DESTRUKSI HASIL SAMPING PENAMBANGAN TIMAH BELITUNG MENGGUNAKAN MICROWAVE UNTUK EKSTRAKSI UNSUR TANAH JARANG NURUL ICHSAN

Transkripsi

1 DESTRUKSI HASIL SAMPING PENAMBANGAN TIMAH BELITUNG MENGGUNAKAN MICROWAVE UNTUK EKSTRAKSI UNSUR TANAH JARANG NURUL ICHSAN DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012

2 DESTRUKSI HASIL SAMPING PENAMBANGAN TIMAH BELITUNG MENGGUNAKAN MICROWAVE UNTUK EKSTRAKSI UNSUR TANAH JARANG NURUL ICHSAN Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012

3 ABSTRAK NURUL ICHSAN. Destruksi Hasil Samping Penambangan Timah Belitung Menggunakan Microwave untuk Ekstraksi Unsur Tanah Jarang. Dibimbing oleh ETI ROHAETI dan RUDI HERYANTO. Unsur tanah jarang (UTJ) dalam keadaan murni banyak dimanfaatkan untuk peralatan elektronik berteknologi tinggi. Unsur tanah jarang di antaranya terdapat dalam hasil samping dari proses penambangan timah. Pada penelitian ini telah dicoba pemanfatan microwave untuk mendestruksi contoh hasil samping dari penambangan timah di Belitung sebagai upaya untuk memperoleh UTJ murni. Parameter destruksi adalah rasio contoh dengan NaOH, waktu, dan energi. Uji pendahuluan menggunakan fluoresens sinar-x menunjukkan contoh mengandung lantanum (La) sebesar 377 ppm dan yttrium (Y) 125 ppm. Kondisi terbaik destruksi terjadi pada rasio contoh:naoh 35:65 dengan persen destruksi sebesar 19.96% dan 4.48% untuk La dan Y; waktu destruksi terbaik 30 menit dengan perolehan 27.95% La dan 4.61% Y; energi terbaik sebesar 450 watt dengan perolehan 38.52% La dan 13.86% Y. Untuk memperoleh La, destruksi menggunakan microwave lebih baik dibandingkan menggunakan oven, tetapi sebaliknya dengan Y. Kata kunci: destruksi microwave, tambang timah, unsur tanah jarang. ABSTRACT NURUL ICHSAN. Destruction on Belitung Tin Mining by-product Using Microwave for Rare Earth Elements Extraction. Supervised by ETI ROHAETI and RUDI HERYANTO. Rare earth elements (REE) in pure state are widely used for high-tech electronic equipment. Rare earth elements are contained in by-product of tin mining process. This study attempted to use microwave to destruct sample from by-product of tin mining in Belitung as an effort to obtain pure REE. Parameter of destruction is the ratio sample with NaOH, time, and energy. Preliminary test using X-ray fluorescence shows that the sample contains 377 ppm of lantanum (La) and 125 ppm of yttrium (Y). The best destruction condition occured in ratio sample:naoh, 35:65 with percentage of destruction 19.96% and 4.48% for La and Y; the best destruction time is 30 minutes by the acquirement of 27.95% La and 4.61% Y; best energy at 450 watt by the acquirement of 38.52% La and 13.86% Y. To get La, destruction uses microwave better than oven, but contrary with Y. Keywords: microwave destruction, rare earth elements, tin mining.

4 i Judul : Destruksi Hasil Samping Penambangan Timah Belitung Menggunakan Microwave untuk Ekstraksi Unsur Tanah Jarang Nama : Nurul Ichsan NIM : G Disetujui Pembimbing I Pembimbing II Dr Eti Rohaeti, MS NIP Rudi Heryanto, SSi, MSi NIP Diketahui Ketua Departemen Kimia FMIPA IPB Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS NIP Tanggal lulus:

5 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul Destruksi Hasil Samping Penambangan Timah Belitung Menggunakan Microwave untuk Ekstraksi Unsur Tanah Jarang. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan April 2011 sampai Januari 2012 yang bertempat di Laboratorium Kimia Analitik, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr. Eti Rohaeti, MS selaku pembimbing pertama dan Bapak Rudi Heryanto, SSi, MSi selaku pembimbing kedua, yang telah memberikan arahan, bimbingan, motivasi, dan doa selama penelitian. Terima kasih kepada Bapak Eman beserta seluruh staf Laboratorium Kimia Analitik. Penulis juga tidak lupa menyampaikan terima kasih atas arahan dari Ibu Prof. Dr. Ir. Latifah. K. Darusman, MS selaku Kepala Laboratorium Kimia Analitik serta Bapak Prof. Buchari Staff Kimia Analitik Departemen Kimia ITB, yang telah banyak membantu penulis dalam pemakaian bahan. Rasa terima kasih juga terucap untuk Staff Laboratorium Uji XRF Pusat Sumber Daya Geologi Bandung dan Sandra selaku Analis Laboratorium Kesehatan Daerah Jakarta yang telah membantu menganalisis contoh pada penelitian ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada Ayah, Ibu, Adik atas dukungan serta doanya selama ini. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada teman satu bimbingan (Zuzu, Nia) yang telah membantu selama penelitian dan penyusunan tugas akhir ini. Semoga Allah SWT membalas segala bantuan dan doa dari semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan karya ilmiah ini. Semoga tulisan ini dapat bermanfaat. September 2012 Nurul Ichsan

6 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 03 Oktober 1989 sebagai putra dari Bapak Mamat Rahmat dan Ibu Siti Maemunah. Penulis lulus SD pada tahun 2001 dari SDN Mekar Sari 06 Tambun Selatan. Tahun 2004 penulis menyelesaikan sekolah di SMPN 1 Tambun Selatan. Tahun 2007 penulis lulus dari SMAN 1 Tambun Selatan dan tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Sistem Penerimaan Mahasiswa Baru Nasional. Penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Dasar Tingkat Persiapan Bersama pada tahun , asisten Kimia Analitik I, Kimia Analitik II, serta Elektroanalitik dan Teknik Pemisahan pada tahun Penulis juga pernah mengikuti kegiatan Praktik Lapangan di PT. Indofarma (Persero), Tbk. pada bulan Juli sampai Agustus Selain itu, penulis juga aktif dalam Unit Kegiatan Mahasiswa bulutangkis IPB tahun , Keluarga Mahasiswa Bekasi (Kemsi) pada , Ikatan Mahasiswa Kimia (Imasika) pada tahun Penulis juga pernah menjadi ketua pelaksana Seminar Nasional Teknologi Kimia Aplikatif (SENSITIF) Imasika IPB tahun 2009 dan peserta Pekan Ilmiah Mahasiswa Nasional (PIMNAS) ke-24 di Makassar tahun 2011.

7 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR LAMPIRAN... ix PENDAHULUAN... 1 TINJAUAN PUSTAKA Unsur Tanah Jarang... 1 Destruksi... 2 Destruksi Microwave... 2 ICP AES... 3 XRF... 3 METODE Alat dan Bahan... 3 Lingkup Kerja... 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Komposisi Unsur dalam Contoh... 5 Pengaruh Teknik dan Variabel Destruksi... 5 Perbandingan Efektifitas Metode dan Variasi Destruksi... 7 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan... 8 Saran... 8 DAFTAR PUSTAKA... 8 LAMPIRAN vii

8 DAFTAR TABEL Halaman 1 Kelimpahan UTJ pada mineral Variasi proses destruksi microwave Komposisi unsur pada contoh dan pada contoh dari Bangka Bentuk unsur dominan setelah perlakuan Probabilitas keberadaan unsur Perbandingan persen destruksi UTJ... 7 DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Posisi UTJ dalam sistem periodik Perangkat alat destruksi dan teflon Jumlah UTJ terdestruksi hasil variasi komposisi Jumlah UTJ terdestruksi hasil variasi waktu Jumlah UTJ terdestruksi hasil variasi energi.... 7

9 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Bagan alir penelitian Hasil analisis komposisi contoh menggunakan XRF Kurva kalibrasi standar Kandungan UTJ pada filtrat dan % UTJ terdestruksi ix

10 PENDAHULUAN Unsur tanah jarang (UTJ) merujuk pada kelompok unsur pada golongan lantanida. Material ini cukup berharga karena banyak diaplikasikan pada peralatan maupun teknologi canggih. Sumber utama dari UTJ dapat diperoleh dari mineral monasit, senotim, dan basnasit (Kanazawa & Kamitani 2006). Di Indonesia, mineral yang mengandung UTJ banyak ditemukan pada hasil samping penambangan timah seperti di pulau Bangka, Belitung, Singkep, Riau, dan Kalimantan (Wasito & Biyantoro 2009). Kegunaan penting dari UTJ pada bidang industri mengakibatkan usaha untuk memurnikannya terus meningkat. Peralatan seperti superkonduktor, baterai isi ulang, transistor, katalis cracking, magnet permanen, radar, serat optik, dan layar komputer (LCD) menggunakan UTJ sebagai bagian dari komponennya (Barret & Dhesi 2001). Logam-logam UTJ yang berasal dari mineral bumi perlu melalui beberapa proses sebelum dapat digunakan dalam keadaan murni dan terpisah dari pengotor. Tahapan proses yang biasa dilakukan untuk memeroleh UTJ adalah penghancuran, penggerusan, pemisahan dengan magnet, destruksi, dan pemurnian dari mineral campurannya (Cotton 2006). Tahap destruksi berperan penting untuk memisahkan UTJ secara sempurna dari matrik dalam campuran sehingga dapat diproses lebih lanjut (Gupta & Krishnamurthy 2004). Destruksi merupakan tahap preparasi contoh berbentuk padatan sebelum contoh diberi perlakuan lain seperti pemisahan dengan ekstraksi pelarut atau resin penukar ion. Ini merupakan cara untuk membuat contoh menjadi bentuk yang larut. Destruksi dapat dilakukan secara terbuka ataupun secara tertutup. Destruksi terbuka dilakukan di dalam gelas piala atau biasa disebut destruksi basah, sedangkan destruksi tertutup atau destruksi kering dilakukan di dalam suatu wadah yang tahan terhadap pemanasan (Harvey 2000). Destruksi mineral yang mengandung UTJ pernah dilaporkan oleh beberapa peneliti. El Nadi et al. pada tahun 2004 mendestruksi mineral monasit untuk mendapatkan uranium yang terpisah dari UTJ. Destruksi mineral UTJ juga pernah dilakukan untuk memisahkan lantanum dan cerium dalam mineral monasit (Senovita 2008). Proses destruksi dilakukan dengan bom teflon di dalam oven dengan kondisi optimal suhu dan waktu, yaitu 190 o C selama 3 jam. Jumlah UTJ yang berhasil terdestruksi mencapai 31,9% untuk Ce dan 13% untuk La. Destruksi UTJ juga dapat dilakukan dengan alat microwave seperti yang pernah dilakukan Tsai & Yeh (1996) di Taiwan. Destruksi berlangsung di dalam wadah teflon dengan sistem pengatur tekanan. Parameter yang proses yang digunakan adalah 90% energi pada alat microwave selama 25 menit. Kondisi optimal destruksi microwave untuk mineral yang mengandung UTJ juga pernah diteliti. Hasil penelitiannya adalah diperolehnya kondisi optimal proses destruksi, yaitu energi 60% selama 30 menit dengan alat microwave berkekuatan 630 watt (Lu et al. 2003). Penelitian ini mengkaji suatu proses destruksi mineral dengan menggunakan microwave yang hanya memiliki sistem pengatur energi dan waktu, tanpa dilengkapi pengatur tekanan dan suhu. Ini dilakukan untuk mengetahui potensi alat microwave tersebut sebagai sumber energi untuk destruksi. Destruksi dilakukan secara terbuka dalam wadah teflon yang dilapisi baja untuk menghindari kerusakan teflon akibat pemanasan. Parameter destruksi yang diamati meliputi rasio contoh berbanding NaOH, waktu, dan energi. Contoh yang didestruksi berasal dari hasil samping penambangan timah di Manggar, Belitung. Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjelaskan peluang contoh sebagai sumber UTJ dan menjelaskan parameter destruksi terbaik untuk melarutkan UTJ. TINJAUAN PUSTAKA Unsur Tanah Jarang Unsur tanah jarang (UTJ) atau Rare Earth Elements (REE) merupakan logam lantanida, dengan nomor atom 57 sampai 71, serta skandium (Sc), yttrium (Y), dan torium (Th) (Gambar 1). Masuknya Sc, Y, dan Th ke kelompok ini karena selalu ditemukan bersama dengan UTJ (Barret & Dhesi 2001). Gambar 1 Posisi UTJ dalam sistem periodik.

11 2 Unsur UTJ tidak pernah didapat sebagai logam bebas dan murni di kerak bumi, tetapi selalu bersama-sama dalam bentuk mineral fosfat, karbonat, dan halida (Gupta & Krishnamurthy 2004). Ciri khas lain dari UTJ adalah terisinya orbital 4f dengan bilangan oksidasi yang relatif stabil bernilai +3. Bilangan oksidasi berbeda hanya pada europium dan cerium, yaitu +2 dan +4, tetapi bentuk ini relatif kurang stabil. Bilangan koordinasi dari UTJ dapat mencapai lebih dari 6, biasanya 8, 9, atau 12 (Cotton 2006). Secara umum, UTJ dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu UTJ ringan (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu), UTJ sedang (Gd, Tb, Dy, Ho), dan UTJ berat (Er, Tu, Yb, Lu) (Sastri et al.2003). Unsur tanah jarang banyak didapat di kerak bumi, kecuali prometium. Kelimpahannya berbeda-beda tergantung tempat penemuannya. Sumber utama UTJ berasal dari mineral senotim (Ln, CO 3 F), cerit (Ln) 3 (Ca,Fe)H 3 Si 3 O 13, monasit (Ln, Th)PO 4, basnasit (Ln)(CO 3 )F, dan gadolinit (Be 2 FeLn 2 S 12 O 10 ) (Sastri et al.2003). Data kisaran kelimpahan UTJ pada berbagai mineral disajikan pada Tabel 1. Tabel 1 Kelimpahan UTJ pada mineral. Unsur Monasit (%) Basnasit (%) Senotim (%) La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb* Dy Ho Er Tm Yb Lu* Y Ket: * dalam ppm Sumber: Cotton (2006). Sumber UTJ banyak ditemukan di Indonesia pada monasit dan senotim, yang merupakan hasil samping penambangan timah. Mineral tersebut ditemukan pada penambangan timah di Pulau Bangka, Singkep, Belitung, Riau, dan Jalur Timah Rirang Kalimantan Barat (Wasito & Biyantoro 2009). Destruksi Destruksi merupakan proses peleburan contoh padatan menjadi bentuk terlarut agar dapat mengukur elemen minor di dalamnya. Destruksi dilakukan bila suatu bahan tidak dapat langsung larut dengan asam atau basa kuat. Prosesnya biasa dilakukan dengan bantuan panas atau tekanan, serta lazim dilakukan dengan penambahan pelebur asam atau basa. Asam yang biasa digunakan untuk destruksi adalah H 2 SO 4, HNO 3, dan HF serta basa NaOH atau KOH (Harvey 2000). Metode destruksi yang banyak digunakan adalah metode destruksi tertutup dengan bom teflon. Metode ini dipilih karena cenderung memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan destruksi terbuka (Mulyani 2007). Studi perbandingan destruksi terbuka dan tertutup pernah diteliti untuk mendestruksi logam-logam yang ada dalam tanah, yaitu Ca, Mg, Na, K, Pb, Al, Cu, Mn, dan Fe. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komponen analat lebih banyak terdestruksi dengan menggunakan teflon tertutup dibandingkan dengan gelas kimia terbuka (Mulyani 2007). Hasil tersebut disebabkan destruksi tertutup menggunakan parameter yang lebih terkontrol sehingga mengurangi kehilangan komponen mudah menguap dan kontaminasi selama proses. Kelebihannya tentu saja dapat menghindari kehilangan reaktan, penggunaan pelarut lebih sedikit, serta waktu proses lebih cepat. Destruksi terbuka juga memiliki keuntungan, yaitu biaya yang rendah dan alat yang sederhana, tetapi selama proses, analat yang mudah menguap mudah hilang sehingga terjadi galat (Harvey 2000). Destruksi Microwave Metode ini memanfaatkan gelombang mikro sebagai sumber energi. Wadah destruksi biasanya terbuat dari teflon PTFE (Poli Tetra Fluor Etilen) atau beberapa fluoropolimer. Teflon merupakan bahan sintetis yang kuat dan berwarna putih. Teflon digunakan untuk wadah destruksi karena resistan terhadap reaksi kimia, transparan terhadap radiasi gelombang mikro, dan mampu bertahan terhadap kenaikan tekanan maupun panas hingga 250 o C (Harvey 2000). Pemanfaatan alat microwave untuk mendestruksi mineral biasa dilakukan di industri. Proses destruksi contoh dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai macam pelebur seperti EDTA, CaCl 2, CH 3 COOH dan HCl serta menggunakan wadah teflon yang dilengkapi dengan sistem pengatur tekanan (Lu et al. 2003). Destruksi dengan microwave sering dijadikan sebagai langkah awal preparasi untuk menentukan

12 3 suatu UTJ di dalam mineral. Kandungan UTJ yang terlarut setelah destruksi kemudian dapat dianalisis jumlahnya menggunakan alat ICP AES, ICP MS, AAS, atau AAN (Tsai & Yeh 1996). Penggunaan alat microwave untuk proses destruksi karena memiliki keuntungan seperti suhu dan tekanan yang lebih tinggi ( o C) serta tekanan mencapai bar. Waktu proses pun tidak lebih dari 30 menit sehingga dapat membuat waktu analisis menjadi lebih efektif (Harvey 2000). Gelombang mikro merupakan gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang di antara gelombang radio dan radiasi inframerah dengan kisaran 0,01-0,75 cm. Energinya lebih rendah dari infra merah, UVvisible, maupun X-ray, tetapi lebih tinggi dari gelombang radio (Skoog et al. 2004). Gelombang ini dapat memanaskan bahan secara merata, berbeda dengan pemanasan konvensional yang hanya memanaskan bagian permukaan bahan sehingga kurang optimal. Pemanasan gelombang mikro terjadi bila bahan mengandung molekul polar yang dapat berosilasi ketika dikenai gelombang sehingga terjadi gesekan yang menimbulkan panas. Panas yang dihasilkan selanjutnya merambat secara konduksi atau konveksi pada bagian dalam kemudian menyebar ke seluruh bagian bahan (Muchtadi & Ayustaningwarno 2010). ICP AES Alat Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy (ICP AES) bekerja secara tandem atau gabungan. Instrumen ini termasuk teknik spektroskopi atom dengan prinsip emisi. Panas yang digunakan sebagai energi utama untuk mengukur sebesar o C sehingga alat ini khusus digunakan untuk logam (Skoog et al. 2004). Penyerapan energi oleh atom membuat tereksitasinya atom dari tingkat dasar ke tingkat lebih tinggi. Atom kembali ke keadaan dasar bersamaan dengan terjadinya proses emisi sinar. Emisi tersebut dikonversi menjadi sinyal listrik yang dapat diukur jumlahnya. Banyaknya jumlah analat sebanding dengan jumlah sinar yang diemisikan oleh atom pada panjang gelombang tertentu (Manning & Grow 1997). Prinsip ICP AES berbeda dengan spektrofotometri serapan atom (SSA). Alat ICP AES berbahan bakar plasma argon serta bekerja dengan prinsip emisi, sedangkan SSA menggunakan asetilena atau propana serta bekerja dengan prinsip absorbsi. Limit deteksi ICP AES lebih rendah dibanding SSA sehingga sering dipilih untuk analisis pada tingkat ppb. Penggunaan ICP AES juga dipilih untuk analisis UTJ karena UTJ perlu suhu yang tinggi untuk dapat teratomisasi (Barret & Dhesi 2001). Hal itu tidak dapat dilakukan pada SSA yang hanya memiliki panas o C (Skoog et al. 2004). Kelebihan dari ICP adalah kemampuan mengukur secara bersamaan (simultan) dalam waktu yang singkat, yaitu 30 detik. Jumlah contoh yang digunakan pun hanya ± 5 ml (Thomas 2004). XRF X-ray fluorescence digunakan untuk mengukur komposisi unsur. Prinsip pengukurannya adalah hubungan antara energi foton yang diemisikan dengan jumlah atom pada analat. Atom dikenai foton dari X-ray primer dengan energi yang cukup sehingga elektron pada orbital bagian dalam tereksitasi ke tingkat yang lebih tinggi. Eksitasi terjadi di kulit K sehingga terjadi kekosongan sehingga atom menjadi tidak stabil. Kulit yang kosong diisi oleh elektron pada tingkat lebih tinggi seperti L dan M sehingga atom kembali ke keadaan dasar (stabil). Perbedaan energi antara elektron kulit K dengan elektron yang mengisi kekosongan akan diemisikan sebagai foton X-ray yang terukur oleh komputer (Tsuji et al. 2004). METODE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan adalah perangkat destruksi, wadah teflon (Gambar 2), oven, microwave Sharp R200J 450W, ICP AES tipe IRIS Intrepid II XDL, XRF tipe ARL Advent + XP, ph-meter, mesin penggerus, penyaring vakum, neraca analatik, ph universal, serta berbagai alat gelas laboratorium. Gambar 2 Perangkat alat destruksi dan teflon. Bahan utama yang digunakan adalah contoh berupa hasil samping penambangan

13 4 timah di Manggar, Belitung. Selain itu, NaOH sebagai bahan pendestruksi contoh, HCl 4M, HCl 0,001 M (ph 3), La 2 O 3, Y 2 O 3, HNO 3, air bebas ion, akuades, dan alkohol. Lingkup kerja Penelitian ini terdiri atas 4 tahapan utama, yaitu preparasi contoh, analisis komposisi unsur dalam contoh, destruksi contoh dengan oven dan microwave, dan analisis UTJ hasil destruksi (Lampiran 1). Tahap preparasi meliputi penggerusan dan pengayakan terhadap contoh. Komposisi unsur dalam contoh dianalisis dengan XRF. Contoh didestruksi dengan NaOH menggunakan microwave dan oven. Detruksi microwave dilakukan dengan memvariasikan rasio contoh berbanding NaOH, waktu, dan energi. Destruksi ini dilakukan dengan alat microwave yang hanya memiliki pengaturan waktu dan energi. Prosesnya dilakukan di dalam wadah teflon yang dimasukkan ke dalam wadah baja, dengan kondisi terbuka tanpa menggunakan tutup teflon maupun tutup baja. Larutan akhir hasil destruksi dengan ph 3 ditentukan kadar UTJ-nya dengan ICP AES. Destruksi oven dilakukan dengan 2 ulangan, dengan rasio contoh dengan NaOH 35:65. Destruksi ini terjadi secara tertutup di dalam alat bom teflon. Teflon dimasukkan ke dalam wadah baja kemudian ditutup rapat dengan penutup baja. Larutan dengan ph 3 hasil akhir destruksi juga ditentukan kadar UTJ terlarutnya dengan ICP AES. Preparasi Contoh Preparasi contoh dilakukan di Pusat Survei Geologi, Bandung. Contoh berdiameter ± 0.1 mm digerus dengan mesin penggerus otomatis lalu diayak menjadi 200 mesh. Contoh yang lolos ayakan 200 mesh (125 µm) digunakan lebih lanjut pada proses destruksi. Analisis Kandungan Unsur Sebanyak 5 g contoh dibersihkan dengan alkohol dan didiamkan sampai kering. Contoh di tempatkan dalam tempat contoh pada alat XRF di Pusat Survei Geologi, Bandung. Destruksi Microwave Variasi komposisi dilakukan dengan rasio contoh dengan NaOH 35:65 (K1), 50:50 (K2), dan 65:35 (K3) (Senovita 2008). Variasi waktu dibuat dari 20 menit (W1), 25 menit (W2), hingga 30 menit (W3) (Tsai & Yeh 1996). Variasi energi dibuat dari energi 270 watt (E1), 360 watt (E2), dan 450 watt (E3) (Lu et al. 2003). Contoh dan NaOH sesuai Tabel 2 dimasukkan ke wadah teflon dan didestruksi sesuai parameter proses masingmasing. Wadah teflon berselubung baja kemudian dimasukkan ke microwave. Tabel 2 Variasi proses destruksi microwave. Kode Komposisi Waktu Energi K1 K2 K3 W1 W2 W3 E1 E2 E3 35:65 50:50 65:35 35:65 35:65 35:65 35:65 35:65 35:65 Destruksi Oven 30 menit 30 menit 30 menit 20 menit 25 menit 30 menit 30 menit 30 menit 30 menit 450 watt 450 watt 450 watt 450 watt 450 watt 450 watt 270 watt 360 watt 450 watt Contoh sebanyak 3,5 gram ditambah 6,5 gram NaOH dalam 10 ml air bebas ion. Setiap campuran dimasukkan ke teflon kemudian dirangkai ke dalam perangkat destruksi. Rangkaian dipanaskan ke oven selama 3 jam dengan suhu 190 o C (Senovita 2008). Setelah selesai, wadah teflon dibiarkan mencapai suhu kamar. Proses destruksi dilakukan 2 ulangan, O1 dan O2. Pencucian Hasil Leburan Hasil destruksi atau leburan diambil dan dicuci dengan cara menambahkan air bebas ion secara bertahap ke dalam teflon. Setelah itu, seluruh isi dalam teflon dipindahkan ke gelas piala. Volume total air bebas ion yang ditambahkan ke leburan sebanyak ± 100 ml (Khaldun 2009) lalu diaduk dan dibiarkan mengendap sehingga terbentuk dua fase. Residu dipisahkan dengan cara memipet cairan sampai residu terlihat hampir kering. Pelarutan UTJ dengan HCl Residu yang tersisa ditambahkan HCl 4 M tetes demi tetes hingga ph campuran mendekati 3. Pengukuran ph dikontrol selama proses menggunakan ph universal. Campuran dengan ph mendekati 3 ditambahkan larutan HCl ph 3 sebanyak 230 ml. Campuran yang telah mengendap diukur kembali ph nya. Bila

14 5 ph belum tepat 3, larutan HCl encer ditambahkan hingga ph yang terukur 3 (menggunakan ph-meter) kemudian diaduk kembali. Selanjutnya larutan tersebut disaring menggunakan penyaring vakum. Filtrat ditepatkan menjadi 250 ml ke dalam labu takar. Analisis ICP-AES Setiap filtrat HCl ph 3 hasil destruksi microwave dan oven dianalisis dengan ICP- AES untuk mengetahui banyaknya lantanum dan yttrium yang terdestruksi. Standar lantanum dan yttrium dengan konsentrasi 1000 ppm dibuat dengan mencampur keduanya dalam labu takar menggunakan nitrat 10%. Larutan stok tersebut diencerkan sehingga diperoleh larutan standar dengan konsentrasi 0,1; 0,5; 1; dan 5 ppm. Standar dan contoh dianalisis dengan ICP AES yang ada di Laboratorium Kesehatan Daerah, Jakarta. HASIL DAN PEMBAHASAN Komposisi Unsur dalam Contoh Hasil samping penambangan timah Belitung setelah dianalisis dengan XRF diketahui mengandung dua jenis UTJ berupa La (lantanum) dan Y (yttrium) sebesar % dan %. Lima belas UTJ lain, yaitu Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Sc, dan Th tidak terdapat pada contoh. Contoh memiliki dua komponen paling dominan, yaitu unsur Fe dengan jumlah 24.57% dan Ti sebesar 29.86%. Contoh juga mengandung unsur berharga lain seperti Zr sebesar 1.61%, Nb sebesar %, dan sisa Sn sebesar 0.797% (Tabel 3). Unsur Ti, Zr, Nb dan Sn juga sering dijadikan penanda ada atau tidaknya UTJ dalam mineral karena sering ditemukan ada bersama UTJ (Wasito & Biyantoro 2009). Unsur-unsur tersebut sebenarnya dapat dipisahkan dengan pemisahan magnet atau pengendapan dengan pelarut tertentu agar tidak mengganggu proses destruksi UTJ. Data XRF menunjukkan contoh memiliki total unsur sebanyak 23 jenis dengan jumlah yang bervariasi (Lampiran 2). Komposisi contoh mirip dengan hasil samping timah Bangka, yaitu paling dominan mengandung Ti dan Fe serta mengandung sedikit Zr, Nb, Mn dan Sn. Namun, hasil samping Bangka memiliki UTJ lebih banyak, yaitu La, Ce, Nd, Sc, dan Th, dengan jumlah yang lebih tinggi, serta terdapat unsur radioaktif U. Tabel 3 Komposisi unsur pada contoh dan pada contoh dari Bangka. Unsur Hasil Monasit Contoh samping Bangka (%) Bangka * ** (%) (%) La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Sc Y Zr Nb Ti Fe Si Mn Sn U Th Lainnya Sumber: * Pratiwi (2012) dan ** Khaldun (2009). Komposisi contoh sangat berbeda dibanding mineral hasil pemurnian dari Bangka, yaitu monasit. Contoh hanya mengandung La dan Y, sedangkan monasit Bangka mengandung semua jenis UTJ. Contoh tidak mengandung U dan Th yang lazim ada pada mineral hasil penambangan timah Indonesia seperti pada monasit Bangka (Wasito & Biyantoro 2009). Kandungan La dan Y pada monasit Bangka pun jauh lebih besar dibanding contoh. Ketiga data analisis XRF tersebut menunjukkan sisa penambangan timah masih mengandung UTJ dan cenderung mengandung Fe dan Ti yang paling dominan serta sedikit unsur penanda seperti Nb, Zr, atau Sn (Tabel 3). Pengaruh Teknik dan Variabel Destruksi Kandungan La dan Y pada contoh awal sebesar % (377 ppm) dan % (125 ppm) akan didestruksi ke dalam bentuk larutan berupa filtrat HCl dengan ph 3. Perlakuan awal dengan NaOH akan membuat mayoritas matrik logam ikut mengendap menjadi hidroksida bersama La dan Y, sedangkan matrik anionik menjadi bentuk

15 6 garamnya. Matrik paling dominan, yaitu Ti dan Fe sebesar ± 30% dan ± 20%, berpotensi memengaruhi proses destruksi karena dapat ikut mengendap menjadi Fe(OH) 3 dan Ti(OH) 4 oleh penambahan NaOH (Tabel 4). Residu akhir hasil destruksi dikondisikan menjadi ph 3 dengan HCl agar hidroksida dari La dan Y dapat larut dalam bentuk LnCl 3 pada filtrat akhir (Sastri et al. 2003). Tabel 4 Bentuk unsur dominan setelah perlakuan. Unsur Perlakuan Basa Asam UTJ Ln(OH) 3 (s) LnCl 3 (l) Ti Ti(OH) 4 (s) TiCl 3 (l) Fe Fe(OH) 3 (s) FeCl 3 (l) Si Na 2SiO 3 (aq) Tetap Mn Mn(OH) 2 (s) MnCl 3 (l) Zr ZrO 2.nH 2O (s) Tetap Sn Na 2SnO 3 (aq) SnCl 3 (l) Sumber: Barnett & Wilson (1953) dan Cotton & Wilkinson (1962). Tahapan destruksi akan membuat unsur dalam contoh terbagi ke dalam tiga fase, yaitu filtrat air bebas ion, filtrat HCl ph 3, dan residu asam. Unsur seperti P, V, Al, Si, dan Sn akan berada pada filtrat bebas ion karena tidak dapat membentuk endapan ketika ditambahkan NaOH. Lantanum dan yttrium pada fase HCl ph 3 dapat bercampur dengan matrik dominan Ti dan Fe karena sama-sama larut dalam HCl. Matrik logam lain seperti Zr, Hf, atau Cr dapat tetap tertinggal dalam residu asam (residu akhir) karena sifatnya yang tidak larut dalam HCl (Tabel 5). Filtrat HCl ph 3 kemudian dapat diekstraksi dengan pelarut asam seperti H 2 SO 4 dan HNO 3 (Pratiwi 2012) atau dengan resin yang diimpregnasi pelarut (Khaldun 2009) untuk mendapatkan La dan Y yang lebih murni. Residu asam dapat kembali dianalisis dengan XRF untuk mengetahui ada atau tidaknya La atau Y yang tidak terlarut setelah proses destruksi. ICP AES (Lampiran 3). Penggunaan ICP AES untuk mengukur larutan hasil destruksi disebabkan limit deteksi ICP AES yang cukup kecil. Limit deteksi ICP AES untuk lantanum sebesar 1 ppb, sedangkan yttrium sebesar 0.3 ppb (Manning & Grow 1997) sehingga pemilihan alat ini dimaksudkan agar kandungan UTJ awal, yaitu La sebesar 377 ppm dan Y sebesar 125 ppm masih ada dalam batas limit deteksi ICP AES. Pengaruh Komposisi Destruksi Perbandingan komposisi optimal untuk destruksi La terjadi pada K1 dengan rasio 35:65. Jumlah La yang berhasil terdestruksi pada komposisi ini sebesar 19.96% (Gambar 3). Variasi K1 untuk destruksi La sesuai dengan kondisi optimal yang pernah dilakukan oleh Senovita (2008), yaitu 35:65. Jumlah NaOH yang dibutuhkan akan selalu lebih banyak karena setiap UTJ akan mengikat tiga buah basa saat peleburan. Hal tersebut dapat terbukti pada komposisi 50:50 dan 65:35, dengan contoh yang semakin banyak, justru menghasilkan La terdestruksi lebih kecil dibanding komposisi 35:65. Hal berbeda terjadi pada destruksi Y, yang optimal pada rasio 50:50 atau pada K2, bukan pada 35:65. Jumlah Y yang terdestruksi pada kondisi tersebut sebesar 8.42%. Jumlah Y terdestruksi yang dihasilkan pada K1, K2, dan K3 yang tidak konstan membuat sulit ditentukannya kondisi optimal untuk variasi rasio contoh berbanding NaOH. Tabel 5 Probabilitas keberadaan unsur. Fase Unsur Filtrat air bebas P, V, Al, Si, Sn ion Filtrat HCl ph 3 La, Y, Ti, Fe, Mn, Ca, Mg, Zn, Co Gambar 3 Jumlah UTJ terdestruksi hasil variasi komposisi. Residu asam Na, K, Zr, Hf, P, Nb, Cr Sumber: Barnett & Wilson (1953) dan Cotton & Wilkinson (1962). Konsentrasi La dan Y yang ada pada filtrat HCl ph 3 diketahui dari persamaan kurva standar La dan Y pada pengukuran dengan Pengaruh Waktu Destruksi Destruksi La optimal pada W3, yaiu 30 menit. Jumlah La yang terdestruksi pada variasi tersebut sebesar 27.95% (Gambar 4). Destruksi La menunjukkan kenaikan waktu mengakibatkan La yang terdestruksi semakin

16 7 tinggi. Hal tersebut seperti yang dilakukan Senovita (2008), dengan UTJ terdestruksi yang semakin tinggi dengan kenaikan waktu dari 1-3 jam. Waktu optimal destruksi La ini juga sama seperti yang telah dilakukan Lu et al. (2003), yaitu 30 menit. Kondisi berbeda kembali terjadi untuk destruksi Y dengan hasil optimal pada waktu paling kecil, yaitu selama 20 menit. Yttrium optimal terdestruksi sebesar 11.89%, jauh lebih besar dibanding W2 (25 menit) dan W3 (30 menit) yang keduanya tidak melebihi 5%. Hasil tidak konstan ini mengakibatkan untuk destruksi Y, waktu optimal destruksi tidak dapat ditentukan. Gambar 4 Jumlah UTJ terdestruksi hasil variasi waktu. Pengaruh Energi Destruksi Jumlah La terdestruksi optimal terjadi pada E3, yaitu energi 450 watt dengan La sebesar 38.52% (Gambar 5). Energi yang semakin tinggi mengakibatkan jumlah La yang terdestruksi semakin tinggi dari 270 watt, 360 watt, sampai 450 watt. Gambar 5 Jumlah UTJ terdestruksi hasil variasi energi. Kondisi optimal energi destruksi untuk Y terjadi pada E1, yaitu 270 watt. Yttrium terdestruksi sebesar 15.73% pada kondisi optimal tersebut. Yttrium yang terdestruksi terlihat semakin menurun secara konstan dengan bertambahnya energi microwave yang digunakan. Energi 270 watt merupakan kondisi optimal karena telah cukup menghasilkan jumlah Y terdestruksi yang paling tinggi. Destruksi Oven Destruksi ini dilakukan untuk membandingkan nilai dari setiap variasi komposisi, waktu, dan energi pada destruksi microwave dengan destruksi oven. Destruksi oven dilakukan dengan kondisi optimal yang pernah dilakukan oleh Senovita (2008). Hal ini bertujuan agar dapat melihat proses destruksi yang menghasilkan nilai yang lebih baik. Jumlah UTJ yang terdestruksi untuk La dan Y dengan menggunakan oven menunjukkan nilai yang cukup tinggi. Lantanum berhasil terdestruksi sebesar 16.60% pada O1 dan 19.83% pada O2, sedangkan yttrium sebesar 24.74% pada O1 dan 20.29% pada O2. Perbandingan Efektifitas Metode dan Variasi Destruksi Hasil akhir antara metode destruksi oven dengan microwave maupun variasi microwave dapat dievaluasi secara keseluruhan. Hal ini bertujuan untuk mengetahui kondisi yang memiliki hasil paling baik dari kedua metode maupun dari semua parameter microwave. Parameter pembandingnya adalah rerata jumlah UTJ yang terdestruksi pada filtrat HCl ph 3 dari setiap proses maupun variasi destruksi. Hasil akhirnya menuju pada kesimpulan metode atau kondisi yang memiliki efektifitas paling baik pada penelitian ini. Tabel 6 Perbandingan persen destruksi UTJ. Metode Rerata UTJ terdestruksi (%) Lantanum Yttrium O 1, K 1,2, W 1,2, E 1,2,3 Keterangan: O 1,2: rerata oven K 1,2,3: rerata komposisi W 1,2,3: rerata waktu E 1,2,3: rerata energi Jumlah La yang terdestruksi pada oven sebesar 18.21% lebih kecil dibanding semua variasi microwave sebesar 26.24% (Tabel 6). Ini menunjukkan destruksi microwave lebih efektif dibanding oven untuk mendestruksi La. Namun, rerata La terdestruksi dari oven

17 8 sebesar 18.21% masih lebih besar dibanding K2 dan K3. Lantanum terdestruksi pada K1 sebesar 16.42% dan pada K2 sebesar 16.44% (Lampiran 4). Hal ini karena K1 dan K2 menggunakan rasio contoh dengan NaOH 50:50 dan 65:35 padahal kondisi optimalnya 35:65 seperti pada oven dan variasi microwave lain. Ini membuat pola dari K1 dan K2 berbeda dengan microwave lain dan La terdestruksinya lebih kecil dibanding oven. Jumlah Y terdestruksi dari oven sebesar 22.51% jauh lebih besar dibandingkan pada variasi microwave sebesar 9.04%. Artinya, destruksi Y lebih efektif dengan oven dibandingkan dengan microwave. Hasil destruksi paling tinggi terdapat pada E3 untuk destruksi La, yaitu 38.52% dengan kondisi 35:65, 30 menit, dan 450 watt. Ini jauh lebih tinggi dibanding dengan Senovita (2008) yang hanya sebesar 13%. Ini menunjukkan destruksi La dengan kondisi tersebut lebih baik dibanding dengan oven menggunakan kondisi optimal 35:65, suhu 190 o C selama 3 jam oleh Senovita. Lantanum terdestruksi selalu paling tinggi dengan kondisi 35:65, 30 menit, dan 450 watt baik pada variasi komposisi, waktu, maupun energi. Jumlah La dan Y terdestruksi juga paling tinggi dengan komposisi 35:65 meskipun waktu dan energinya divariasikan. Hasil menunjukkan ketika komposisi tidak divariasikan pada W1-W3 dan E1-E3 membuat UTJ yang dihasilkan relatif lebih tinggi dibanding komposisi divariasikan pada K1-K3, baik destruksi La maupun Y (Lampiran 4). Ini menunjukkan komposisi paling berpengaruh selama proses destruksi UTJ. SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Contoh hasil samping penambangan timah dari Belitung ini mengandung 2 jenis UTJ, yaitu lantanum sebesar 377 ppm dan yttrium sebesar 125 ppm. Destruksi lantanum optimal pada rasio contoh dengan NaOH 35:65, pada waktu 30 menit, dengan energi 450 watt, sedangkan kondisi optimal setiap parameter destruksi yttrium tidak dapat ditentukan karena hasilnya tidak konstan. Destruksi paling tinggi terjadi pada rasio contoh dengan NaOH 35:65, waktu 30 menit, dan energi 450 watt untuk destruksi La dengan persen terdestruksi 38.52%. Destruksi microwave lebih efektif untuk destruksi lantanum, sedangkan destruksi oven lebih efektif untuk destruksi yttrium. Contoh yang digunakan berpotensi untuk dijadikan sumber untuk memperoleh UTJ. Saran Pengujian lebih lanjut metode microwave ini dengan menggunakan contoh lain yang memiliki kandungan UTJ lebih tinggi. Validasi metode destruksi microwave dengan mendestruksi UTJ lain untuk melihat efektifitasnya bila dibandingkan dengan oven. Optimasi dengan variasi yang lebih banyak untuk destruksi yttrium untuk menentukan kondisi optimal yang sebenarnya. Penggunaan variasi ph larutan HCl ketika proses pengekstrakan untuk mengetahui pengaruh ph terhadap kelarutan UTJ dalam filtrat akhir. DAFTAR PUSTAKA Barnett EB, Wilson CL Inorganic Chemistry: A Text-Book for Advanced Students. Toronto: Longmans Green. Barret SD, Dhesi SS The Structure of Rare Earth Metal Surfaces. London: Imperial College Press. Cotton FA, Wilkinson G Advanced Inorganic Chemistry: A Comprehensive Text. London: John Willey and Sons. Cotton S Lanthanide and Actinide Chemistry. Uppingham: John Wiley & Sons, Ltd. El-Nadi YA, Daoud JA, Aly HF Modified leaching and extraction of uranium from hydrous oxide cake of Egyptian monazite. J. Miner. Process 76: Gupta CK, Krishnamurthy N Extractive Metallurgy of Rare Earths.Washington: CRC Press. Harvey D Modern Analytical Chemistry. New York: McGraw-Hill. Kanazawa Y dan Kamitani M Rare earth minerals and resources in the world. Journal of Alloys and Compounds : Khaldun I Pemisahan unsur-unsur logam tanah jarang dari pasir monasit Bangka dengan metode Solvent Impregnated Resin (SIR) [disertasi]. Bandung: Program Doktor, Institut Teknologi Bandung. Lu et al Application of microwave extraction for the evaluation of bioavailability of rare earth elements in soils. Chemosphere 53:

18 Manning TJ, Grow WR Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry. Springer: Vol 2: Muchtadi TR dan Ayustaningwarno F Teknologi Proses Pengolahan Pangan. Cetakan Keempat. Bandung: Alfabeta. Mulyani O Studi perbandingan cara destruksi basah pada beberapa contoh tanah asal aliran sungai Citarum dengan metode konvensional dan bom teflon [tesis]. Bandung: Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. Nuri et al Pengolahan monasit dari limbah penambangan timah: pemisahan logam tanah jarang (RE) dari U dan Th. Di dalam: Daur Bahan Bakar Nuklir V. Prosiding Presentasi Ilmiah. Jakarta, 20 Februari P2TBDU dan P2BGN- BATAN; Hlm Sastri VS et al Modern Aspects of Rare Earth and Their Complexes. Amsterdam: Elsevier. Senovita R Optimasi destruksi mineral monasit bangka untuk pemungutan unsur tanah jarang [skripsi]. Bandung: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung. Skoog DA, Holler PJ, Nieman TA Principles of Instrumental Analysis. Ed ke- 5. Philadelphia: Hartcaurt Brace. Thomas R Practical Guide to ICP-MS. New York: Marcel Dekker. Tsai CS, Yeh SJ Determination of rare earth elements in Taiwan monazite by chemical neutron activation analysis. Journal of Radioanalytica and Nuclear Chemistry 216: Tsuji K, Injuk J, dan Grieken RE X- Ray Spectrometry: Recent Technological Advances. Chichester: John Wiley & Sons. Wasito B, Biyantoro D Optimasi Proses Pembuatan Oksida Logam Tanah Jarang dari Pasir Senotim dan Analisis Produk dengan Spektrometer Pendar Sinar-X. Yogyakarta: BATAN. 9

19 LAMPIRAN

20 11 Lampiran 1 Bagan alir penelitian Contoh berdiameter ± 0.1 mm Penggerusan Pengayakan (200 mesh) Contoh 200 mesh Analisis dengan XRF Data komposisi unsur Destruksi Oven Destruksi Microwave 35:65%, 190 o C, 3 jam Variasi Komposisi 35:65 ; 50:50 ; 65:35 Variasi Energi 270 watt, 360 watt, 450 watt Leburan I dan leburan II Residu basa I dan residu basa II Variasi Waktu 20, 25, 30 (menit) Pencucian dengan ± 100 ml air bebas ion Filtrat air bebas ion - HCl 4M hingga ph mendekati 3 - HCl ph 3 hingga ph mencapai 3 - Penyaringan vakum Filtrat HCl ph 3 I dan filtrat HCl ph 3 II Residu asam I dan residu asam II Konsentrasi UTJ pada filtrat Analisis dengan ICP AES % UTJ terdestruksi

21 12 Lampiran 2 Hasil analisis komposisi contoh menggunakan XRF. No Oksida Jumlah (%) Unsur Jumlah (%) 1 La 2 O La Y 2 O Y TiO Ti Fe 2 O Fe SiO Si MnO 3.17 Mn ZrO Zr SnO Sn Al 2 O Al V 2 O V Na 2 O Na MgO Mg Nb 2 O Nb P 2 O P CaO Ca HfO Hf Cr 2 O Cr ZnO Zn Cl Cl Co 3 O Co PbO Pb S S K 2 O K Contoh perhitungan: Jumlah unsur lantanum = Lampiran 3 Kurva kalibrasi standar. Perbandingan Konsentrasi Standar Deviasi Ketelitian (%) intensitas (ppm) La Y La Y La Y Contoh perhitungan: Ketelitian La untuk 0.1 ppm =

22 13 Lanjutan Kurva kalibrasi standar lantanum. Kurva kalibrasi standar yttrium. Lampiran 4 Konsentrasi UTJ pada filtrat dan % UTJ terdestruksi. Variasi O1 O2 K1 K2 K3 W1 W2 [UTJ awal] [UTJ pada filtrat] (ppm) (ppm) UTJ terdestruksi (%) La Y La Y Ulangan Rerata Ulangan Rerata La Y

23 14 W3 E1 E2 E3 Contoh perhitungan: Kandungan lantanum dalam contoh awal = Jumlah La untuk O1 pada filtrat 250 ml (mg) = Konsentrasi La dalam filtrat (ppm) jumlah filtrat (ml) = Jumlah La dalam contoh yang digunakan (mg) = Jumlah contoh % kandungan La awal (%) = La yang terdestruksi (%) =