PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

PENAMBAHAN Fe(N03)J PAD A PROSES EKSTRAKSI ITRIUMDARI KONSENTRAT LOGAM TANAH JARANG

Suprihati,PurwotoPustek Akselerator dan Proses Bahan-BATAN Yogyakarta

ABSTRAK

PENAMBAHAN Fe(N03h PADA EKSTRAKSI ITRIUM DARI KONSENTRA TLOGAM TANAH JARANG. Telah dilakukan ekstraksi terhadap konsentrat logamtanah jarang dibawah pengaruh garam Fe(N03h Tujuan penelitian ini adalah untukmeningkatkan hasil pemisahan konsentrat yang berasal dari pasir senotim yangterutama mengandung itrium (Y), gadolinium (Gd), dysporsium (Dy), dan unsur-unsurlain dalam jumlah sangat kecil seperti serium (Ce), neodinium (Nd) dan lanthanium(La). Dilakukan ekstraksi dengan mengontakkan 10 ml umpan dengan solven tributilfosfat (TBP) 70% dalam pengencer kerosin, dikenakan variasi pemakaian garamFe(N03h di dalam umpan dari 0, 1 grlml - 0,6 grlml, kecepatan pengadukan dari 100rpm - 500 rpm dan konsentrai umpan dari 0, 1grlml - 0,5 grlml diperoleh hasil kondisirelatif baik yaitu ekstraksi Fe(N03h di dalam umpan sebanyk 0,2 grlml, kecepatanpengadukan 300 rpm. Untuk volume sistem 20 ml dan konsentrasi umpan 0,3 grmlmemberikan koefisien distribusi untuk itrium = 0,61 dan faktor pisah Y-Gd = 2,65; Y­Dy = 4,3.

ABSTRACT

Fe(NO:J3 ADD EXTRACTION PROCESS OF YTTRIUM FROM THECONCENTRA TED RARE EARTH. An extraction to concentrated rare earth byFe(NO:J3 salt influence. The aim of this research is to increase separated result. Theconcentrate come from xenotime sand that contained yttrium (Y), gadolinium (Gd),dysporsium (Dy) and another elements in very small amount were cerium (Ce),neodinium (Nd), and Lanthanum (La). The extraction was done by contacting 10 ml ofthe feed with 10 ml trybuthyl phosphate (TBP) 70% volume kerosene as thinner, in thevariations of using Fe(N03)3 in the feed from 0.1 grlml - 0.6 grlml, the velocity ofmixing from 100 rpm - 500 rpm and the concentration of the feed from 0.1 grlml- 0.5grlml, The condition of the extraction was obtained which the best relatively asFe(N03h in the feed 0.2 grlml, the velocity of mixing 300 rpm and the concentration offeed 0.3 grlml gave coefficient distribution Y = 0.61 and separation faktor by Y-Gd is2.65; Y-Dy = 4.3.

PENDAHULUAN

Di dalam proses ekstraksi akan terjadi interaksiantara solven dan salah satu zat yangdilarutkan atau solut yang biasa disebut peristiwasolvasi. Di dalam peristiwa ini yang perludiperhatikan adalah kekuatan basa dari solven yangdipakai, bahwa semakin kuat kebasaan solven,maka akan semakin kuat solvasi terhadap solut yangditandai dengan naiknya harga koefisien distribusi(Kd) yaitu perbandingan antara konsentrasi solut didalam fasa organik terhadap konsentrasi solut didalam fasa air yaitu umpan sesudah ekstraksi. Jenis

solven yang mempunyai kebasaan lebih besar darikebasaan jenis keton atau eter yaitu jeni solvenfosfor organik yaitu snyawa-senyawa yangmempunyai gugus fosforil P=O seperti tributilfosfat (TBP), trioktil fosfin oksid (TO PO), tributilfosfin oksid (TBPO). Kekuatan basa gugus P=Osang at tergantung kepada gugus yang terikat padaatom fosfomya. Solven atau ekstraktan merupakandonor elektron, sedangkan ion-ion dari solutbiasanya adalah aseptor elektron.

Pada peningkatkan hasil pemisahan melaluiproses ekstraksi yaitu dengan menambahkan

7X ISSN 1410 - 8178 Suprihati, dkk

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

TAT A KERJA

Bahan dan alat

Bahan yang digunakan dalam penelitian iniadalah pelarut TBP, kerasin, HN03, aquades dankonsentrat logam tanah jarang dari pasir senotim,garam Fe(N03)3, sedangkan peralatan yangdigunakan adalaah alat-alat gelas timbangananalitik, magnetic stirrer" pH meter dan alat pendarsinar X.

elektrolit ke dalam umpan, disamping itu ekstraksidua ekstraktan tersebut memberikan efek sinergi .Di dalam proses ekstraksi di bawah pengaruhgaram, maka ekstraksi akan meningkat yangdisebabkan karena meningkatnya kekuatan ion.Apabila soven adalah S', dan ion logam Mn+ dalamlarutan berlangsung sebagai berikut :

Mn++ n S' <=> MSn

Hukum Debye-Huckel menunjukkanadanya daya tarik antar ion dalam larutan elektrolityang menyebabkan penyimpangan konsentrasi ion(Martinez '67), sehingga harga konstantakesetimbangan dinyatakan dalam bentuk aktivitas(a) :

a Mn+ • a S'

Aktivitas ion komponen ke I, ai dapatdidefinisikan sebagai konsentrasi efektif ion ke Iyang berbanding lurus dengan aktual ion Ci dankoefisien aktivitas yi ; ai = Ci . yi. (Denbigh, 93)menyatakan bahwa koefisien aktivitas (y)b~rhubungan erat dengan kuat ion (J.l) larutan yangdinyatakan dengan persamaan : log y = - a ZJZ . ../J.!

Z = muatan ion

a = 0,509 kg y, mol .y, pada 25 °C dan 0,488 kg v,

mol .v, pada 0 °CKuat ion larutan (J.!) sebanding dengan

konsentrasi seluruh ion yang berada dalam larutantanpa memperhatikan asal dan jenis ion tersebutsesuai dengan persamaan sbb:

J.! = 0,5 L Ci Z\2 mol/kgCi = ai/yi

K - CMSnMSn - a

Mn+ C--+ S'YMSn +

Karena y Mn+ nilainya turun seiring denganbertambahnya jumlah ion dalam larutan, makakesetimbangan reaksi akan bergeser ke kanan yaitumembentuk komplek logam dengan TBP. Beberapapersamaan tersebut di atas menunjukkan bahwadengan penambahan garam atau elektrolit padaekstraksi menyebabkan kuat ion dalam fasa airmeningkat yang akan meningkatkan hasil ekstraksi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Konsentrat logam tanah jarang dari pasirsenotim dilarutkan dalam HN03 2 M. Dibuat solvenTBP 70% dalam pengencer kerosin sebagai hasilpenelitian yang pemah dilakukan. Umpan 10 mldikontakkan dengan 10 ml solven, diaduk padakecepatan 100 rpm selama 10 menit dan divariasipemakaian garam Fe(N03)3 di dalam umpan dari0,1 gr/ml- I gr/ml. Pekerjaan ke tiga diulangi untukvariasi kecepatan pengadukan dari 100 sampai 500rpm dengan umpan yang mengandung Fe(N03)3yang memberikan hasil terbaik dari percobaanlangkah ke tiga. Pekerjaan ke empat diulangi untukvariasi konsentrasi umpan dari 0,1 gr/ml- 0,5 gr/mlatau hampir jenuh dengan kondisi ekstraksi yangterbaik dari hasil percobaan langkah tiga dan empat.

Metoda

Tabel I. Hubungan konsentrasi Fe(N03)3 dalamumpan terhadap harga Kd dan faktorpisah (a) dengan keasaman umpan 2 M,solven TBP dalam kerosin 70%, waktupengadukan 10 menit dan kecepatanpengadukan 100 rpm.

Dari Tabel I dapat diamati bahwa garamFe(N03h bisa dipakai untuk menaikkan hasilekstraksi yang ditunjukkan dengan naiknya hargaKd untuk semua unsur LTJ. Fe(N03)3 menyumbang3 ion N03' dalam larutan umpan atau sebagaikondisi menambah elektrolit ke dalam suatu sistem

larutan berair yang temyata dapat menaikkan hargaKd. Hal ini karena ada penambahan ion-ion darielektrolit di dalam umpan yang disebut "salted outagent", maka kekuatan ionik di dalam fasa airmeningkat yang menyebabkan turunnya koefisienaktivitas ion logam (y Mn+). Dengan keadaan sepertiitu akan menyebabkan meningkatnya konsentrasilogam di dalam fasa air, sehingga kesetimbanganreaksi bergeser kearah kanan yaitu kearah zat hasilyang ditandai dengail meningkatnya harga Kd.Elektrolit Fe(N03)3 akan mendorang unsur-unsurLTJ masuk ke fasa organik karena Fe(NO,hterdisosiasi dalam larutan sesuai reaksi :

Fe(N03)J <=> Fe3+ + 3 N03'

Ion Fe3+ tetap berada di dalam fasa air yangdisebabkan elektronegativitas Fe'+ lebih besar dari

Fe(N°3)3 Kdagrim I YGdDyY-GdY-Dy

0.1

0.250.150.111.642.230.2

0.480.200.122.404.000.4

1.021.821.010.561.010.6

3.213.011.801.071.780.8

3.503.804.850.900.721.0

5.115.0210.011.020.51

a MSnKMSn

Suprihati, dkk. ISSN 1410 - 8178 79

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKA T NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

ion-ion logam tanah jarang, sehingga lebih sulitberikatan dengan ion N03' untuk menambahkomplek. Dipilih kondisi penambahan garamFe(N03)3 pada 0,2 grr/ml karena memberikan faktorpisah terhadap Od dan Dy relatif lebih besar.

Tabel 2. Hubungan kecepatan pengadukanterhadap harga Kd dan faktor pisah (a)dengan konsentrasi Fe(N03h 0,2 grim I,solven TBP dalam kerosin 70%, waktupengadukan 10 menit dan kecepatanpengadukan 100 rpm.

Kec., Kd arpm

YOdDyY-OdY-Dv

100

0.480.190.142.533.36200

0.480.200.142.403.42300

0.510.210.132.463.90400

0.530.210.142.483.85500

0.540.220.142.473.80

Dari Tabel 2. bisa dilihat bahwa semakin

cepat pengadukan maka hasil ekstraksi jugamenunjukkan peningkatan meskipun kenaikannyatidak berarti. Kenaikkan hasil berlaku untuk semua

unsur yang terekstrak yang mengakibatkan padasuatu titik akan memberikan faktor pisah yangrelatif konstan. Dua fasa yang tidak saling melarutperlu dicari kecepatan pengadukan untukmemperoleh kecepatan yang optimum untukbesaran volume sistem yang tertentu, terlebih lagidengan penambahan penggaram di dalam umpan.Karena ekstraksi sendiri merupakan proses tranfermassa yang berlaku an tara dua cairan yang tidaksaling larut, maka apaabila tidak dibantu olehtenaga dari luar berupa pengadukan, maka transfermasa dari kedua fasa akan sangat lambat.Pengadukan merupakan tenaga untuk mencampurke dua fasa yang bertujuan untuk menebarkan zatcair atau umpan yang mengandung solut ke dalamzat cair lain, sehingga terjadi kontak fasa, dengandemikian transfer masa meningkat dengankecepatan pengadukan yang semakin tinggi,menyebabkan terbentuknya butiran halus yangmakin kecil ukurannya, sehingga luas bidangkontak semakin besar. Kecepatan pengadukantergantung pada total volume dari cairan yangdicampur, kekentalan sistem dan tegangan an tarmuka antara kedua fasa. Penelitian menunjukkanbahwa pad a kecepatan pengadukan 300 rpm cukupbaik karena memberikan faktor pisah yang relatiflebih tinggi untuk volume sistem 20 ml. Untukkenaikkan kecepatan yang lebih tinggi lagi tidakmemberikan kenaikkan hasil pemisahan yangberarti, sehingga cenderung hasilnya konstan.

Dari Tabel 3 dapat dilihat bahwa semakintinggi konsentrasi umpan, maka hasil ekstraksi jugasemakin bertambah, hal ini bisa dilihat dari

persamaan reaksi di bawah ini, apabila M3+ adalahion solut di dalam fasa air:

M3+ (fasa air) + 3 NOJ (fasa air) + TBP (fasa organik) <=>

M(N03)3 . TBP

Dalam keadaan setimbang, makapersamaan reaksi di atas dapat ditulis dalam bent uksbb

M(N03)3.TBP = K[M3+] f. air. [N03-P f.air . [TBPF f. Or9

Dari persamaan tersebut, maka bisa dilihatbahwa ion logam tanah jarang yang membentukkomplek dengan TBP berbanding langsung dengankonsentrasi ion pangkat 3 dan konsentrasi ion nitratyang berasal dari HN03 sebagai pelarutnya dibantuoleh garam nitrat dan kwadrat dari konsentrast TBP.Konsentrasi umpan dipilih pad a 0,3 grim I denganpertimbangan memberikan faktor pisah terhadap Oddan Dy relatif tinggi. Konsentrasi umpan dibatasioleh kejenuhannya di dalam fasa air.

Tabel3. Hubungan variasi konsentrasi umpanterhadap harga Kd dan faktor pisah (a)dengan konsentrasi Fe(N03)3 0,2 grim I,solven TBP dalam kerosin 70%, waktupengadukan 10 menit dan kecepatanpengadukan 300 rpm.

Umpan Kd agrim I YOdDyY-OdY-Dy

0.1

0.360.180.112.103.200.2

0.500.210.132.463.900.3

0.610.230.142.654.300.4

0.680.260.152.584.380.5

0.720.290.162.444.57

KESIMPULAN

Oaram Fe(N03)3 dapat meningkatkan hasilekstraksi sarna seperti garam garam nitrat lainnya.Dipakai solven TBP 70% volume dalam pengencerkerosin, maka diperoleh kondisi ekstraksi Fe(N03)3di dalam urnpan sebanyk 0,2 gr/ml, kecepatanpengadukan 300 rpm. Untuk volume sistem 20 mldan konsentrasi umpan 0,3 grml memberikankoefisien distribusi untuk itrium = 0,61 dan faktorpisah Y-Od = 2,65; Y-Dy = 4,3.

DAFTAR PUSTAKA

I. BLAKE., C.A. et. all, ., Synergistic UraniumExtraction : Combination of Neutral Organophosphorous Compounds with dialcylphosphoric acids., USAEC,. ORNL 2259February (1959).

2. HANSON.C., Recent advanced in Liquid-liquidExtraction., Pergamon. Press, Oxford. (1971).

3. WALLACE., W. SCHULZ., et all., Science andTechnology of Tributyl Phosphate., Vol IISelected Technical and Industrial Uses Part B.

80 ISSN 1410 - 8178 Suprihati, dkk

PROSIDING SEMINAR

PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Rockwell Hamford Operation Richland.,Washington. (J 985)

4. PRAKASH. S., " Advanced Chemistry of RareEarth Element"., 4 ed , S. Chand. Co. Ltd., New

Delhi (1975).5. LESTER L.K., MORTON.S and FH

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

6. RITCEY GM and ASHBROOK AW., SolventExtraction., ESPC, New York. (1979).

7. IRVING. H and EDGINGTON. D.N .., Synergiceffect in the solvent extraction of the actinides,

uranium (VI)., J. Inorg & Nucl. Chern. 15,(1960).

TANYAJAWAB

Indra Suryawan)i. Dengan penambahan Fe(N03)3 , apa tidak

memperbesar pengotor hasil ekstraksi danmempengaruhi Kd-nya ?

Suprihati~ Dengan penambahan Fe(N03h tidak akan

memperbesar pengotor pada hasil. Bisa dilihatpada hasil percobaan pada variasipenambahan Fe(N03h semakin banyak unsureLTJ yang naik harga Kd-nya. KarenaFe(N03h menyumbang 3 ion N03- dalamlarutan umpan atau sebagai kondisimenambah elektrolit ke dalam suatu sistimlarntan berair yang ternyata dapat menaikkanharga Kd.

Suprihati, dkk. ISSN 1410 - 8178 81