Pro.riding Pertemuan don Pre.renta.ri IlmiahPPNY-BATAN, Yog;'akarra 23-25 April 1996 17Buku II

EKSTRAKSI URANIUM MEMAKAI SOL YEN AM IN DANFASA INTERNAL HCI PADA MEMBRAN EMULSI

A.Ninik Bintarti , Bambang Edi HB, R. SudibyoPPN}'. BATAN. il. Babarsari. Katak Pas 1008. Yogyakarta 55010

ABSTRAKEKSTRAKSI URANIUM MEMAKAI SalVEN A~/IN DAN FASA INTERNAL HCl PADA MEMBRANEMULSI. Te/ah dilakukan proses ekstraksi uranium memakai pelarut Tri-n-OkJilamin (TOA) denganpengencer kerasin dan surfakJan Span-80 sebagai zat pemantap membentuk membran emulsi. Sebagai fasainternal dipakai larutan HCI 0,01 N dan uranium dalam HNOJ sebagai umpan, dengan pemecah membrandipakai butanol. Diperoleh hasil untuk membran, 1 % va/. TOA pada 5 % vol. Span-80 lama emulsifikasi30 menit dan 50 % vol. HCI 0,01 N. Hasil ekstraksi ada/ah keasaman HNOJ umpan 3 M, wakJu ekstraksi20 menit, dan konsentrasi U dalam umpan 600 ppm memberikan koefisien distribusi ekstraksi membran

5,830 dan koefisien distribusi stripping 0,276.

ABSTRACTEXTRACTION OF URANIUM WITH AMIJV AS SOLVENT AND HCI AS INTERNAL PHASE ATMEMBRANE EMULSION. An extraction process of uranium by Tri-n-Acrylamine(TOA) solution withkerosene as thinner and surfactant of Span-80 as emulgator to bend a membrane emulsion. HCI 0.01 N isused as an internal phase uranium in HNOJ as feed and butanol is used to split the membrane. In the caseof membrane. the result was 1 % vol. TOA and 5 % vol. Span-BOo emuls!fication time was 30 minutes and

50 % vol. HCI 0.01 N. The product of an extraction was. concentration of HNO3 is 3 M. The time ofextraction 20 minutes and uranium concentration in feed of 600 ppm will give ditribution coeficient ofmembrane extraction was 5.830 and coeficient of stripping was 0.276.

PENDAHULUANE kstraksi terhadap uranium merupakan salah

satu cara pemisahan dari berbagai carapemisahan yang lain. Cara ekstraksi telah dilakukandengan berbagai macam pelarut. Salah satu pelarutadalah Tri-n-Oktilamin (TOA) yang mempunyairumus molekul [CH3-(CH2),]3-N atau R3N. Jikadibanding-kan dengan TBP maka harga TOA lebihmurah dan kemungkinan memberikan efisiensilebih tinggi karena TOA merupakan senyawaamina dengan berat molekul tinggi sehinggadiperkirakan kemampuan mengekstraksi lebih

besar .(7)Ekstraksi menggunakan cara membran emulsi

yaitu melakukan ekstraksi sekaligus melakukanstripping. Emulsi sendiri merupakan sistem koloidbaik zat terdispersi maupun zat pendispersinyacair.{I) Emulsi memakai metoda membran biasadisebut dengan metoda LSM (Liquid SurfactantMembrane) atau metoda emulsi membran cairdiharapkan bisa memberikan hasil yang lebih baikuntuk pemurnian uranium pada pengolahan lanjutbijih uranium, juga untuk pengambilan uranium

dari bahan bakar bekas terhadap unsur-unsur hasilbelah, daD pengurangan konsentrasi dari limbahsebelum diproses lebih lan~ut sehingga kandunganuranium sekecilkecilnya.(IO Pad a proses ekstraksi,akan terbentuk komplek yang bisa berupa kationatau anion yang akan berasosiasi dengan kationatau anion lain sehingga dihasilkan komplek yangtidak berrnuatan. Komplek ini akan terekstrak kedalam rasa organik sehingga akan terdistribusi kedalam rasa organik clan rasa air. Kelarutannyaditentukan oleh sifat komplek logamnya. Apabilakomplek mengandung gugus organik yangberukuran besar, maka kelarutannya akan lebih

besar dalam rasa organik.

Dalam rasa organik kemungkinan terjadiinteraksi yang akan mempengaruhi konsentrasikomplek dalam rasa organik, sehingga mem-pengaruhi efisien-sinya. Apabila konsentrasiekstraktan diperbesar, maka bisa terjadi poli-merisasi secara cepat, sehingga menurunkan

etisiensinya.Pacta pembentukan membran emulsi

dibutuhkan surfaktan yaitu zat pemantap(emulgator) yang akan menjaga supaya emulsi

Pro.riding Pertellluall don Presenta.ri llt"iahPPNY.8ATA.~. Yogyakarto 2J-25 Aprll 199618 8I1Al///

Alat-alat.

Peralatan yang digunakan adalah alat-alatgelas, magnetic strirrer, pengaduk mekanik, neracaanalitik, pH meter, UV-vis.

Metoda.

tidak segera pecah clan ter-pisah lagi. Emulgatorakan membungkus butir-butir cairnn terdispersidengan suatu lapisan tip is sehingga butiran tidakdapat bergabung menjadi suatu rasa kontinyu. ]enissurfaktan akan menentukan tipe emulsi, minyakcialam air (MIA) atau air dalam minyak (NM).(J)

Untuk mendapatkan emulsi ripe AIM dapatdigunakan surfaktan span-80 yang mempunyai nilaiHLB (hydrophiele-lipophiele balance) sebesar 4,3.Span-80 sendiri merupakan surfaktan non ionikdari campuran bennacam-macam ester [sorbitanmono, di. tri, oleat(ROOR')], komponen mulasorbitol (R'OH) asam cleat (RCOOH) dan air.(ID)Pacta umumnya span-80 disebut sorbitan saja.Span-80 mengalami dekomposisi dalam rasa airinternal yang akan memberikan kestabilan padaemulsi.

Pada ekstraksi membran cair maka soluteyang berada dalam rasa air eksternal (umpan)diambil masuk ke rasa air internal dalam membran,setelah dilakukan kontak beberapa saat antaraumpan dengan membran. Solute masuk melaluiLSM memakai TOA sebagai salven secara difusi.

Ion uranium diestraksi dengan amin darilarutan asam dan kemungkinan reaksi yang terjadiadalah :

Pembuatan membran emulsiMembran terdiri dari rasa organik (f.o) clan

rasa air internal (f. a). Fasa organik terdiri dariTOA, pengencer kerosin clan zat pemantab Span-80. Fasa air digunakan larutan HCI, kecepatanpengadukan 8000 rpm.

Dalam 10 ml rasa organik divariasipelarut TOA dari 1% vol. sampai 10% vol.Membran terjadi diamati waktu kestabilannya.Membran ditambah rasa air eksternal denganpengadukan, sesudah terpisah diamati volume raseair eksternalnya.

Waktu pengadukan dalam pembuatanmembran divariasi dari 25',30',35',40',45', daD 50men it. Selama pengadukan suhu dijaga dibawahsuhu kamar dengan memberikan es disekitar tempatmembran. Membran yang terjadi diperlakukansarna seperti di atas clan diulangi dengan % vol.rasa air internal dalam membran dari 10 % sampai90 % vol..

UO2(NOJ)2 + 2 RJN .UO2(N°J)2, 2 RJNProses Ekstraksi

Maka kecepatan reaksi sebanding dengan {UO21+:dan [R)N] .

Larutan uranil nitrat 500 ppm sebanyak 10ml sebagai umpan ditambah membran emulsi 10 mldiaduk selama 15 men it. Ditunggu sampai terpisahrasa air terhadap membran dan dipisahkan, ukurvolumenya. Fasa air dianalisis memakai UY-Yisdengan pengomplek arsenaso III. Membran dipecahmemakai butanol, ditunggu dan dipisahkan rasa airinternalnya. Fasa air internal dianalisis memakaiUY-Yis. Umpan divariasi keasamannya dari 1,2,3,4 dan 5 M HNO3. Dipilih konsentrasi HNO] yangmemberikan harga Kd-ekstraksi yang relatiftinggi.

pekerjaan di atas diulangi untuk variasiwaktu ekstraksi dari 5, 10, 15,20,25, dan 30 menit.Dipilih waktu yang memberikan Kd-ekstraksi yangrelatif baik. Pekerjaan diulangi lagi untuk variasikonsentrasi uranium dalam umpan dengankeasaman dan waktu ekstraksi dipilih basilpercobaan yang terbaik di atas. Sebagaiperbandingan maka dilakukan ekstraksi biasa danhasilnya dikenakan stripping. Hasil ekstraksi danhasil stripping dianalisis dcngan UY-Vis denganpengomplek arsenaso III.

Dalam ekstraksi memakai metoda membrandikenal koefisien ditribusi ekstraksi juga koefisiendistribusi stripping.

Membran emulsi sesudah dipakai untukmeng-ekstrak maka dilanjutkan dengan pemecahanmem-bran dengan bantuan butanol, untukmemisahkan rasa air internal yang telahmengandung solute dati rasa organiknya. Ekstraksidengan metode membran emulsi dilakukan untukmemperkecil konsentrasi uranium dalam limbah,supaya limbah uranium mempunyai konsentrasilebih rendah.

TATAKERJA

BahanBahan yang digunakan adalah: TOI\. kcrusl:n,

Surtktan Span-SO, HCL, l-IN03, Aquades,Arsenaso Ill, Butanol.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pembuatan membran emulsi

Pelarut Tri-n-Oktilamin (TOA) yang divariasi

% volumenya dalam rasa organik. Sebagai

pengencer dipakai kerosin clan sebagai zat

pemantab (emulgator) digunakan Span-SO.

Oari tabel 1 dan gambar 1 diambil harga %

vol TOA 1 % karena memberikan waktu stabil

emulsi lama juga mempunyai harga 't' relatif kecil.

Tabel 2. Variasi lama emulsifikasi pad a pembentukan

membranKecepatan putar 8000 rpm, %vol Span 80 5 % dalam rasa organik % volTOA 1 % dalam rasa organik

Waktu

Emulsifikasi,menit

Lamakestabiian

membran (ja~)

Tabell. Variasi % TOA dalam rasa organik Kecepat-an putar emulsifikasi SOOO rpm Waktupcng-adukan 15 menit % volume Span-SO:5 % dalam rasa organik

lavi,.-v.

253035404550

5,305,705,205,405,205,25

0.040,040,060,180,160,20

Waktu stabil

(ia~)

IAVi,.-V. rasa airekstemal

%VolTOA0,5 5,3

5,54,54,53,53,53,03,0

0,10'OJO0,100,150,200,200,230,21

I

terpisah bening

.,

234567

"

7,Oari tabel 2. dibuat gambar hubungan lama emul.

sifikasi terhadap lama stabil membran dan harga 'tT ter1Jisahkeruh

..

..

Dari tabel I. dibuat gambar hubungan % vol.TOA terhadap waktu kestabilan membran dan

narga tE.!c~tJ10..at4>oX

~

IA~I

Va

E~:asQ)

3~~~

Gambar 2. Hubungan Il'aktu eltUllsiflkas; terhadap

lama stubil membran dun harga 't

Dari tabel 2 clan gambar 2 diambil lama

emulsi-tikasi 30 men it, karena memberikan waktu

stabil membran paling lama clan harga 't paling

kecil yaitu perubahan volume rasa ekstemal

sebe\um dan sesu-dah dicampurkan denganmembran.

Gambar I. Hllblln.!la// % Vol. TO,.! ter/radap "'aktll

stabiJ (jam) dah harga 'to

ISSN 0216-3128 Ninik Bintarti. dkk

Prosiding Perremuan don Presentasi IlmiahPPNY-BATAN. Yogyakarra 2.1.25 April 1996

20 Buku 1/

Tabc! 3. Variasi % volumc fasa air internal padapenlbentukan membran. Kecepatan putaremulsilikasi 8000 rpm. Waktu pengadukan30 menit. % vol. Span-80 dalam fo. 5 %. %vol. TO,\ dalam fo. 1 %

vol.Umpan ekstraksi adalah uranil nitrat (UN) yangdilarutkan dalam HNO3. Variasi ekstraksi adaJahkeasaman umpan, waktu ekstraksi dan konsentrasiU daJam umpan.

Tabel4. Variasi keasaman umpan pada ekstraksi mc-makai mcmbran emulsi dan ekstraksimema-kai pelarut. Konsentrasi U dalamumpan 500 ppm.

°/~vomCIdalam

membran

Lamakesetabianmembran

Fase air ektraksi

Kd-Ekstraksi

102030405060708090

--2,0 jam2,5 jam3,3 jam5,4 jam5,8 jam7,7 jam8jam3 hariminggu

terpisah keruh....

terpisah agak bening

terpisah bening...,

HNO]M

Kd-Ekstraksimembran

4,2404,2635,3405,3304,300

Kd.Strippingmembran

0,2350,2480,2670,2480,224

1,6101,6261,6351.6341631

k(1--Stripping

biasa

0,3700,3840,3800,3760,361

2345

tidak terpisah"

Dari tabel 4 dibuat gambar hubungan variasikonsentrasi keasaman umpan terhadap Kd ekstraksidan Kd stripping.Dari tabel3. digambar hubungan penambahan

% vol HCI 0,0 I N dalam membran terhadap lamakestabilan.

e.!.,;~~ee

i~-=.e:.

Gambar 3. Httbungan % vol. HCI 0,01 N dalammenwran terhatlap larna kestabilanmembran.

Dari label 3. dan gambar 3. dipilih harga %vol rasa air internal dalam membran sebesar 50 %vol, karena pacta harga terse but memberi waktucukup melakukan ekstraksi dan pemecahanmembran disamping memberikan kondisipemisahan yang cukup baik untuk konsentrasiHNO} yang agak besar dalam rasa umpan.

Elutraksi

Dari gambar 1,2 dan 3 dipilih membranemulsi dengan kondisi sebagai berikut: % Vol TOAdalam rasa organik 1 %, untuk surfaktan span-SO 5% vol dan lama emulsifikasi 30 menit, % vol HCI0,01 M sebagai rasa intern dalam membran 50 %

Ganlbar 4. Hubungan konsenJras; HNOj umpan Jer-hadap Kd eksJraks; tnetoda membran doneksJraks; b;asa.

Dari tabel 4 clan gambar 4 terlihat hargakoefi-sien distribusi uranium naik seiring dengannaiknya konsentrasi HNOJ yang merupakankatalisator pem-bentukan komplek uranil- TOA,tetapi pada kenaikan konsentrasi HNOJ selanjutnyaterlihat harga Kd cenderung turun, hat ini mungkindisebabkan penga-ruhnya terhadap TOA bebas baikpad a ekstraksi secara membran maupun ekstraksisecara biasa. Konsentrasi HNOJ pada umpan sekitar3 -4 M, untuk uranium memberikan harga Kdrelatif tinggi. Harga Kd stripping memakai rasa airinternal HCI 0,01 M tidak memberikan basil yangdiharapkan, begitu juga untuk ekstraksi biasamenunjukkan basil yang hampir sarna.

Dengan melihat tabel 5 clan gambar 5 ternyatakenaikkan wak.'1U ekstraksi tidak begitu

Ninik Bintarti, dkk ISSN 02 I 6-3 128

Prosiding Pertemuon don Presento"i IlmiohPPNY-BATAN. Yogyakarto 23-25 April 1996 Buku 11 21

mcmberikan kenaikan harga Kd yang berarti, baik

untuk Kd-Ekstraksi maupun Kd-Stripping. sekitar

15 -20 menit dengan melihat harga Kd-Ekstraksimembran yang relatif tinggi. Penambahan waktu

ekstraksi mem-berikan harga yang mulai menurun,

hal ini mungkin disebabkan membran mulai

berubah fisis sehingga kurang efektif dalam

mengekstrak solute.

Tabel 5. Variasi \vaktu ekstrnksi terhadap hnrga Kdekstrnksi (metoda membran dnn biasa)dengnn umpan U dalam HNOJ 3 M.

Kd. Kd. Kd- Kd-Waktu, Ekstraksi Stripping Ekstraksi Strippingmenit I membran membran biasa

~4,4904,884

~5,4404,450

0,353

~0,3810,3800,3760,371

~

'440 1,512

1,5871,6631,641

.1,620 !

~

'283 0,288

0,2890,2940,2870,281

510

15202530

Gambar 6. Hubungan konsentarasi U dalan! ulnpanterhadap harga -harga Kd.

Dari tabel 6 dan gambar 6 memberikan Kd-Ekstraksi secara membran dengan harga relatiftinggi untuk konsentrasi U dalam umpan pacta 600ppm. Jika dibandingkan dengan ekstraksi biasaternyata ekstraksi membran memberikan harga-harga koefisien distribusi yang lebih tinggi. Tetapihal ini tidak diikuti oleh harga-harga koefisiendistribusi stripping baik untuk untuk membranmaupun untuk ekstraksi biasa. Hal ini menunjukkanHCI 0,01 M sebagai rasa air internal tidak begitubaik mengambil solute uranium dari rasa organikmasuk kembali ke dalam rasa air.

..,cn

Q.

BII)

,;~

..-:~"..~UJ.:.~,

.'0 ,~ 20

Waktu, menit

Gamhar 5. Hubungan waktu ekstraksi terhadap harga -harga koefisien distribusi.

KESIMPULAN

Ekstrasi uranium mem~kai pelarut TOAdalam kerosin sebagai pengencer dengan metodamembran emulsi bisa dilakukan. Untuk membrandiperoleh kondisi % vol. TOA dalam rasa organiktanpa rasa air internal adalah I % dengan surfaktanSpan-80 5 % clan kerosin sebagai pengencer. waktuemulsifikasi 30 menit dan % vol HCI 0,01 M dalammembran sebagai rasa air internal sebanyak 50 %vol.

Tabel 6. Vnriasi konsentrasi U dalam umpan

terhadap harga Kd (metoda membrandan biasa) .

, Kd- Kd- .Kd-

Umpan I Ek k . S " Kd- s o..stra Sl tripping

Ek k .tripping

pp m : .stra Sl .

membran membran blasa

t-~ I 1,710 I

~

0'161 0,165

0,258

0,3870,3840,384

~oo 200

400Untuk ekstraksi memakai membran diperoleh

kondisi keasaman umpan 3 M, waktu ekstraksi 20menit dan konsentrasi U dalam umpan 600 ppmmemberikan harga koefisien distribusi ckstraksimembran (Kd.e.m) 5,83 dan koefisien distribusistripping (Kd.s.m) 0,276. J.jka dibandingkandengan ekstraksi biasa maka dcngan metodamembran member kan hasil baik, tetapi untukstripping memberik?n harga yang rendah, sehingga

3,~1'5:3QOl

I ~,~~~I 1,659

600 5,830 0,276 1,660 0,381800 5,800 0,264 1,648 0,369

I 1000 4,590 0,253 1,632 0,378 II

Dari tabel 6 digambar hubungan variasi lama waktuektraksi terhadap harga-harga Kd.

-ISSN 0216-3128 Ninik Bintarti, dkk

Prosidillg PerlemUOII Jail Preselllosi lI/niahPPNY-h'ATAN. Yog;'akarlQ 23-25..fpriI199622 Bukl/ II

penelitian mengenaidilakukan.

internal perlurasa air

UCAP AN TERIMA KASIH

Terirna kasih penults ucapkan kepada Sdr.Sudarso dan ternan-ternan lain yang telahrnembantu pene.litian ini hingga selesai.

Surfactant Membrane Process., pp 32, 143-147., Ind. Eng. Chem., Res.

II KRIS TRl BASUKI., Pengaruh Sinar Laserpacta Senyawa Komplek UO2-NO3)2 dalamTBP-Kerosin, PPBMI-BA TAN Yogyakarta.1984.12

SA YEKTI W., Preparasi Membran Cair,Kerosen, Span-80 dan Penerapannya pactaEkstraksi Selek-tifUranium (VI), Tembaga (II)dan Besi (m) da-lam Sampel Air., UGM.FMIPA, Yogyakarta, 1995.

DAFTARPUSTAKA

I JOHANNES, H., 1973., Pengantar KimiaKolold dan Kimia Pennukaan., UGM Press,

Yogyakarta.2 SUYITNO, 1985, Tingkat Kesernpurnaan

Disper-si Emulsi CCI4 Dalam Medium AirDengan Surfaktan Sodium Dodecyl SulfatDalam Tangki Berpengaduk., Fakultas TeknikUGM, Yogyakarta

MOtI. ANIF., Emulsi, Fak. Farmasi UGM,

YogyakartaHATWORTH,H.C., BURNS, W.A, 1983.,Extrac-tion of Uranium from wet processPhosphoric Acid by Liquid Membrane., Sep,Sci, Technol.

Y.HORL, H.VEMAE., S.HIBINO.,W.EGUCHI., 1990., Proper Condition of theSurfactant Liquid membrane for The recoveryacid Solution., International Chemical

Engineering.ANIRUDDHA.J.SHERE and H. MICHAELCHE~UNG., 1988., Effect of PreparationParameters on Leakage in Liquid SurfactantMembrane Systems., Dep. of ChemicalEngineering The University Of Akron. Ohio.

GUNANJAR, WISY ACHUDIN FAISAL.,1985., Ekstraksi Zr dan Hf menggunakanTri -n -Oktilamin., Prosiding PPI, PPNY-BAT AN, Yogyakarta

MELZNER D, TLLKONSKI, J, MOHR-

MANN., A., POPPE.W., HALWACHS.W.,SCHUGERL. K., 1984., Selective Extractionof Metal by the Liquid Membrane Technique.,

Hydrometalurgy.J.DRAXLER and R. MARR, 1986.,Emulsion Liquid Membranes Part I:Phenomenon and Industrial Application.,Institut fur Verfahreus Technik TeshnischeUniversitat Gras., In-eldgaste 25. 8010. Graz

(Austria).10 ABOU. NE-I and VANPATHEGEN.,

1993., Membrane Recycling in The liquid

3

4

5

6

TANYA JAWAB

R. Didiek H

-Dalam ekstraksi umumnya terjadinya emulsidihindari, tetapi pada penelitian ini justrudibentuk, sedangkan adanya emulsi akanmengganggu transfer massa, ini bagaimana ?

A.Ninik Bintarti.

-Untuk ekstraksi biasa adanya emulsi memangmengganggu, tetapi untuk ekstraksi denganmetoda membran emulsi memang dibuat dandijaga kestabilan, sebab untuk media transfermassa dan untuk terjadinya ekstraksi danstripping secara serentak. Ada 2 tahapan yangterjadi yaitu :

Tahap. I Logam-logam yang bersifat ionikbereaksi dengan ekstraktan pada membranmembentuk komplek yang larut dalamrasa organik.

Tahap II. Agent penstripping dalam fasaair internal menyebabkan komplek terde-komposisi masuk ke rasa air internal.7

8

Muhadi A W;-Dari kesimpulan diperoleh KdEks = 5.83 ini

adalah kecil dan lagi Kds1r;pp nya. bagaimanahasilnya nanti apabila tidak bisa di stripping ?Berarti penelitian ini tidak memberikanpenyelesaian.

A. Ninik Bintarti

.Penelitian ini ditekankan pacta pengujianmembran yang dilakukan. Jika dibandingkandengan ekstraksi biasa yang besarnya Kd + 1,66,maka ekstraksi dengan membran emulsi jauhlcbih baik, Kdsnipp masih rendall, jadi penelitianini masih akan dilanjutkan untuk memperolehrasa air internal sebagai agent penstripping yang

optimum.

9