Dipilih jumlah garam dalam umpan yang bisa memberikan hasil pemisahan yang terbaik.

Pekerjaan diatas diulangi untuk variasi keasaman umpan dari 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 dan 0,7 M HNO3 untuk waktu ekstraksi yang

memberikan pemisahan relatif baik.

M3+ + (HNO3.R3N) 4- M(NO3.R3N)3 + 3W (1) --t

(2)

-[M 3+ ]i .air [HNO 3.R 3 N] 3 Kd = ~ -' "-'" IJ-, urg

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut :

Dengan umpan yang mengandung Th = 647,2 ppm ; Y = 10.221,1 ppm dan Dy 991,2 ppm dalam larutan HNO3 diperoleh data seperti label berikut.

(3)

(4)

Tabel 1. Variasi % TOA do/am pengencer kerasin,

waktu pengadukan 20 men it, keasaman

umpan 0,2 M.

Pada penelitian ini dicoba ekstraksi hasil pengolahan pasir senotim dengan tujuan untuk meningkatkan kadar itrium (Y) yaitu dengan jalan ekstraksi memakai pelarut TOA dari unsur-unsur yang masih ada bersama-sama yaitu Th dan Dy.

TATA KERJA

Bahan dan peralalan yang digunakan

Bahan yang digunakan adalah TOA, Kerasin, HNO3, Akuades AI(NO3)3, sedangkan peralatan yang digunakan adalah peralatan gelas, magnetic strirrer, neraca analitik, pH meter dan alat pendar sinar X.

Dari Tabcl I dibual gambar hubungan pemakaian % volume TOA lerhadap faktor pisah (a) Y -Th, (a) Y -Dy dan cfisiensi (11) Y.

--Proslding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

2,5 .= 2

~

(I) 0- 1₅

c.. ,

'-~ 1

~ ~ 0,5 0

Tabel2. Variasi % TOA dalam pengencer kerasin, waktu pengadukan 20 menit, keasaman umpan 0,2 M, garam AI(NOj)j dalam umpan 800 grit yaitu 8 gr.

~

40

00

00

% volurm TOA

100

Gambar 1. Hubungan % Volume TOA terhadap aY.77I, ay.Vy dan Efisiensi Y

Dari Tabel 2 dibuat gambar hubungan pemakaian % volume TOA terhadap faktor pisah (a) Y -Th, (a) Y -Dy daD efisiensi (11) Y.

2D

_97,8

~\ E£ y~ 97,6 .-.

~ --;;-~\., -97,4 ~ '" Y-Th 97,2 " -97 13- --g B'-'" -'- 00,8 w

Y-~

00,6

00,4 0 20 40 ro 00 100 % volurm IDA

Gambar 2. Hubungan % Volume TOA terhadap aY-Th .aY-D)' dan Efisiensi Y

Dari Tabel I daD Garnbar I bisa dilihat bahwa ekstraksi memakai TOA temyata tidak memberikan hasil pemisahan seperti yang diperkirakan. Hal ini nampak pada harga-harga Kd terutama untuk Y yang sangat rendah, begitu juga dengan efisiensinya. Untuk mengatasi hal ini dicoba menambahkan elektrolit ke dalam umpan berupa garam AI(NO3)3' Disini AI(NO3)3 menyumbang 3 ion NO3. di dalam umpan yang menyebabkan kekuatan ion meningkat (~), sehingga harga koefisien aktifitas (1) turun. Hal ini dapat diterangkan sebagai berikut : misalnya S. adalah pelarut yang mengekstraksi I ogam Mn+

menurut reaksi kesetimbangan

Mn+ + nS. --MSn,

--

maka konstanta

kesetimbangannya jika dinyatakan dalam bentuk aktivitas (a) adalah :

Dari Tabel 2 clan Gambar 2 bisa dilihat bahwa pada kenaikan pemakaian TOA akan

memberikan kenaikan tingkat pemisahan untuk Y terhadap Th clan Dy hingga 60 % yang ditandai dengan naiknya harga Kd Y. Hal ini dapat dimengerti karena dengan naiknya konsentrasi TOA, maka kesetimbangan reaksi ekstraksi bergeser ke kanan sehingga Kd Y naik clan untuk pertambahan pemakaian TOA seterusnya tidak menunjukkan kenaikan Kd Y yang berarti.

K -r MSn C MSn

MSn

-r Mn + + -r S' C Mn + + C S'

harga y berubah sesuai dengan berubahnya

konsentrasi tiap-tiap species. Hubungan y dengan ~ menurut persamaan log y = -0,50922 ..J~ (hk. Limit Oebye-Huckel), sedangkan 2 adalah muatan ion. Dengan meningkatnya harga ~ dalam rasa air, menyebabkan turunnya harga y, sedangkan harga ~

adalah menurut persamaan ~ = 1:1/2 C r

,

sehingga bisa dilihat dari rumus-rumus di alas yang menunjukkan bahwa garam AI(NO3)3 menyebabkan harga ~ dalam rasa air meningkat, sehingga harga y turun oleh karena konsentrasi ion logam (M"+) dalam rasa air meningkat. Hal ini yang menyebabkan kemungkinan kesetimbangan reaksi bergeser ke kanan yaitu ke arah zat hasil.

Tabel 3. Variasi waktu pengadukan ekstraksi, keasaman umpan 0,2 M, TOA dalam kerosin 60 % dan Al(NOj)j dalam umpan 800 gr/liter.

Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002

~

>-260

_{ISSN 0216-3128}

_{AN. Bintarti, dkk..}

Dari Tabel 3 dibuat gambar hubungan waktu pengadukan terhadap faktor pisah «x) Y -Th, «x) y-Dy daD efisiensi (11) Y.

20

100 15

10

.c (Q

~

c:

i 5

97,5

~

>-00 .~ Q) 't; 92 5~

_{, w}

0 00 400 !iJ0 roo 700 000 000 1000 AI(NO3)J, gr/lt

Gambar 4. Hubungan pemberian Al(NO3)3 terha-dap aY-Th. aY-oJ' dan Efisiensi Y

Dari tabel 4 dan Gambar 4 menunjukkan bahwa pertambahan garam ke dalam suatu sistem larutan berair (umpan) dapat menaikkan harga koefisien distribusi (Kd), maka penambahan garam AI(NO3h menyebabkan kelarutan zat terlarut dalam air akan berkurang karena terdorong oleh ion-ion tambahan masuk ke rasa organik untuk membentuk komplek. Jadi dengan penambahan garam atau elektrolit pacta proses ekstraksi akan menyebabkan kekuatan ionik dalam rasa air meningkat yang menyebabkan turunnya koefisien aktivitas logam. Hal ini akan meningkatkan konsentrasi logam dalam rasa air yang menyebabkan kesetimbangan reaksi bergeser ke kanan yaitu ke arah zat hasil. Dipakai garam dengan konsentrasi 800 gr/lt, karena pacta peningkatan pemakaian garam, meskipun memberikan efisiensi Y yang lebih besar tetapi unsur Dy juga banyak terikut ke dalam rasa organik.

5 10 15 ~

25 :IJ :lJ

Waktu Pengadukan, menit

Gambar 3. Hubungan waktu pengadukan

terhadap

aY-Th. aY-D)' dan Efisiensi Y

Dari Tabel 3 dan Gambar 3 dapat diamati bahwa waktu pengadukan berpengaruh terhadap hasil pemisahan. Pada pertarnbahan waktu pengadukan memperlihatkan hasil ekstraksi juga semakin bertambah besar. Dengan waktu pengadukan yang semakin lama, maka kesempatan kontak antara umpan dengan pelarut dapat lebih efektif sehingga memberikan hasil yang lebih meningkat. Pada waktu pengadukan 30 menit memberikan tingkat pemisahan yang relatif paling tinggi dan untuk pertambahan waktu selanjutnya tidak memberikan peningkatan hasil.

Tabel4. Variasi pemakaian Karam Al(NOJ)J dalam umpan, waktu pengadukan 30 men it, keasaman umpan 0,2 M, TOA dalam kerasin 60 %.

Tabel 5. Variasi keasaman umpan, garam Al(NOJ)J dalam umpan 800 grift, waktu pengadukan 30 menit, , TOA dalam

kerasin 60 %.

Oari Tabel 4 dibuat gambar hubungan waktu pengadukan terhadap faktor pisah «1) Y -Th, «1) Y-Oy clan efisiensi (11) Y.

Dari Tabe\ 5 dibuat gambar hubungan waktu pengadukan terhadap faktor pisah «1) Y -Th, «1) Y-Dy dan efisiensi (11) Y.

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

!iJ

40

:I)

~

10

0

ISSN 0216.3128

261

AN. Bintarti, dkk.

Dari Tabel 5 dan Garnbar 5 menunjukkan bahwa pacta suasana keasaman HNO3 dalam umpan, maka penambahan HNO3 menyebabkan konsentrasi ion H+ dan ion NO3- bertambah. Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut :

2. CUTHBERT,F.L.,

"Thorium

Production

Technology,", Addition Wesley Publishing

Company.,

Inc. Massachusette,

(1968).

3. PRAKASH. S. Advanced Chemistry of Rare

Earth Element,. 4ed S. Chand. Co. Ltd., New

Delhi. (1975).

4. RITCEY. GM and ASHBROOK. A W.,

Solvent Extraction., ESPC, New York, (1979).

5. GUNANJAR, dkk., "Ekstraksi Zr daD Hf

menggunakan

Tri-n-Oktilamin", Prosiding

PPI-PPNY BAT AN, Yogyakarta

(1987).

6. BINT ART!. AN, dkk., "Pengaruh Garam

AI(NO3h pada ekstraksi Konsentrat Logam

Tanah jarang dengan pelarut TBP-Kerosin",.

Prosiding PPI-PPNY BATAN., Yogyakarta,

(1993).

H+ (a) + NO3-

(a) ~

HNO3

(5)

R3N(o)

~

R3N(a)

(6)

HNO3(a) + R3N(a)

~

HNO3R3N(a)

(7)

M3+

+ 3[HNO3R3N]

~

M[NO3R3N]3

+ 3 W (8)

M[NO3R3N]3(a)

~

M[NO3R3N]3(o)

(9)

TANYAJAWAB

Kasilani

~ Apa kelebihan TOA untuk ekstraksi logam

tanah

jarang ?

Penambahan HNO3 digunakan untuk pembentukan komplek HNO3R3N sebagai perantara untuk pembentukan komplek M[NO3R3N]3 , tetapi untuk penambahan HNO3 selanjutnya, maka ion H+ bertambah di dalam sistem yang menyebabkan kesetimbangan reaksi (8) bergeser ke kiri, sehingga

pembentukan komplek M[NO3R3N]3 akan

berkurang dan koefisien distribusinya (Kd) akan turun. Dipilih keasaman umpan pada 0,2 -0,3 M dengan pertimbangan memberikan harga faktor pisah (a) Y -Th, (a) Y -Dy clan efisiensi Y relatif paling tinggi.

...Mengapa keasaman hanya sampai 0,7 M ?

AN Bintarti

KESIMPULAN

Dari keempal variabel yang lelah dilakukan dalam percobaan ini, maka diperoleh kondisi relatif baik adalah dengan TOA dalam campurannya dengan kerosin sebanyak 60% volume, waktu pengadukan 30 menit, pemakaian garam Al(NO3)3 dalam umpan sebanyak 800 gr/ll clan keasaman umpan 0,2 M membcrikan faktor pisah «x) y -Th =

177, «x) Y -Dy = 23,34 clan cfisiensi Y = 97,2%.

.Diperkirakan TOA lebih kuat membentuk

komplek dengan solut karena TOA

mempunyai BM tinggi sehingga

kemampuannya untuk mengekstraksi lebih besar dari pada alkil posphat. Disamping itu senyawa amina dapat mengalami ':flapped" atau mengelepak sedangkan senyawa alkil posphat (TBP) tidak bisa sehingga kemungkinan senyawa amina membentuk ikatan koordinasi dengan ion-ion LTJ (logam tanah jarang) lebih besar dan harga TOA lebih murah dari pada TBP. .Bisa dilihat dari data hasil ekstraksi untuk

keasaman yang lebih tinggi maka hasil ekstraksi semakin kelihatan turun. Hal ini mungkin disebabkan d~ngan bertambahnya

ioll H+ dalam umpan mendorong reaksi bergerak kekiri .\'ehingga hasil menurun. Persamaan reaksi :

I-r +3 (HNO).R)N) :t H(NO)-R"N») +3 H+

DAFTARPUSTAKA

BAMBANG EHB, dkk. "Pengkayaan Yttrium dengan pcngendapan hidroksida", Prosiding PPI-PPNY (1992).

AgJ+ = ion logam tanah jarang R3N = solven tri-n- oktil am in

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