PRO SIDING SEMINARPENELITlAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

PENGARUH CAMPURAN PELARUT TOA DAN D2EHP A UNTUKEKTRAKSI KONSENTRAT LOGAM TANAH JARANG

Purwoto, Bambang EHBPustek Abelerator dan Proses Bahan-BATAN Yogyakarta

ABSTRAK

PENGARUH CAMPURAN PELARUT TOA DAN D2EHPA UNTUK EKSTRAKSIKONSENTRAT LOGAM TANAH JARANG. Telah dilakukan proses ekstraksiterhadap konsentrat logam tanah jarang (LTJ) yang dilarutkan dalam asam nitrat.Dilakukan penelitian ekstraksi dengan campuran pelarut TOA dan D2EHPA secaracatu dari 10 ml umpan dikontakkan dengan 10 ml solven yang terdiri dari pasangansolven dengan pengencer sikloheksan. Ekstraksi dilakukan dengan variasi keasamanumpan dari 2 - 6 M dan waktu pengadukan dari 5 - 25 menit. Diperoleh hasil relatifbaik untuk unsur Dy yaitu pada campuran solven 10% volume TOA dalam D2EHPAdengan pengencer sikloheksan, keasaman umpan 3 M dan waktu pengadukan 15menit memberikan harga faktor pisah Dy-Ce = - •. Dy-Nd = 4,651 dan koefisiendistribusi (Kd) untuk Dy = 0,586

ABSTRACT

THE EFFECT OF THE MIXTURED TOA AND D2EHPA SOL VENTS FOREXTRACTING CONCENTRA TED RARE EARTH. An extraction process to rare earthconcentrate which dissolved into nitric acid has been done. The experiment was theextraction of mixture TOA and D2EHPA solvent in batch to mix 10 ml of the feed with10 ml solvent contained the pair of solvent in cyclohexana as tinner. It was selected aright pairs of solvent for doing variation sich as the acidity of the feed from 2 - 6 M andthe time of stirring from 5 - 25 minutes gave the good relatively extraction condition toDy element such as using 10 % volume of TOA in D2EHPA and cyclohexana, theacidity of the feed 3 M and the time stirring 15 minutes produced separation factor Dy­Ce = - .. Dy-Nd = 4.651 and coefficient distribution to dysporsium = 0.586

PENDAHULUAN

Di dalam proses ekstraksi, solven akanmengalami proses solvasi yaitu interaksiantara unsur yang diinginkan (solut) dengan solven.Yang perlu diperhatikan dalam proses ekstraksiadalah kekuatan basa dari solven yang dipakai yaitumakin kuat kebasaan solven, maka akan semakin

kuat solvasi terhadap solut, sehingga hasil ekstraksimeningkat. Senyawa-senyawa solven yangmempunyai sifat fosfor organik adalah yangmempunyai gugus fosforil P=O. Kekuatan basagugus P=O sangat tergantung pada gugus yangterikat pada atom fosfornya. Solven atau ekstraktansendiri merupakan d0nor elektron, scdangkan solutatau ion-ion LT J merupakan aseptor elektron.

Sebagai contoh solvenTBP merupakan donor yangkuat, tetapi Tapa lebih kuat dari TBP, sedangkandietyl eter merupakan donor yang lebih rendah. (I.J)

Pada ekstraksi uranium memakai 0, I Mdi(2-etyl heksil) fosfat atau D2EHPA dalampengencer kerosin yang mengandung 2 - 3 %TBPdapat menaikan hasil ekstraksi sampai 3-4 kali lebihbesar jika dibandingkan memakai D2EHPA saja.Jika HX merupakan gugus organo fosforus dan Nadalah gugus netral seperti TBP, Tapa, makareaksi yang terjadi dalam proses ini adalah : (2)

U022++ 2(HX)2 + N <=> U02H2X4N+ 2 H+ (1)

Antara HX dengan N dapat terjadi reaksi :

(HX)2+ N <=> N(HX)2 (2)

Y2 (HX)2 + N <=> N(HX) (3)

Untuk pemakaian dua ekstraktan yaituTenoil Trifluoro Aceton (TTA) dengan TBP dalampengencer sikloheksan akan terjadi reaksi : (I.JI

U022++ 2(HX)+ TBP <=> U02N TBP+ 2 H+ (4)

26 ISSN 1410 - 8178 Purwoto, dkk

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan ProsesBahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Apabila konstanta kesetimbangan adalah K,maka

K = [uo2· x2·· TBP] [W]2

[uo/+ ][HX]2 [TBP]

[U02.X2.TBP][H+] = K[U022+][HX]2[TBP] (5)

Senyawa kompleks yang dihasilkan yaituuranil-HX-TBP tergantung daTi konsentrasi solut, disini adalah uranium di dalam fasa air, sedangkankonsentrasi HX adalah konsentrasi TT A dan

tergantung juga pada konsentrai TBP di dalam fasa

organik. Adanya HN03 di dalam umpan akanmenambahjumlah ion H+, sehinggajika konsentrasiH+ terlalu tinggi, maka reaksi (4) akan bergeserkekiri ke arah reaktan yang menyebabkan hasilekstraksi mengalami penurunanY·8) Daripersamaan-persamaan di atas, maka bisa dilihatbahwa disamping solut yang membentuk komplekdengan solven, maka diantara kedua macam solventersebut juga saling bereaksi yang hasilnya berupasenyawa perantara terbentuknya uranium yangstabil. Dalam penelitian ini akan dicoba denganmenggunakan pelarut TOA dan D2EHP A.

Unsur-unsur LTJ sangat dibutuhkanberbagai bidang industri, padahal keberadaannyadikulit bumi relatif sedikit, sehingga harga jualmenjadi sangat tinggi dan karena alasan ini makausaha-usaha pemisahan untuk mendapatkan unsurunsur LTJ terus dilakukan.

TAT A KERJA

Alat dan Bahan.

Bahan yang digunakan dalam penelitian iniadalah D2EHPA, TOA, sikloheksan, HN03,

konsentrat LT J dari pasir senotim, dan aquades.Sedangkan alat yang dipakai adalah Alat pendarsinar X, alat-alat gelas, magnetic stirrer, timbangananalitik.

Metoda

Konsentrat LTJ dilarutkan dalam HNO) 4

M dan dianalisis sebagai umpan awal, kemudiandiambil 10 ml dan dikontakkan dengan 10 mlsolven campuran antara TOA dengan D2EHPAdalam pengencer sikloheksan.

Dilakukan proses ekstraksi secara catudalam perbanriingan FA: FO = 1 : 1 dan diadukselama 10 menit.

Umpan dan rafinat di analisis dan dihitungKd dan faktor pisahnya.

Ekstraksi diatas diulang untuk variasikeasaman umpan dan waktu pengadukan, keasamanumpan dimulai dari 2, 3, 4 dan 5 M, sedangkanwaktu pengadukan untuk volume 20 ml dimulai dari5, 10, 15,20 dan 25 menit.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari percobaan yang telah dilakukandiperoleh hasil sebagai berikut :

Tabella. Pengaruh variasi solven D2EHPA dalamcampuran TOA dan pengencercycloheksan terhadap Kd pada keasamanumpan 4 M, waktu pengadukan 10 menit,kecepatan pengadukan 100 rpm.

% D2EHP A Kd

dalam TOA,Y

GdDycycloheksan0

00.08300.012110

00.13700.5750

20

00.250 I0.7002

30

0.02000.41430.7647

40

0.08010.48600.7950

50

0.15020.53500.8101

Tabel 1b. pengaruh variasi salven D2EHP A dalamcampuran TOA dan pengencer

cycloheksan terhadap faktor pisah (a)pada keasaman umpan 4 M, waktupengadukan 10 men it, kecepatanpengadukan 100 rpm.

% D2EHPA (a)dalam TOA, Dy-Y

Dy-Gdcycloheksan0

-0.1458

10

-4.2001

20

-2.8002

30

38.24011.8458

40

9.94001.6358

50

5.40031.5140

Dari Tabella. dan 1b. untuk pemakaiancampuran pelarut antara TOA dan D2EHPA, padapemakaian D2EHPA 10% dalam campurannyamenunjukkan hasi\ pemisahan yang paling besar,sehingga untuk selanjutnya dipakai kondisi ini,meskipun harga koefisien distribusinya lebih besarpada pemakaian 40 % campuran, tetapi unsur itriumikut terekstrak dan faktor pisahnya rendah. Hal inimenunjukkan bahwa gabungan kedua solvenmemberikan efek sinergi untuk Dy.

DaTi Tabel 2a. dan 2b. dapat dilihatpengaruh konsentrasi HN03 atau keasaman umpanterhadap hasil ekstraksi yaitu menunjukkan bahwasemakin naik konsentrasi, maka hasil ekstraksi jugasemakin naik yang ditunju'<.kan oleh besamyakoefisien distribusi (Kd). Harga Kd akan naik padaawalnya yang berlaku untuk unsur-unsur yangterekstrak tetapi hal ini memberikan akibatkemungkinan turunnya faktor pisah antara solutdengan unsur-unsur lain yang terikut berhubungfaktor pisah adalah besaran sebagai hasil

Purwoto, dkk. ISSN 1410 - 8178 27

PRO SIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

YOQyakarta, 28 Agustus 2008

perbandingan koefisien distribusi solut dengankoefisien distribusi unsur lain yang terikut.

Tabel 2a. Pengaruh variasi keasaman umpanterhadap Kd, pada pemakaian solven10% volume D2EHPA dalam campuranTOA dan pengencer sikloheksan, waktu

pengadukan 10 men it, kecepatanpengadukan 100 rpm.

[HN03],Kd

MYGdDy

2

00.08200.1840

3

00.12700.5781

4

00.17010.7121

5

0.03600.18400.7765

6

0.04200.20610.8802

Tabel 2b. Pengaruh variasi keasaman umpan

terhadap faktor pisah (a), padapemakaian solven 10% volume D2EHPAdalam campuran TOA dan pengencersikloheksan, waktu pengadukan 10men it, kecepatan pengadukan 100 rpm.

[HNO)], (a)M

Dy-YDy-Gd

2

-2.245

3

-4.554

4

-4.201

5

23.0004.220

6

21.00 I4.272

Di samping itu keasaman yang lebih besarmungkin akan menyebabkan terbentuknya komplekantara asam dengan solven, sehingga pembentukankomplek LTJ dengan solven akan terhambat, sebabbanyak molekul solven yang akan terikat olehHN03• Dipilih keasaman 3 atau 4 M karena padakondisi ini telah memberikan faktor pisah relatif

tinggi meskipun harga Kd dari Dy lebih rendah jikadibandingkan pada 5 atau 6 M, karena perbedaanKd juga tidak begitu berarti dan juga mengingattujuan melakukan ekstraksi adalah mendapatkanunsur dengan kadar yang setinggi-tingginya, jadibukan hanya yang sebanyak-banyaknya saja.

Pada suatu proses ekstraksi akan terjadikontak antara dua fasa yang sebenarnya tidak salinglarut meskipun sebenarnya dalam jumlah yangsangat sedikit keduanya saling melarutkan. Olehkarena itu solven yang terlarut di dalam fasa airmaupun yang tinggal dalam fasa organik akanmengalami peruraian. Dua fasa yang tidak salinglarut, maka selama proses pengadukan dalam upayamengontakka;1 ke dua fasa memerlukan waktu yangcukup untuk memberi kesempatan seluas-Iuasnyaterjadinya proses difusi karena proses ekstraksi jugameliputi proses difusi. Waktu kontak yang kurang

memungkinkan menyebabkan perpindahan solutdari fasa air ke fasa organik belum optimum.

Tabel 3a. Pengaruh variasi waktu pengadukanterhadap Kd, pada pemakaian solven

10% volume D2EHPA dalam campuranTOA dan pengencer sikloheksan, waktupengadukan 10 men it, kecepatanpengadukan 100 rpm, keasaman umpan 3M.

Waktu, Kd

menitYGdDy

5

00.11030.464110

00.12700.580015

00.12640.5861

20

00.12800.5880

25

0.02600.12800.590 I

Tabel 3b. Pengaruh variasi waktu pengadukan

terhadap faktor pisah (a), padapemakaian solven 10% volume D2EHPAdalam campuran TOA dan pengencersikloheksan, waktu pengadukan 10men it, kecepatan pengadukan 100 rpm,keasaman umpan 3 M.

Waktu, (a)menit

Dy-YDy-Gd5

-4.2130

10

-4.5672

15

-4.6510

20

-4.6002

25

0.02604.6101

Waktu pengadukan juga ada kaitan denganjumlah volume yang diaduk, kekentalan sistemyang diaduk, sehingga perlu dilakukan penelitianuntuk variasi waktu pengadukan untuk volume 20ml. Kemampuan dobel solven mengekstraksi logamtanah jarang terbatas berapapun jumlah LT J dalamfasa air atau umpan mula-mula. Dengan demikianunsur LTJ yang dapat terekstraksi tidak dapatmelebihi batas kelarutannya dalam solven danuntuk sampai ke batas itu maka dibantu denganmemberikan waktu yang lebih lama. Untukpertambahan waktu seterusnya hanya memberikankenaikan harga Kd yang tidak cukup berarti,sementara harga-harga faktor pisah mulai menurun.Untuk volume 20 ml dipilih waktu pengadukanselama 15 menit sudah cukup untuk memberikontak fasa.

KESIMPULAN

Diperoleh kesimpulan yang menunjukkanbahwa pada pemakaian solven gabungan 10% TOAdalam campurannya dengan D2EHPA danpengencer sikloheksan bisa meningkatkan hasil

ISSN 1410 - 8178 Purwoto, dkk

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

pemisahan untuk Dy dari unsur-unsur lain terutamaterhadap itrium yang tetap tinggal di dalam fasa air(umpan). Kondisi optimum yaitu pada keasaman 3M dan waktu pengadukan 15 men it memberikanfaktor pisah Dy- Y = - ; Dy-Nd = 4,651.dan Kduntuk Dy = 0,586.

DAFT AR PUST AKA

I. BAMBANG EHB, ISYUNIARTO., Ekstraksi

uranium menggunakan dua ekstraktan.,Prosiding JNK vol VIII, No. 1 Yogyakarta.Januari (2001)

2. BLAKE., C.A. et. all,., Synergistic UraniumExtraction : Combination of Neutral Organo

phosphorous Compounds with dialcylphosphoric acids., USAEC,. ORNL 2259February (1959).

3. HANSON.C., Recent advanced in Liquid­

liquid Extraction., Pergamon. Press, Oxford.(1971 ).

4. IRVING. H and EDGINGTON. D.N ..,

Synergic effect in the solvent extraction of theactinides, uranium (VI)., J. Inorg & Nuc\. Chern.15, (1960).

5. PRAKASH. S., " Advar.ced Chemistry of RareEarth Element"., 4 ed, S. Chand. Co. Ltd., New

Delhi (1975).

6. LESTER LX., MORTON.S and FH

SPEDDING., Solvent Extraction Equilibria ForRare Earth Nitrate-Tributyl Phosphate System.,ISC-766 USAEC, USA ( 1956).

7. RITCEY GM and ASHBROOK A W., Solvent

Extraction., ESPC, New York. (1979).8. WALLACE., W. SCHULZ., et aI\., Science

and Technology of Tributyl Phosphate., Vol IISelected Technical and Industrial Uses Part B.

Rockwell Hamford Operation Richland.,Washington. (1985)

TANYA JAWAB

Samiardjo:~ Mengapa menggunakan dua pelarut dalam

ekstraksi, apa kelebihannya?

Purwoto:<>- Ekstraksi menggunakan dua pelarut karena

pelarut mempunyai selektifitas yang berbeda­beda dalam pemisahan unsur logam tanah

jarang sehingga dapat diperoleh hasi/ekstraksi yang besar. Kelebihannya adalahdapat memisahkan banyak unsur logam tanahjarang.

Purwoto, dkk. ISSN 1410 - 8178 29