PENELITIAN LOGAM TANAH JARANG DI INDONESIAIsyatun Rodliyah1,2 dan Pramusanto1,2

1Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara

Jl. Jendral Sudirman no. 623 Bandung2Prodi Teknik Pertambangan UNISBA

Jl. Tamansari No.1 Bandung

Email: isya@tekmira.esdm.go.id

ABSTRAKLogam 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 telah ditemukan 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 penyediaan 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: logam tanah jarang, mineral jarang,

I. 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.[1] 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,

1

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 sebenarnya lebih umum kelimpahannya

dibandingkan timbal dan perak.[2] Namun, logam tanah jarang ditemukan pada kondisi

sangat tersebar dan sedikit ditemukan dalam jumlah yang banyak, sehingga nilai

ekonominya kecil.

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

II. 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 digunakan untuk perjalanan jauh. Oleh karenanya mobil hybrid mulai

marak dikembangkan. Selanjutnya aplikasi LTJ ini dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 1. Pemanfaatan logam tanah jarang di industri(3,4)

2

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 optik untuk kamera digital, bahan fiber opti

Dalam aplikasi metalurgi, penambahan logam tanah jarang digunakan dalam

pembuatan baja paduan rendah kekuatan tinggi (High Strength 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

Gambar 2. Pemanfaatan Logam Tanah Jarang

III. 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.[2] 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)(5). Di Bangka, mineral monasit Bangka diperoleh

sebagai hasil samping penambangan timah. Mineral monasit Bangka didapat sebanyak

7.290 - 8.505 ton per tahun(6).

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.

4

Tabel 2. Nama dan Rumus Kimia Monasit(7)

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

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 terdapat di Bangka, Belitung dan Singkep. Data

Pusat Sumber Daya Geologi pada 2007 menyebutkan bahwa cadangan monasit Indonesia

sekitar 185.992 ton dengan konsentrasi terbanyak ada di daerah penghasil timah.

Selain monasit, mineral lain penyumbang LTJ di Indonesia adalah senotim (YPO4) dan

zirkon (ZrSiO4). Sebagai mineral LTJ-fosfat, yttrium merupakan komponen utama dalam

senotim yang bersama kermovit-Y (YAsO4) membentuk suatu larutan padat sehingga ada

kemungkinan mengandung unsur jejak arsen sebagai pengotor dan juga silikon dioksida

serta kalsium. Dalam senotim terkandung pula disprosium, erbium, terbium dan iterbium

serta logam thorium dan uranium. Cadangan dan perbandingan mineral ikutan dari mineral

kasiterit di berbagai daerah dapat dilihat di Gambar 4.

Di Indonesia, mineral pembawa LTJ khususnya monasit, senotim dan zirkon diperoleh dari

hasil samping penambangan dan pengolahan timah. Proses pengolahan timah di PT. Koba

Tin dapat dilihat pada Gambar 5.

5

Gambar 4. Cadangan dan perbandingan mineral ikutan dari mineral kasiterit di berbagai

daerah

Gambar 5. Diagram alir proses pengolahan kasiterit di PT. Koba Tin

6

IV. Harga Logam Tanah JarangPertumbuhan pemakaian LTJ dalam berbagai aplikasi menunjukkan peningkatan yang

signifikan. Hal ini dapat ditunjukkan pada Tabel 3.

Tabel 3. Pertumbuhan pemakaian LTJ di dunia

Harga LTJ setiap tahun mulai tahun 2008 sampai 2011 selalu mengalami kenaikan seperti

ditunjukkan pada Gambar 6. Sedangkan harga antara oksida dan logam dari logam tanah

jarang sangat berbeda. Harga logam dibandingkan dengan oksida-nya sangat jauh berbeda.

Hal ini ditunjukkan pada Tabel 4.

7

Tabel 4. Perbandingan Harga Oksida dan Logam

Harga LTJ setiap tahun mulai tahun 2008 sampai 2010 selalu mengalami kenaikan seperti ditunjukkan pada Gambar 6.

8

Gambar 6. Grafik kecenderungan harga LTJ mulai tahun 2008 – 2010

V. PENELITIAN LOGAM TANAH JARANG DI INDONESIA

Penelitian dan pengembangan logam tanah jarang di Indonesia telah dilakukan oleh

berbagai instansi baik lembaga penelitian, perguruan tinggi dan industri. Koordinasi dan

kerjasama penelitian juga telah dilakukan oleh instansi yang mengembangkan penelitian

logam tanah jarang diantaranya; Puslitbang Teknologi Mineral dan 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 BATAN akan

dibuat pilot plant untuk pemisahan unsure-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

9

pembuatan gadolinium oksida yang diperuntukkan untuk 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 5.1. di bawah ini. Gambar penampakan pasir monasit dapat dilihat pada Gambar 7.

Tabel 5. Komposisi unsur tanah jarang pasir monasit PT. MPS

No. elemen Kadar (%)1. Serium (Ce) 25,842. gadolinium (Gd) 1,113. Yttrium (Y) 1,074. Neodimium (Nd) 10,185. Terbium (Tb) 0,086. Lantanum (La) 11,027. Dysprosium (Dy) 0,348. Europium (Eu) 0,0789. Samarium (Sm) 1,54

10. Prasedomium (Pr) 2,4511. Thorium (Th) 5,8312. Uranium (U) 0,13

Gambar 7. Foto pasir monasit

10

Reduksi serium oksida (CeO2) menjadi logam CeSerium oksida yang dipergunakan dalam proses reduksi ini didapatkan dari PTAPB-Batan

berdasarkan perjanjian kerjasama yang telah dilakukan terkait penelitian logam tanah jarang

antara Puslitbang tekMIRA dan PTAPB-Batan. Karakterisasi serium oksida yang diperoleh

dapat dilihat pada Tabel 6. Foto serium oksida dapat dilihat pada Gambar 8.

Tabel 6. Komposisi unsur LTJ pada Serium oksida

No. elemen Kadar (%)1. Serium (Ce) 79,442. Yttrium (Y) 0,063. Neodimium (Nd) 0,534. Lantanum (La) 0,4355. Samarium (Sm) 0,0976. Prasedomium (Pr) 0,173

Gambar 8. Foto serium oksida

Semua unsur tanah jarang-oksida atau unsur tanah jarang-flourida dapat direduksi menjadi

logamnya melalui proses metalotermik. Pemilihan logam yang digunakan sebagai reduktor

dalam proses metalotermik sangat terbatas karena stabilitas termodinamik senyawa LTJ

sangat tinggi. Logam yang digunakan sebagai reduktor harus lebih reaktif dibandingkan

cerium seperti Ca, Al, Si, dan Mg. Pada percobaan reduksi ini digunakan reduktor Mg dan

11

fluks CaCl2. Proses reduksi ini dilakukan tanpa menggunakan udara, sehingga harus

dialirkan gas argon. Reaksi yang terjadi dalam proses reduksi cerium oksida adalah:

CeOx(s) + Mg(s) => Ce(l) + MgO (tidak dalam kesetimbangan)

CeO2 + 2CaCl2 + 2Mg → Ce + 2CaO + 2MgCl2

Sejumlah percobaan pendahuluan dilakukan untuk mengetahui kondisi proses hingga

terbentuk logam Ce. Percobaan awal dilakukan pada suhu 900oC, komposisi CeO2 dan Mg

adalah sesuai stokiometri dan tanpa penambahan fluks dan dengan penambahan fluks.

Percobaan dilakukan pada tube furnace. Hasil-hasil yang diperoleh adalah belum terbentuk

logam Ce dan terbentuk dua lapisan, powder berubah menjadi hijau (kemungkinan masih

ceria) dan powder berwarna coklat seperti CeO2. Hasil SEM dan XRD belum menunjukkan

logam Ce. Powder berwarna hijau merupakan serium yang masih berasosiasi dengan

magnesium dan terinklusi dalam material pengikat yang dapat dilihat pada Gambar 9. dan

Gambar 10. Sedangkan untuk powder yang berwarna coklat merupakan serium berasosiasi

dengan magnesium seperti yang terlihat pada Gambar 11. dan Gambar 12. Hasil dari

analisis untuk kedua proses tersebut menunjukkan bahwa baik logam ataupun terak masih

didominasi oleh cerium oksida.

Gambar 9. Hasil Analisis SEM X-Ray Mapping untuk lelehan dengan fluks

12

Gambar 10. Hasil Analisis SEM X-Ray Mapping untuk terak dengan fluks

Gambar 11. Hasil Analisis SEM X-Ray Mapping untuk lelehan dengan tanpa fluks

Gambar 12. Hasil Analisis SEM X-Ray Mapping untuk terak dengan tanpa fluks

Percobaan pendahuluan selanjutnya adalah dengan menaikkan suhu proses menjadi 1000 oC dengan komposisi bahan sama seperti 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. Hal ini dapat ditunjukkan pada Gambar 13. dan Gambar

14.

13

Gambar 13. Hasil Analisis XRD untuk fasa logam

Gambar 14. Hasil Analisis XRD untuk fasa terak

Percobaan pendahuluan selanjutnya adalah dengan menambahkan komposisi berat CeO2

dengan Mg yaitu 1:1, suhu 1200oC dan kondisi lainnya sama seperti pada percobaan awal

sebelumnya. Dari hasil percobaan sudah terlihat terbentuknya fasa logam cerium berupa

perak-abu seperti pada Gambar 15.

14

Gambar 15. Foto penampakan logam cerium

Hasil analisis SEM X-Ray mapping yang diperlihatkan pada Gambar 16. menunjukkan

bahwa pada fasa 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 16. Hasil analisis SEM X-Ray Mapping pada fasa logam

Pada fasa 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 fasa terak dapat dilihat pada Gambar 17.

15

Gambar 17. Hasil analisis SEM X-Ray Mapping pada fasa terak

KESIMPULANPerkembangan 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.

PUSTAKA1. www.fieldexexploration.com : Castor, S and Hedrick, J. ‘Rare Earth Element’.

Diunduh pada tanggal 9 April 2011 pukul 14.00 WIB

2. Atmawinata, A., Pengembangan Industri REE di Indonesia, Kementerian

Perindustrian, Jakarta, 2011.

3. Gupta, C.K. and Krishnamurthy, N., 2005, Extractive metallurgy of rare earth, CRC

press, Boca Raton London New York Washington, D.C.

4. Shwe, A., Soe and Lwin, K., Study on Extraction of Ceric Oxide from Monazite

Concnetrate, Worl Academy of Science, Engineering and Technology, 48, 2008, pp

331-333

5. Riedemann, T., High Purity Rare Earth Metals in Separation, US Department of

Energy Specialized Research Center, 2011.

16

6. Sabtanto Djoko Suprapto, Tinjauan Logam Tanah Jarang, Bidang Program Dan

Kerjasama, Pusat Sumber Daya Geologi

7. Ninik Bintari, R. Subagiono, MV Purwani, Bambang EHB. 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. 2003.

8. Ariane Messner. Sustainability assessment of products: A Comparison of The Methods Ecological Footprint, MIPS (Material Input Per Service Unit) and The Integrated EFORWOOD Sustainability Impact Assesment, by example of two wood product. Lincoln University, Christchurch. Vienna. 2010.

17