Prosiding Presentasi llmiah Daur Bahan BakarNuklir VP2TBDU dan P2BGN-BATAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

ISSN 1410-1998

ID0200105PENGOLAHAN MONASIT DARI LIMBAH PENAMBANGAN TIMAH :

PEMISAHAN LOGAM TANAH JARANG (RE) DARI U DAN THHafni LN, Faizal R, Sugeng W, Budi S, Arif S, Susilaningtyas

Pusat Pengembangan Bahan Gaiian Nuklir-BATAN

ABSTRAKPENGOLAHAN MONASIT DARI LIMBAH PENAMBANGAN TIMAH: PEMISAHAN LOGAMTANAH JARANG (RE) DARI U DAN Th. Telah dilakukan pemisahan logam tanah jarang (RE) dariU dan Th hasil digesti monasit Bangka dengan sistem pengendapan menggunakan reagenNaOH. Tujuan dari penelitian ini adalah memperoleh kondisi pengendapan RE(OH)3 yang terbaiksehingga menghasilkan rekoveri RE semaksimal mungkin dan kemurnian RE yang tinggi daripengotor radioaktif U dan Th. Parameter derajat keasaman (pH), normalitas NaOH dan waktupengendapan diperoleh kondisi pengendapan terbaik pH 9,8; 1N NaOH dan waktu 3 jam. Padakondisi tersebut diperoleh rekoveri pengendapan RE(OH)3 99,79 %, Th 4,52 %, U dan PO4 tidakterambil. Kemurnian dari produk tersebut adalah RE(OH)3 98,868 % , Th(OH)4 0,009 % atau 90ppm dan lainnya 1,123 % .ABSTRACTMONAZITE PROCESSING OF TIN MINING WASTE : RARE EARTH SEPARATION FROM UAND Th. Separation of Rare Earths from U and Th of Bangka monazite digestion solution, byusing NaOH reagent and precipitation system has been carried out. The aim of the experiment isto find a condition of RE(OH)3 precipitation to produce maximal RE recovery and high purity of REthat are free from radioelements U and Th. Parameters studied were pH, NaOH normality andprecipitation time. The optimal conditions obtained were pH 9.8, 1N NaOH and 3 hoursprecipitation time. At this condition recovery ofthe RE(0H)3 is 99.79 % and Th 4.52 % . Howeveruranium and phosphate were not detected. Purity of the products are RE(OH)3 98.868 % ,Th(OH)40.009 % and the others 1.123 %

PENDAHULUAN

Monasit sebagai limbah daripenambangan timah di Bangka diolah secarakimiawi akan menghasilkan garam unsurU,Th, RE dan fosfat. Pada bidang industrinuklir, uranium dan torium digunakan sebagaibahan bakar nuklir, disamping itu toriumdigunakan juga sebagai bahan pembuatankaos lampu. Garam unsur RE banyakdigunakan pada industri magnetik,optoelektronik dan elektronik. Sedangkanfosfat sebagai bahan dasar pembuatanpupuk kimia TSP (Tri Super Posfat) seperti diPetrokimia, Gresik.

Garam unsur U, Th, RE dan fosfatsebagai komoditas perdagangan maka REmempunyai nilai jual yang tinggidibandingkan dengan yang lainnya, dimanaproduk RE harus memiliki kemurnian tinggi,bebas dari unsur radioaktif U, Th dan unsurpengotor lainnya seperti PO4, TiO2 dan lainsebagainya.

Pada penelitian ini dilakukanpemisahan logam tanah jarang (RE) dari Udan Th dengan pengendapan. Hal inidilakukan karena filtrat RECI3 yang diperolehdari pengendapan sebelumnya (pH 6,4)masih mengandung U dan Th (Gambar 1).

Penelitian bertujuan memperoleh kondisipengendapan yang terbaik, sehingga produkRE bebas dari U dan Th. Paramater yangdiamati adalah pengaruh derajat keasaman,normalitas reagen NaOH dan waktupengendapan.

TEORI

Pemisahan atau pemurnian logamtanah jarang (RE) dari U dan Th dapatdilakukan dengan berbagai cara yaituekstraksi, resin penukar ion danpengendapan. Umpan yang digunakan dalampenelitian ini adalah larutan RECI3 (Gambar1). Pada proses ekstraksi, jenis pelarut yangbanyak dipakai dalam industri pengolahanuranium dan torium maupun RE diantaranyaAmine, TBP, D2EHPA dan TOPO. Pelaruttersebut sangat sulit membentuk komplekdengan ion klorida, maka untukmengekstraksi RE dari RECI3 harusdilakukan methatesis terlebih dahulu menjadiRE(NO3)3 atau RE2(SO4)3[11, sehinggaprosesnya panjang dan tidak efektif.

Dengan resin penukar ion,pemisahan RECI3 dari U dan Th dapatmenggunakan jenis resin Dowex 2 danAmberlite IRA-400. Hasil penelitianberdasarkan pustaka 121,dengan mengunakan

54

ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi llmiah DaurBahan BakarNuklir VP2TBDU dan P2BGN -BATAN Jakarta, 22 PBRUARI2000

umpan RECI3 dari monasit dan resinAmberlite IRA-400 diperoleh rekoveri RE 0%,ThO2 1% dan U > 99%. Dari hasil tersebutterlihat bahwa uranium terabsorpsi cukuptinggi sedangkan RE dan Th rendah sekali,resin tersebut hanya cocok untukmengadsorpsi U dan masih diperlukan jenisresin lain untuk mengadsorpsi Th.

Pemisahan RE dari U dan Th denganumpan larutan RECI3 yang berasal dari bijihRirang pernah diteliti oleh Faizal Riza P1melalui sistem pengendapan, hasilpenelitiannya menyatakan bahwa padakondisi pengendapan pH 10 didapat rekoveriRE mendekati 100%, rekoveri U < 3% dantoriun tidak terdeteksi. Dari uraian tersebutdapat disimpulkan bahwa sistempengendapan untuk memisahkan RE dari Udan Th diperoleh hasil yang lebih baik,disamping cara kerjanya lebih mudah dansederhana dari sistem lain. Dengandemikian, pada penelitian ini dipilih sistempengendapan, tetapi tidak menutupkemungkinan digunakan sistem yang lainbilamana hasilnya kurang memuaskan.

Selama pengendapan akan terjadireaksi sebagai berikut:

RE Cl3 +3 NaOHoRE(OH)3 +3 NaCI. (1)r2

Disamping itu reaksi pengendapanU, Th adalah sbb:

NaOH

Monasit

UO2CI2 + 2 NaOHoU02 (OH)2+2NaCI... (2)Th Cl4 + 4 NaOHoTh (OH)4 + 4 NaCI (3)

r, adalah kecepatan pengendapanRE ke arah kanan sedangkan r2 adalahkecepatan pengendapan ke arah kiri.Besarnya kecepatan pengendapandipengaruhi oleh konsentrasi umpan danreagen, waktu pengendapan, derajatkeasaman, suhu dan luas muka pengadukandsb'4'' Rekoveri pengendapan sangatdipengaruhi oleh kecepatan reaksi makakalau kecepatan pengendapan r, semakinbesar maka rekoveri RE semakin besar pula.Besarnya rekoveri RE dibatasi oleh titikkesetimbangan kondisi pengendapan karenareaksi pengendapan adalah reaksi bolakbalik

Berdasarkan pada pustaka m reaksipengendapan U dan Th hidroksida secarasempurna terjadi pada pH (5,7-6,4), jika pH >6,4 rekoveri U, Th hidroksida akanmengalami penurunan. Pada pHpengendapan RE antara (9,6-10, 4) U dan Thyang masih ada diharapkan berada dilarutan.Reagen yang digunakan adalah NaOH olehkarena itu tidak menutup kemungkinan akanterbentuk Na diuranat (Na2U2O7) pada pH >7,0131. Penggunaan reagen NaOHdimaksudkan untuk efisiensi danpengumpulan data pengendapan.mengingatreagen tersebut juga digunakan untuk prosesdekomposisi dan pengendapan (U,Th)hidroksida.

DEKOMPOSISI

Air panasNaOH

Filtrasi

HCI

Penguapan N a 3 P O 4Residu

PELARUTAN

Lar.NaOH pH 6,4

Residu / limbahFiltrat RE Cl3

PENGENDAPAN (UJh)OH

Lar. NaOH pH 9,6-10,4Filtrat RE Cl3

PENGENDAPAN RE(OH)3

- Endapan (U Filtrat

Endapan RE (OH)

Gambar 1. Pengolahan monasit secara basa

55

Prosiding Presenfas/ llmiah DaurBahan BakarNuklir VP2TBDU dan P2BGN-BATANJakarta, 22 Pebruari 2000

ISSN 1410-1998

PERALATAN DAN METODE KERJA

Peralatan :

1. Gelas ukur2. Pengaduk magnetik3. Corong4. Pipet5. Stop watch6. Hot plate7. pH meterBahan :

1. NaOH2. Kertas saring3. Larutan RECI3 sebagai umpan ada 2

macam yang berasal dari : Bijih monasityang digunakan untuk membuat umpan :a.Bijih monasit A dengan kadar U :

2410,05 ppm ; Th : 3,04 % ;RE2O3 :65,71 % dan PO4 : 27,30 %.

b.Bijih monasit B dengan kadar U :2427,86 ppm ; Th : 2,62 % ;RE2O3 :62,10 %danPO 4 : 24,58%

METODE KERJA

100 ml larutan umpan RE Cl3dimasukkan ke dalam gelas beker, sambildiaduk dengan pengaduk magnetikditeteskan larutan 1N NaOH sampaimencapai pH 9,6, pH tersebut dipertahankanselama 1 jam (sebagai waktu pengendapan).Slurry yang terbentuk disaring dengan corongyang telah dilapisi kertas saring. Endapandicuci dengan 100 ml larutan 1 N NaOH (pH9,6) sebanyak 3 kali kemudian dikeringkan,ditimbang dan dianalisis kadar U, Th, RE danPO4. Filtrat hasil saringan dicampur denganpencuci, diaduk dan diukur volumenyakemudian dianalisis kadar U, Th, RE danPO4. Metode kerja ini untuk penelitianpengendapan dengan parameter pH (9,6 ;9,8; 10; 10,2; 10,4). Metode kerja untukpenelitian pengendapan dengan parameter

normalitas NaOH dan waktu pengendapandilaksanakan sesuai dengan metode kerja ini.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Pengaruh derajat keasaman (pH)Pada penelitian dengan pengaruh

derajat keasaman (pH), umpan yangdigunakan berasal dari monasit A yang diolahsesuai dengan Gambar 1. pH penelitiandimulai dari 9,6, hal ini dikarenakan sebelumpenelitian mulai dilaksanakan telah dilakukanpercobaan pendahuluan terlebih dahulu.Hasil dari percobaan pendahuluanmenyatakan bahwa pada pH < 9,6 diperolehrekoveri RE2O3 < 88%, Th 5 % dan U tidakterambil. Maka untuk penelitian denganparameter pH, range pH ditentukan antara9,6 -10,4. Selama penelitian, pengaturan pHdilakukan dengan meneteskan larutan 1NNaOH. Hasil analisis kadar umpan RECI3yang digunakan, ion pospat tidak terdeteksi,tetapi unsur U; Th dan RE terdeteksi. Tidakterdeteksinya pospat dalam umpandisebabkan oleh kandungannya < 5 ppm atauselama tahapan proses penyiapan umpan,ion pospat sudah terambil. Hasil penelitiandengan variasi pH (9,6-10,4) yang tertulispada Tabel 1 diperoleh rekoveri RE2O3(71,44 - 91,67) %, Th (6,91 - 8,34) %, U danPO4 tidak terambil. Semakin besar pH makasemakin besar rekoveri RE2O3. Pada pH 9,8diperoleh rekoveri RE2O3 tertinggi 91,67 %karena pada pH tersebut terjadi titikkesetimbangan dimana tidak adapenambahan ataupun pengurangan jumlahpengendapan. Tetapi setelah pH lebih besardari 9,8 rekoveri RE2O3 mulai mengalamipenurunan.

Penurunan rekoveri RE2O3 dari 91,67% menjadi 80,63% yang disebabkan olehadanya kenaikan pH dari 9,8 menjadi 10, haltersebut terjadi karena adanya ionisasi

Tabel 1

No.

1.2.3.4.5.

Pengaruh derajat keasaman (pH) terhadapPH

9,69,810,010,210,4

NaOH(ml)

143145148150151

U*-

-

-

-

-

rekoveri.Rekoveri, %

Th6,916,288,328,338,34

RE2O388,5691,6780,6372,0271,44

PO4

-

-

-

-

Kondisi percobaan:Umpan (RECI3) = 100 ml; U = 107,1 ppm; Th = 271,01 ppm; RE2O3 = 96,6664 mg/ml;PO4 = ttd.; waktu pengendapan = 1 jam; pH awal = 5,17- 5,24; 1N = NaOH; * =

ISSN 1410-1998 Prosiding Presentasi tlmiah DaurBahan BakarNuktir VP2TBDU dan P2BGN -BATAN Jakarta, 22 PBRUARI2000

sebagian RE(OH)3 dan NaCI, dimana ion-ionyang terbentuk akan bereaksi kembalimembentuk RECI3 dan NaOH. Semakintinggi pH maka ionisasi akan makinsempurna dan reaksi akan bergeser dari arahkanan ke kiri sehingga rekoveri RE2O3semakin turun tajam (Tabel 1). Pada toriumsemakin besar pH maka rekoveri Th semakinnaik dimana pada pH lebih besar 9,6 makatorium yang ada pada umpan akanmengendap dengan reaksi yang lambat.Adanya uranium dalam umpan kemungkinandisebabkan tidak sempurnanya prosespenyiapan umpan pada pH pengendapan 6,4(Gambar 1). Menurut pustaka uraniumsebagai hidroksida akan mengendapsempurna bersama-sama torium hidroksidapada pH 5,7-6,4 dan sebagai ADU(ammonium diuranat) mengendap sempurnapada pH 7.0 dan setelah pH > 7.0 ADU mulailarut kembali sehingga pada prosespengendapan (REOH)3 yang dimulai padapH 9,6 uranium tidak terdekteksi dalamendapan.

Untuk melakukan parameterpenelitian berikutnya maka diambil kondisipH terbaik 9,8 dengan menghasilkan rekoveriRE2O3 91,67%, Th 6,28%, U dan PO4 tidakterambil.

2. Pengaruh normalitas reagen (N NaOH)

Pada penelitian pengendapan padanormalitas reagen (N NaOH) digunakanumpan seperti pada parameter pH. ReagenNaOH sebagai pembentuk endapanhidroksida dengan RE sangat dipengaruhioleh normalitas yang berbanding lurusdengan konsentrasinya. Jika diinginkankecepatan reaksi semakin besar makanormalitas reagen NaOH harus semakinbesar tetapi besarnya normalitas dibatasi

oleh kondisi reaksi endapan yang arahnyabolak balik.

Hasil penelitian yang tertulis padaTabel 2 terlihat bahwa pada normalitasNaOH antara 0,5 sampai 1,0N rekoveriRE2O3 mengalami kenaikan karena menurutArchenius , kecepatan reaksi pengendapanRE(OH)3 semakin besar jika konsentrasireagen pembentuknya semakin besar pula.Karena reaksi pengendapan adalah bolak-balik (reaksi 1) maka pada normalitas NaOH1 N, pH 9,8 dan waktu pengendapan 1 jamdiperoleh rekoveri RE2O3 sebesar 90,24%adalah merupakan titik kesetimbangandimana tidak terjadi reaksi kekanan maupunkekiri. Jika normalitas diperbesar melewati1N maka rekoveri RE akan semakinberkurang hal ini diakibatkan oleh adanyaperubahan reaksi ke arah kiri dimanaRE(OH)3 dan NaCI yang terbentuk akanterionisasi dan bereaksi kembali menjadilarutan RECI3 dan NaOH. Untuk torium padanormalitas NaOH (0,5-2,0) mengalamikenaikan yang sangat kecil, hal inidisebabkan reaksi pengendapan torium yangsangat lamban pada kondisi tersebut. Untukuranium tidak terlihat pada endapan (REOH)3karena pada pH 9,6 uranium dalam bentuklarutan(2'.

Untuk melakukan parameterpenelitian berikutnya maka diambil kondisinormalitas terbaik 1N NaOH, pH 9,8 yangmenghasilkan rekoveri RE2O3 90,24%, Th5,42%, U dan PO4tidakterambil.

3. Pengaruh waktu pengendapan

Pada penelitian dengan parameterpengaruh waktu pengendapan, umpan yangdigunakan berasal dari monasit B. Kalaumelihat kadarnya (pada bahan) makakomposisi monasit A dan monasit B tidak

Tabel 2. Pengaruh normalitas reagen ( NNaOH) terhadap rekoveri

No.

1.2.3.4.5.

NNaOH

0,50,751,01,52,0

Endapan(gr)

9,89,910,09,99,8

U*-

-

-

-

-

Rekoveri (%)Th

5,665,325,295,425,66

RE2O381,9381,9590,2490,1486,49

PO4-

-

-

-

-

Kondisi percobaan:Umpan (RECI3) = 100 mt; U =107,1 ppm; Th =271,01 ppm; RE2O3 = 96,6664 mgr/ml;PO4 = ttd; pH awal = 5,17-5,25; pH pengendapan = 9,8 dan waktu pengendapan = 1jam; *=

Pmsiding Presentasi llmiah DaurBahan BakarNuklir VP2TBDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebrvari 2000

ISSN 1410-1998

jauh berbeda. Larutan umpan yangdihasilkan dari monasit B berada dari monasitA terutama pada kadar uraniumnya. Hal inidisebabkan oleh alat pH meter yangdigunakan pada waktu pembuatan larutanumpan (pH 6,4) ada perbedaan sehinggamempengaruhi kesempurnaan reaksi yangterjadi dan menghasilkan umpan yangberbeda pula. Dari hasil pengendapandengan parameter pH (Tabel 1) dannormalitas reagen (Tabel 2) yang dilakukandengan waktu pengendapan 1 jam makahasil rekoveri RE2O3 maksimum yangdiperoleh mendekati 91%. Sebagai hasilakhir dari proses pengolahan monasitdiinginkan rekoveri RE2O3 mendekati 100%sedangkan U, Th dan PO4 adalah tidakterambil. Waktu 1 jam pada percobaanpertama dan kedua masih belum cukup untukmenyempurnakan reaksi sehingga waktuperlu divariasi untuk memperoleh waktupengendapan optimal supaya reaksipengendapannya sempuma.

Pada Tabe! 3 terlihat bahwa umpanyang digunakan untuk penelitian kadar U danPO4 nya tidak terdeteksi dan pada endapanRE(OH)3 kadar U dan PO4 juga tidakterdeteksi, dikarenakan kadarnya

ISSN 1410-1998 Pivsiding Presentasi llmiah DaurBahan BakarNuklir VP2TBDU dan P2BGN -BATAN Jakarta, 22 PBRUARI2000

Tabel 4. Kemurnian RE pada kondisi terbaik pengendapanEndapan

RE(OH)3

Berat

(gr)12,5

Kadar produk, RE(0H)3 hasil analisis

U(mg)ttd

Th(mgr)0,739

RE (OH)3(gr)

12,3585

PO4

ttd

dllfart

0,1407

Komposisi/kemurianproduk (%)

RE(OH)398,868

Th(OH)40,009

dil

1,123Kondisi percobaan:

pH = 9,8 ; 1N= NaOH; waktu = 3jam ; suhu = suhu kamar; ttd = < 5 ppm

sangat kecil kelarutannya sehingga prosesekstraksi torium dan uranium menjadi tidakefektif. Maka untuk mengatasinya setelahproses dekomposisi asam dilakukanekstraksi torium dan uranium terlebih dahulu,kemudian baru dilakukan prosespengendapan.PUSTAKA

[1]. BENEDICT, M., et,al., Nuclear ChemicalEngineering, Second Edition, Mc Graw-Hill Book Company, USA. (1957).

[2]. CUTHBERT F.L., Thorium ProductionTechnology, Addison-Wesley PublishingCompany, Inc, Massachusetts USA,(1958).

[3]. FAIZAL RIZA, Scientist ExchangeProgram, Ningyo Toge Works, PNC,Japan, (1997).

[4]. ROBERT H. PERRY AND CECIL H.CHELTON, Chemical Engineering HandBook, Fifth Edition, Mc Grow-HillCompany, USA, (1953).

[5]. CALLOW, R.J., The Industrial Chemistryof the Lanthanous, Yttrium, Thorium andUranium, Pergamon Press, London,(1967).

TANYA JAWAB

Mukhlis Rekoveri dipengaruhi oleh ukuran butiran

tetapi kok tidak ada di abstrak danukuran butirnya berapa

Untuk standar internasional unsurradioaktif Th dan U sampai berapa ppmdiperbolehkan.

Hafni Lissa Nuri Rekoveri yang kami hitung adalah

rekoveri pengendapan dan prosespengendapan adalah merupakan prosesakhir dari monosit basa untukmenghasilkan produk akhir RE blok atauRE(OH)3dan ukuran butir sebagai umpanadalah -200 mesh.

Standar intenasional unsur radioaktifbelum kami peroleh hanya saja informasidari PT Timah produk harus bebasradioaktif.

Rudi Pudjianto Mohon penjelasan angka 1,123%

dikaitkan dengan angka yang munculpada kemurnian produk yaitu RE(OH)398,868%, Th(OH)4 0,009%, perhitunganangka-angka terakhir tersebut didasarkanpada berat kering produk. Dan penyajimenyebutkan angka 1,123% adalah airatau impuritas.

Hafni Lissa Nuri Mengenai angka 1,123% kemungkinan

adalah kadar air karena kadar air tidakkami analisakan dan selama pengeringankemungkinan menggunakan timbanganyang kurang sensitif. Seiain kadar air didalamnya juga terkandung impuritas Sidan Ti karena kedua unsur dalam bijihmonasit cukup besar dan untukpeneletian lanjutan unsur impuritas Sidan Ti akan kami analisa.

Amir Rusli Melihat hasil penelitian cukup baik,

bagaimana dengan prospek ekonominyake depan.

Bagaimana tentang ketersediaan bahanbaku dan scale up nya

Hafni Lissa Nuri Ketersediaan bahan baku monosit saat

ini di Bangka ada 10.000 ton. Untukscale up dan proses akan kami lakukansetelah kondisi secara keseluruhan daripengolahan monosit diperoleh dimanapada kondisi tersebut dapatmenghasilkan RE2O3 dengan rekoveridan kualitas semaksitnal mungkin

Darmawan Litnbah yang tertulis di judul lebih baik

diganti dengan hasil samping.

59

Pmsiding Presentasi llmiah DaurBahan BakarNuklir V ISSN 1410-1998P2TBDU dan P2BGN-BA TAN Jakarta, 22 Pebruari 2000

Apakah proses pemisahan ini juga dapat ada perbedaan proses maupun hasilnyadilakukan untuk monosit yang ada di karena unsumya hampir sama yaitu RE,Rirang , kalau sudah apakah perbedaan U, Th dan PO4. Rirang mengandung Uproses maupun hasilnya. tinggi, Th rendah sedangkan monosit

. mengandung U rendah dan Th tinggi danHafni Lissa Nun

u n t u k k a d a r R E h a m p i r s a m a y a i t u Mengenai judul sudah merupakan

fin0/kesepakatan di KPTP P2BGN.

Proses pemisahan telah dilakukan untukmonosit yang ada di Rirang, hampir tidak

60