PENELITIAN PENGOLAHAN DAN KAJIAN PENGUSAHAAN LOGAM TANAH JARANG DARI MONASIT

Transkripsi

1 Puslitbang tekmira Jl. Jend. Sudirman No. 623 Bandung Telp : Fax : Info@tekmira.esdm.go.id LAPORAN Kelompok Teknologi Pengolahan dan Pemanfaatan Mineral PENELITIAN PENGOLAHAN DAN KAJIAN PENGUSAHAAN LOGAM TANAH JARANG DARI MONASIT Oleh : Isyatun Rodliyah, dkk. PUSLITBANG TEKNOLOGI MINERAL DAN BATUBARA 2013 i

2 SARI Logam tanah jarang (LTJ) memegang peranan yang penting dalam kebutuhan material produksi modern seperti dalam dunia superkonduktor, laser, optik elektronik, aplikasi LED dan ipad, glass dan keramik. Di Indonesia terdapat 2 jenis mineral yang mengandung LTJ yaitu monasit dan senotim. Mineral mineral tersebut belum diolah lebih lanjut untuk memperoleh logam-logam tanah jarang murni atau dalam bentuk oksidanya, karena keterbatasan penguasaan kita tentang teknologi pengolahannya, sehingga masih perlu ditingkatkan dan dimantapkan. Penelitian ini bertujuan mendapatkan hasil yang optimal pada proses reduksi CeO 2 dan Y 2O 3 menjadi logam Ce dan Y, menghitung keekonomian proses pengolahan LTJ dari monasit hingga didapatkan oksida logam tanah jarang dan mengetahui dampak lingkungan pengolahan monasit dengan metode asam ataupun basa. Hasil-hasil percobaan untuk mengekstraksi LTJ dari monasit dengan metode asam diperoleh persen ekstraksi Ce tertinggi yaitu 99,08% yang dicapai pada konsentrasi asam sulfat (v/v) 1:1, suhu proses 220 o C dan waktu ekstraksi120 menit. Larutan hasil ekstraksi selanjutnya diendapkan dengan menambahkan natriun hidroksida untuk menghasilkan LTJ-hidroksida yang selanjutnya dilakukan kalsinasi pada suhu 900 o C selama 3 jam untuk menghasilkan LTJ-oksida. Karakterisasi LTJ-oksida yang dihasilkan adalah: Ce 29,10%; Gd 1,54%; Y 1,53%; Nd 11,53%, La 14,02%, Dy 0,489%; dan Sm 1,85%. Reduksi serium oksida menjadi logam Ce dengan kadar 50% Ce dan perolehan 91% diperoleh pada kondisi perbandingan umpan dan reduktornya 1:1, penambahan fluks 1%, dan suhu proses mencapai 1200 o C selama 3 jam. Dampak lingkungan dari metode ekstraksi LTJ (asam dan basa) dari monasit menunjukkan bahwa metode asam menimbulkan kerusakan lingkungan yang lebih kecil dibandingkan dengan metode basa. Kajian keekonomian menunjukkan bahwa proses dengan asam dihitung dari neraca bahan dan produk yang dihasilkan layak untuk dikembangkan ke skala yang lebih besar. i

3 DAFTAR ISI BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Ruang Lingkup Kegiatan Tujuan Sasaran Lokasi/ Tempat Pelaksanaan Kegiatan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Ekstraksi LTJ dari Monasit Reduksi Oksida LTJ menjadi Logam Kajian lingkungan dengan MIPS BAB III PROGRAM KEGIATAN Persiapan Pengolahan Monasit Kajian Lingkungan Proses Kajian Keekonomian Proses Pembuatan Laporan Akhir BAB IV METODOLOGI Peralatan Bahan Metode BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Proses Ekstraksi LTJ dengan Metode Asam Reduksi CeO2 menjadi logam Ce Reduksi Y2O3 menjadi Y Kajian Lingkungan Proses Data masukan metode asam Kajian Keekonomian Proses BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ii

4 DAFTAR TABEL Tabel 5. 1 Komposisi unsur tanah jarang pasir monasit PT. MPS Tabel 5. 2 Komposisi kimia konsentrat monasit Tabel 5. 3 Komposisi kimia produk LTJ-oksida Tabel 5. 4 Komposisi unsur LTJ pada LTJ-hidroksida Tabel 5. 5 Komposisi unsur LTJ pada LTJ-Oksida Tabel 5. 6 Komposisi unsur LTJ pada Serium oksida Tabel 5. 7 Komposisi unsur LTJ pada itrium oksida Tabel 5. 8 Data cadangan mineral ikutan pencucian bijih timah 31 Oktober 2008 (Suprapto, 2008) Tabel 5. 9 Neraca bahan untuk pembuatan LTJ-oksida Tabel Harga bahan baku proses iii

5 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. 1 unsur LTJ (warna kuning) dalam sistem periodik unsur... 1 Gambar 1. 2 Diagram alir penelitian... 3 Gambar 2. 1 Jalur proses produksi LTJ dari bijih (Gupta dan Krishnamurthy, 2005)... 5 Gambar 2. 2 Diagram alir proses ekstraksi LTJ metode asam... 6 Gambar 2. 3 Diagram alir proses ekstraksi LTJ metode asam dengan pengendapan LTJoksalat... 7 Gambar 2. 4 Grafik titik leleh-didih logam tanah jarang (Riedemann, 2011)... 9 Gambar 2. 5 Grafik titik didih- leleh LTJ berdasarkan kenaikan berat atomnya (Riedemann, 2011) Gambar 4. 1 Diagram alir reduksi CeO2 dari monasit Gambar 4. 2 Diagram alir proses reduksi Ce- dan Y-oksida menjadi logam Ce dan Y Gambar 5. 1 Foto pasir monasit Gambar 5. 2 Diagram alir pengolahan monasit menjadi LTJ-oksida dengan metode asam (Bintari, 2003) Gambar 5. 3 Pengaruh jenis asam dan konsentrasi terhadap % ekstraksi Ce Gambar 5. 4 Pengaruh oksidator terhadap %ekstraksi Ce Gambar 5. 5 Endapan LTJ pirofosfat dan hidroksida yang terbentuk Gambar 5. 6 Foto Serium oksida PTAPB Batan Gambar 5. 7 Analisis SEM X-Ray Mapping untuk lelehan dengan fluks Gambar 5. 8 Analisis SEM X-Ray Mapping untuk terak dengan fluks Gambar 5. 9 Hasil Analisis SEM X-Ray Mapping untuk lelehan dengan tanpa fluks Gambar Hasil Analisis SEM X-Ray Mapping untuk terak dengan tanpa fluks Gambar Hasil analisis XRD untuk fasa logam Gambar analisis XRD untuk fasa terak Gambar Foto penampakan logam serium Gambar Hasil analisis SEM X-Ray Mapping pada fasa logam Gambar Hasil analisis SEM X-Ray Mapping pada fasa terak Gambar Pengaruh komposisi umpan/reduktor terhadap kadar logam pada fasa logam. 31 Gambar analisis SEM fasa logam untuk komposisi 1: Gambar Hasil analisis SEM fasa terak untuk komposisi 1: Gambar Pengaruh suhu terhadap kadar logam pada fasa logam Gambar Foto itrium oksida Gambar Grafik energi bebas LTJ- dan logam- oksida terhadap suhu Gambar Grafik energi bebas LTJ- dan logam- klorida terhadap suhu Gambar Grafik energi bebas LTJ- dan logam- fluorida terhadap suhu Gambar Metode asam Gambar Metode basa Gambar Dampak lingkungan akibat kedua metode ekstraksi Gambar Cadangan dan perbandingan mineral ikutan di berbagai daerah (Suprapto, 2008) iv

6 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Logam tanah jarang (LTJ) merupakan kelompok logam yang keberadaannya sangat jarang atau berasosiasi dengan unsur logam lain dalam jumlah yang kecil. Kelompok logam tanah jarang merupakan kelompok lantanida dalam periodik unsur yang memiliki anggota 14 unsur yaitu: Ce-Pr- Nd-Pm-Sm-Eu-Gd-Tb-Dy-Ho-Tr-Tm-Yb-Lu. Logam grup lain yang sering berasosiasi dalam mineral yang sama adalah Sc-Y-La (Castor dan Hendrick, 2011). Keberadaan unsur logam tanah jarang dalam sistem tabel periodik unsur seperti terlihat pada Gambar 1.1. Logam tanah jarang diklasifikasikan menjadi dua, yaitu logam tanah jarang ringan atau grup serium (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu) dan logam tanah jarang berat (Gd, Tb, Dy, Ho, Tr, Tm, Yb, Lu). Logam tanah jarang ringan keberadaannya lebih banyak dibandingkan dengan logam tanah jarang berat. Pada kenyataannya keberadaan LTJ di lapisan bumi tidaklah jarang. Serium, lantanum, neodimium, dan itrium sebenarnya lebih umum kelimpahannya dibandingkan timbal dan perak (Atmawinata, 2011). Gambar 1. 1 unsur LTJ (warna kuning) dalam sistem periodik unsur Oksida logam tanah jarang memegang peranan yang sangat penting dalam kebutuhan material produksi modern seperti dalam dunia superkonduktor, laser, optik elektronik, aplikasi LED dan ipad, glass dan keramik. Kebutuhan industri oksida LTJ dunia lebih dari 90% disediakan oleh Cina. Sejak tahun 2004 Cina mengurangi ekspor LTJ untuk memasok kebutuhan dalam negerinya, sedangkan kebutuhan terhadap oksida LTJ dunia dari tahun ke tahun semakin meningkat, sehingga penyediaan LTJ dari sumber-sumber negara lain sangat dibutuhkan termasuk Indonesia karena memiliki potensi LTJ yang sangat besar. 1

7 Di Indonesia terdapat 2 jenis mineral yang mengandung LTJ, yaitu monasit dan senotim. Hasil studi BATAN di daerah produksi timah menunjukkan ada beberapa daerah potensi monasit, yaitu Bangka- Belitung, Karimata/Ketapang, Rirang-Tanah Merah (Atmawinata, 2011). Potensi monasit ini telah diketahui oleh Cina sehingga berminat untuk membelinya bahkan dengan harga puluhan juta per kilogramnya (Atmawinata, 2011). Monasit tersebut belum diolah lebih lanjut untuk memperoleh logam-logam tanah jarang murni atau dalam bentuk oksidanya, karena penguasaan kita tentang teknologi pengolahannya masih perlu ditingkatkan dan dimantapkan. Sesuai dengan amanat Undang-Undang No. 4 Tahun 2009 tentang Pertambangan Mineral dan Batubara yang bertujuan memaksimalkan pengolahan mineral dan batubara di dalam negeri maka pengolahan monasit di dalam negeri merupakan amanat Undangundang yang harus ditaati. Hal ini juga diperkuat dengan dikeluarkan Peraturan Menteri ESDM No. 7 Tahun 2012 yang sudah direvisi menjadi Permen ESDM No. 20 Tahun 2013 tentang peningkatan nilai tambah mineral melalui kegiatan pengolahan dan pemurnian mineral khususnya pada Bab II pasal 5 ayat (2) yang menyatakan bahwa produk samping/sisa hasil pengolahan dan/atau pemurnian komoditas tambang mineral logam timah berupa zirkon, ilmenit, rutil, monasit, senotim, dan terak wajib dilakukan pengolahan dan/atau pemurnian di dalam negeri. Sejalan dengan kondisi tersebut perlu dilakukan penelitian tentang ekstraksi logam tanah jarang dari monasit untuk mendorong pengolahan dan pemurnian LTJ dalam negeri. Penelitian yang dilakukan adalah penelitian multi years (5 tahun). Tahun anggaran 2013 difokuskan pada proses reduksi serium oksida dan itrium oksida menjadi logam Ce dan Y, kajian keekonomian mengenai proses pengolahan LTJ dari monasit hingga oksida logam tanah jarang dan kajian lingkungan dengan metode MIPS untuk proses asam dan basa. Tahun anggaran 2014 penelitian difokuskan pada proses reduksi neodimium oksida menjadi logam Nd dan ekstraksi gadolinium oksida dari monasit skala 5 kg. Untuk tahun anggaran 2015 penelitian difokuskan pada rancang bangun pembuatan pilot plant gadolinium oksida dengan kapasitas 50 kg/monasit. Tahun anggaran 2016 pengolahan gadolinium oksida kapasitas 50 kg/monasit serta kajian keekonomiannya. Pada 2017 diharapkan sudah dapat dilakukan ke pemangku kepentingan tentang pengolahan logam tanah jarang. Roadmap penelitian ini dapat dilihat pada Gambar

8 Diperoleh kondisi optimum reduksi CeO dan Y 2O 3 menjadi Ce dan Y recovery >95%. Kajian keekonomian pengolahan monasit hingga oksida LTJ Kajian kelayakan proses dari sisi lingkungan dengan MIPS Rancang bangun pilot plant Gd oksida skala 50 kg monasit Sosialisasi teknologi pengolahan logam tanah jarang dari mineral monasit Diperoleh kondisi optimum reduksi Y 2O 3 dan Nd 2O 3 menjadi Y dan Nd >95%. Diperoleh kondisi optimum proses ekstaksi Gd 2O 3 degan kadar >90% kapasitas 5 kg monasitkajian keekonomian pengolahan monasit hingga oksida LTJ BED dan DED pilot plant Gd oksida Optimasi proses pilot plant Gd oksida skala 50 kg monasit dan kajian keekonomiannya Gambar 1. 2 Diagram alir penelitian 1.2. Ruang Lingkup Kegiatan Ruang lingkup kegiatan penelitian tahun anggaran 2013 adalah sebagai berikut : 1) Pembuatan rencana operasional kegiatan penelitian; 2) Karakterisasi sampel/monasit yang digunakan dalam penelitian; 3) Melakukan proses ekstraksi logam tanah jarang dari mineral monasit hingga mendapatkan oksida logam tanah jarang dengan metode asam; 4) Karakterisasi sampel yang akan digunakan untuk proses reduksi (serium oksida dan itrium oksida); 5) Melakukan proses reduksi serium oksida dan itrium menjadi logam serium dan itrium; 6) Melakukan kajian keekonomian pengolahan monasit hingga diperoleh oksida logam tanah jarang; 7) Melakukan kajian lingkungan terhadap proses ekstraksi logam tanah jarang baik dengan metode asam ataupun basa melalui menggunakan MIPS; 8) Pembuatan laporan akhir. 3

9 1.3. Tujuan Tujuan penelitian adalah: 1) Penguasaan teknologi proses ekstraksi dan reduksi LTJ khususnya Ce dan Y; 2) Tersedianya data keekonomian proses pengolahan LTJ dari monasit hingga didapatkan oksida logam tanah jarang; 3) Tersedianya data dampak lingkungan proses pengolahan monasit dengan metode asam dan basa Sasaran Sasaran yang hendak dicapai adalah: a) mendapatkan hasil yang optimal pada proses reduksi CeO 2 dan Y 2O 3 menjadi logam Ce dan Y. Hasil yang diharapkan adalah recoveri logam Ce dan Y >90%; b) Menghitung keekonomian proses pengolahan LTJ dari monasit hingga didapatkan oksida logam tanah jarang; c) Mengetahui dampak lingkungan proses pengolahan monasit dengan metode asam ataupun basa Lokasi/ Tempat Pelaksanaan Kegiatan Lokasi pengambilan sampel monasit dan pengumpulan data keekonomian dilakukan di Propinsi Bangka-Belitung, Ketapang di Propinsi Kalimantan Barat, serta di PTAPB dan PPGN Batan. Percobaan penelitian dilakukan di laboratorium Teknologi Pengolahan Mineral, Puslitbang Teknologi Mineral dan Batubara (tekmira) Bandung. 4

10 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Monasit merupakan sumber utama logam tanah jarang ringan yang diperoleh sebagai produk samping penambangan dan pengolahan mineral berat seperti ilmenit, rutil, zirkon (Australia, Brazilia, Cina dan India), serta kasiterit, ilmenit dan zirkon (Malaysia, Thailand dan Indonesia). Di Indonesia terdapat beberapa daerah potensi deposit monasit, yaitu Bangka-Belitung, Karimata/Ketapang, dan Rirang- Tanah Merah (Atmawinata, 2011). LTJ tidak ditemukan sebagai unsur bebas dalam lapisan kerak bumi, tetapi berbentuk senyawa kompleks. Untuk mendapatkan unsurnya, perlu dilakukan proses pemisahan terlebih dahulu dari senyawa kompleks tersebut. Jalur proses produksi logam tanah jarang dari bijih dapat dilihat pada Gambar 2.1. Gambar 2. 1 Jalur proses produksi LTJ dari bijih (Gupta dan Krishnamurthy, 2005) 2.1. Ekstraksi LTJ dari Monasit Ekstraksi LTJ dari monasit dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu: metode basa (melarutkan konsentrat monasit dalam larutan alkali) dan metode asam (melarutkan dalam larutan asam). 5

11 2.1.1 Metode Asam Metode asam dilakukan dengan cara pelindian bertekanan dalam autoclave menggunakan asam sulfat pada suhu o C dan dilanjutkan dengan pelarutan menggunakan air untuk membentuk larutan stabil dari sulfat- LTJ, Th, dan U. Residu yang dihasilkan mengandung silika dan mineral pengotor lainnya. Penambahan natrium sulfat akan menyebabkan LTJ mengendap sebagai endapan disulfat (RE 2(SO 4) 3.Na 2SO 4.3H 2O) yang merupakan LTJ-ringan. Th, beberapa LTJ-berat dan pengotor lainnya seperti besi dan uranium tetap tinggal sebagai larutan. Akan tetapi, torium dalam jumlah signifikan juga ikut mengendap dengan LTJ-disulfat, sehingga membutuhkan proses pemurnian yang kompleks. Alasan tersebut menyebabkan metode asam ini tidak digunakan karena tidak menghasilkan produk yang murni. Diagram alir proses ekstraksi LTJ dengan metode asam dapat dilihat pada Gambar 2.2. Konsentrat monasit H 2SO 4 panas Pelindian bertekanan air residu Pelarutan residu Mineral pengotor filtrat Na 2SO 4 Pengendapan LTJ-disulfat LTJ hidroksida kalsinasi LTJ-oksida Gambar 2. 2 Diagram alir proses ekstraksi LTJ metode asam Metode asam lainnya adalah hampir sama dengan jalur proses diatas, namun yang membedakan adalah dengan mengendapkan LTJ dan Th dalam bentuk endapan LTJ, Th-oksalat menggunakan asam oksalat serta pelindian dengan asam nitrat sehingga LTJ akan larut dan Th akan tetap mengendap. Diagram alir proses ekstraksi LTJ metode asam dengan pengendapan LTJ-oksalat ditunjukkan pada Gambar

12 Konsentrat monasit H 2SO 4 panas Pelindian bertekanan Asam oksalat filtrat Pengendapan filtrat U, PO 4 3+, SO 4 2- residu LTJ-Th oksalat kalsinasi LTJ-Th oksida Gambar 2. 3 Diagram alir proses ekstraksi LTJ metode asam dengan pengendapan LTJ-oksalat Metode asam sulfat ini telah digunakan secara komersil di masa lalu tetapi saat ini metode tersebut sudah tidak digunakan karena tidak menghasilkan produk yang murni Metode Basa Metode basa meliputi pelindian bertekanan menggunakan larutan natrium hidroksida pada suhu o C selama 3-9 jam dalam 60-70% larutan natrium hidroksida. Dibutuhkan natrium hidroksida sebanyak 0,75 kg/1kg monasit untuk kesempurnaan reaksi. Reaksi ini mengubah LTJ dan torium dalam bentuk hidroksida. Senyawa fosfat dipisahkan dengan melarutkan LTJ dan torium hidroksida dalam air panas sehingga akan membentuk larutan trisodium fosfat (Na 3PO 4), sedangkan LTJ dan torium-hidroksida dalam bentuk padatan. Reaksi yang terjadi dalam proses ini adalah (Shwe dkk., 2008): RE(PO 4) (s) + 3NaOH (aq) RE(OH) 2 (s) + Na 3PO 4 (aq) Th 3(PO 4) 4 (s) + 12NaOH (aq) 3Th(OH) 4 (s) + 4Na 3PO 4 (aq) Larutan trisodium fosfat yang dihasilkan dari reaksi ini mengandung campuran fosfat 99,7% dan natrium hidoksida dengan konsentrasi 47%. Larutan selanjutnya diproses dalam evaporator vakum untuk membentuk kristal Na 3PO 4. Kristal selanjutnya dipisahkan dari larutan NaOH dengan sentrifugal dan dikeringkan dengan hot air pneumatic conveyor sampai menghasilkan produk yang 7

13 mengandung P 2O 5 dengan kadar 17,5-19%. Padatan yang mengandung campuran hidroksida dari LTJ, Th bersama-sama dengan uranium, besi, dan titanium ditambahkan larutan HCl 30% dengan mengatur ph luluhan pada 3-4 dan suhu o C. Dengan perbedaan kebasaan masing-masing senyawa, sebagian besar LTJ (97,7%) larut sebagai klorida dan sebagian besar senyawa-senyawa lainnya akan menjadi padatan hidroksida. Reaksi yang terjadi dalam proses ini adalah (Shwe dkk., 2008): RE(OH) 3 (s) + 3HCl (aq) RECl 3 (aq) + H 2O (aq) Larutan LTJ-klorida masih mengandung pengotor seperti torium, uranium, besi dan radium. Pengotor tersebut dapat dihilangkan dengan menambahkan natrium hidroksida dan mengatur ph pada 5,8, sehingga torium, uranium dan besi mengendap. Diagram alir proses ekstraksi LTJ dengan metode basa ditunjukkan pada Gambar 2.4. Metode basa ini lebih disukai dan paling banyak digunakan di dunia karena lebih ekonomis, mudah dalam penanganannya dan dapat menghasilkan produk samping yang dapat dijual yaitu fosfat, sedangkan pada metode asam fosfat akan hilang Reduksi Oksida LTJ menjadi Logam Logam-logam tanah jarang dapat dipisahkan dengan mereduksi oksidanya menjadi logam dengan kemurnian hampir 95% tergantung pada pengotornya. Metode untuk mereduksi oksida-ltj dapat dilakukan melalui: - proses elektrolisis; - proses metalotermik 1. Proses elektrolisis Proses ini dibagi menjadi dua : dekomposisi dari RE-Cl 3 dengan melarutkannya dalam lelehan garam alkali atau alkali tanah; dekomposisi RE-oksida dengan melarutkannya dalam garam fluorida. Metode elektrolisis ini memiliki beberapa kelemahan, yaitu: penggunaan elektroda yang mahal dan cukup konsumtif, penggunaan garam klorida atau fluorida untuk mencegah pembentukan garam REOCl yang tidak diinginkan, membutuhkan suhu tinggi (>1000 o C), perolehan logam rendah (<40%) serta proses reduksi RE-Cl 3 akan menghasilkan gas klorin yang sangat korosif. Kelebihannya adalah proses ini dapat dilakukan secara kontinu. 2. Proses Metalotermik Proses ini dibagi menjadi dua, yaitu: reduksi RE-F 3 dengan logam Ca (calciothermic process); reduksi RE-O 2 dengan logam Ca 8

14 Proses metalotermik ini memiliki kerugian yaitu: suasana proses non-oksidasi dan membutuhkan energi yang tinggi. Kelebihannya perolehan logam yang dihasilkan >90%. Proses metalotermik yang sedang dikembangkan saat ini adalah Ames Process di Amerika. Ames Process ditujukan untuk membuat logam tanah jarang dengan kemurnian tinggi dan mendapatkan uranium untuk proyek Manhattan melalui reduksi metalotermik dari garam-logam menggunakan logam alkali tanah. 2RF 3 + 3Ca -> 2R + 3CaF 2 Dalam proses ini, tanah jarang fluorida (RF 3) direduksi dengan logam Ca menghasilkan logam tanah jarang dan terak kalsium fluorida. RF3 dihasilkan dengan mereaksikan tanah jarang oksida (R 2O 3) dengan asam fluorida (HF) sesuai dengan reaksi di bawah ini: R 2O 3 + 6HF -> 2RF 3 + 3H 2O Selain itu, Proses Ames juga mencakup reduksi langsung dari oksida tanah jarang dengan lantanum untuk empat logam tanah jarang yang memiliki tekanan uap sangat tinggi yaitu Sm, Eu, Tm, dan Yb. R 2O 3 + 2La -> La 2O 3 + 2R(g) Penggunaaan logam lantanum untuk mereduksi langsung oksida tanah jarang, spesies yang memiliki tekanan uap tinggi dipisahkan dengan cara sublimasi, sehingga keluar sebagai gas yang terkondensasi kemudian dipadatkan dalam kondensor. Pemilihan metode untuk mereduksi oksida tanah jarang dapat ditentukan berdasarkan titik leleh-didih logam tanah jarang yang dapat dilihat pada grafik di Gambar 2.4. Gambar 2. 4 Grafik titik leleh-didih logam tanah jarang (Riedemann, 2011) Dari grafik terlihat jelas titik didih dan leleh tiap-tiap logam tanah jarang. Titik didih merupakan indikator tekanan uap relatif terhadap masing-masing logam. Jika grafik tersebut disusun ulang berdasarkan kenaikan berat atom terhadap kenaikan titik didih maka akan diperoleh grafik seperti pada Gambar

15 Gambar 2. 5 Grafik titik didih- leleh LTJ berdasarkan kenaikan berat atomnya (Riedemann, 2011) Jalur proses untuk membuat logam tanah jarang dapat ditentukan berdasarkan 4 (empat) jalur proses seperti pada grafik diatas. Keempat jalur proses tersebut: ( 1 ) Titik leleh rendah ke leleh tinggi, sangat tinggi tekanan uap logam reduksi langsung oksidanya/sublimasi pemurnian dilakukan dengan sublimasi ( 2 ) Titik leleh tinggi, cukup tinggi tekanan uap logam reduksi dengan logam kalsium dari bentuk fluoridanya vacuum casting untuk menghilangkan pengotor yang mudah menguap sublimasi untuk menghilangkan spesies yang tidak menguap ( 3 ) Titik leleh sedang ke titik leleh tinggi, tekanan uap logam sedang reduksi dengan logam kalsium dari bentuk fluoridanya vacuum casting untuk menghilangkan pengotor yang mudah menguap distilasi untuk menghilangkan spesi yang tidak mudah menguap ( 4 ) Titik leleh rendah, tekanan uap logam rendah reduksi dengan logam kalsium dari fluoridanya vacuum casting untuk menghilangkan pengotor yang mudah menguap pengendapan tantalum ( Ta ) Pada proses ke-4, tekanan uap menurun ke tingkat yang rendah sehingga tidak dapat dilakukan proses sublimasi atau distilasi. Neodimium ( Nd ) memiliki tekanan uap yang mendekati skandium ( Sc ), namun Nd memiliki kelarutan yang jauh lebih rendah dari Ta, sehingga kemurnian Nd tinggi untuk proses ke-4 ini. 10

16 2.3. Kajian lingkungan dengan MIPS Ekstraksi (LTJ) dapat dilakukan menggunakan dua metode berbeda, yaitu asam dan basa (Suprapto, 2008). Kedua metode tersebut memiliki pengaruh terhadap lingkungan. Faktor lingkungan menjadi salah satu pertimbangan bagi pemilihan metode yang akan diterapkan pada skala yang lebih besar nantinya. Hal ini terkait dengan pembangunan berkelanjutan yang bersendikan tiga pilar utama yaitu lingkungan, sosial dan ekonomi. Faktor lingkungan sangat berpengaruh dalam suatu ekosistem. Faktor lingkungan akan mempengaruhi sumber kehidupan mahluk hidup di dalamnya. Lingkungan yang baik membuat komponen fisik dan non fisik dalam suatu ekosistem berfungsi dengan sempurna. Demikian pula sebaliknya. Setiap proses produksi ditekankan untuk mengurangi kerusakan lingkungan yang ditimbulkannya. Untuk mewujudkan hal tersebut diterapkan suatu sistem pengelolaan lingkungan (environmental management system). Sistem pengelolaan lingkungan sebenarnya dapat menggambarkan kondisi lingkungan dan keuntungan ekonominya. Pengelolaan lingkungan sendiri, saat ini telah diatur secara internasional melalui ISO sebagai acuannya. Akan tetapi, hal ini belumlah cukup karena standar tersebut tidak dapat mengukur tingkat kerusakan lingkungan. Lingkungan tidak dapat dikelola dengan baik tanpa adanya sebuah ukuran mengenai tingkat kerusakannya. Metode yang digunakan untuk mengukur tingkat kerusakan lingkungan adalah metode material input per unit of service (MIPS) (Bintari dkk., 2003). Metode ini mengarah pada pengelolaan sumber daya alam sebagai indikator untuk mengukur tekanan lingkungan. Konsep MIPS dapat digunakan untuk mengukur eko-efisiensi dari suatu produk atau jasa dan dapat diaplikasikan pada semua skala mulai dari produk tunggal hingga system yang komplek. Konsep MIPS dicetuskan pertama kali oleh Prof. Dr. Friedrich Schimdt Blek pada Penekanannya terletak pada dematerialisasi dan pengelolan sumber daya dalam pembangunan keberlanjutan (Messner, 2010). Pada 1992 konsep ini dikembangkan oleh Divisi Material Flow and Structural Change di Wuppertal Institute Germany dibawah bimbingan Prof. Dr. Friedrich Schimdt Blek sebagai vice presiden. Pada 1993 dikembangkan teori dan penghitungan MIPS yang dimulai dengan menganalisis intensitas bahan (material intensity) dalam bahan-bahan tertentu. Kemudian pada 1994 diterbitkan buku berjudul Wiefel Umweit braucht der Mensh yang menceritakan kebutuhan sumber daya alam untuk memenuhi kebutuhan manusia oleh Prof. Dr. Friedrich Schimdt Blek. Pada 1995 dilakukan persiapan dasar sistem pengelolaan lingkungan berdasarkan konsep MIPS dengan membandingkan intensitas bahan dari proses yang berbeda pada produksi bahan sintetis. Pada 1996 buku Okologiesche Wirtschaftspolitik oleh Prof. Dr. Friedrich Schimdt Blek diterbitkan dengan menggabungkan aspek ekonomi dan politik yang dikonversi dalam tujuan dari faktor 10. Pada tahun 11

17 itu juga konsep MIPS diaplikasikan di Eropa oleh European Research Network CompETE (Competitieveness, Employment, Technology, Environment). Pada prinsipnya hasil eksploitasi sumber daya alam harus dikelola secara bijaksana. Seperti ungkapan siapa yang menanam akan memetik buahnya. Siapa yang memulai dengan memberikan yang terbaik pada akhirnya dia yang akan mendapatkan yang lebih banyak. Bahan-bahan dan energi tidak hanya dibutuhkan pada saat proses produksi. Namun selama proses transportasi, utilisasi, penyimpanan, daur ulang dan pembuangan. MIPS adalah suatu metode penghitungan sumberdaya alam yang digunakan selama siklus hidup (life cycle) sebuah produk atau jasa dan mengestimasi dampak lingkungan. MIPS menghitung semua bahan yang berpindah dari tempat asalnya selama siklus hidup. Oleh karenanya hal ini disebut ecological rucksack. MIPS secara langsung berhubungan dengan kajian siklus hidup (life cycle assessment). Terdapat 5 (lima) jenis bahan masukan yang dipertimbangkan, yaitu sumberdaya biotik dan abiotik, pemakaian air, udara dan perpindahan tanah (padatan). Tujuan utama konsep MIPS adalah: - membuat kebijakan terkait konsumsi bahan; - membuat formula terkait efisiensi sumberdaya; - indikator keberlanjutan suatu proses produksi dan konsumsi; - evaluasi dampak lingkungan sebuah produk atau jasa selama daur hidupnya. Unit servis pada masukan bahan (dalam penghitungan MIPS) adalah sebuah ukuran efisiensi sumberdaya. MIPS dapat pula digunakan untuk mengetahui peningkatan efisiensi dan lebih merupakan suatu metode keberlanjutan dari proses produksi dan konsumsi. Terdapat dua pilihan untuk mengurangi konsumsi bahan per unit servis yaitu mengurangi masukan bahan, misalnya dengan mengurangi pemakaian energi atau bahan baku pada proses produksi, atau dengan meningkatkan turunan jumlah servis unit dari bahan tertentu. Efisiensi sumberdaya dapat ditingkatkan selain dengan mengurangi bahan yang digunakan selama proses produksi atau dengan cara meningkatkan jumlah servisnya. MIPS mempunyai beberapa kelebihan, di antaranya adalah sebagai berikut: 1. Menjadi sebuah indikator kuantitatif dari potensi dampak lingkungan; 2. Dapat membandingkan dampak lingkungan dari produk, proses dan servis; 3. Dapat mengidentifikasi konservasi sumberdaya; 4. Inovasi proses produksi; 5. Dapat digunakan untuk analisis daur hidup pada tahap prosedur pemilihan sehingga dapat mereduksi pemakaian sumberdaya secara drastis. Keberhasilan analisisnya akan mempermudah tahap perencanaan; 12

18 6. Sebagai instrument pengukur keberlanjutan secara ekonomi; 7. Dapat merancang proses produksi menjadi ramah lingkungan; 8. Merupakan strategi pengelolaan lingkungan dan konseling pelanggan; 9. Dapat berguna untuk menetukan tarif, isu, asuransi, pajak dan membuat kebijakan terkait subsidi; 10. Berguna untuk menilai karakteristik lingkungan; 11. Menunjukkan harmonisasi global karena keterkaitan antara beberapa sumberdaya dan produk yang dihasilkan. 13

19 BAB III PROGRAM KEGIATAN Kegiatan tahun 2013 terdiri atas 5 (lima) tahap yaitu persiapan, ekstraksi logam tanah jarang dari monasit, kajian lingkungan, keekonomian proses serta pembuatan laporan akhir. Rincian masingmasing tahap sebagai berikut: 3.1. Persiapan a. Studi literatur/koordinasi ke instansi terkait Studi literatur dilakukan untuk memperoleh data sekunder tentang teknologi proses yang sudah ada serta penelitian yang sudah pernah dilakukan yang berkaitan dengan kegiatan. Sumber literatur diperoleh dari perpustakaan-perpustakaan instansi terkait, jurnal elektronik dan lamanlaman jaringan elektronik. Koordinasi ke instansi terkait terutama PTAPB dan PPGN dilakukan karena instansi tersebut telah berpengalaman dalam melakukan pengolahan monasit hingga memperoleh oksida logam tanah jarang. b. Pembuatan Rencana Operasional Pembuatan rencana operasional dilakukan dari hasil studi literatur dan koordinasi ke instansi terkait dengan bantuan alat-alat tulis kantor. c. Persiapan peralatan Peralatan yang tersedia di laboratorium pengolahan mineral Puslitbang tekmira yang hendak digunakan yaitu tube furnace, resistance furnace dan muffle furnace disiapkan sehingga dalam kondisi siap pakai. Persiapan peralatan dilakukan oleh para anggota pelaksana kegiatan. d. Kegiatan lapangan Kegiatan lapangan bertujuan untuk memperoleh data primer maupun sekunder. Data primer meliputi informasi langsung dari perusahaan perusahaan penghasil/sumber LTJ, pengambilan dan sampling contoh monasit. Pengambilan contoh dilakukan di lokasi Bangka dan Ketapang. Untuk seluruh kegiatan lapangan dikoordinasi langsung oleh Wakil Ketua Tim, surat menyurat dan admisnistrasi dilakukan oleh Sekretaris Tim. Hasil dari tahap persiapan adalah tersusunnya Rencana Operasional yang berasal dari penelusuran literatur berupa buku teknis dan ekonomi, dan jurnal elekronik. Selain itu peralatan laboratorium siap pakai serta bahan baku berupa monasit. 14

20 3.2. Pengolahan Monasit Tahapan kegiatan ini terdiri atas pengolahan sampel, karakterisasi sampel dan produk serta koordinasi kegiatan untuk memperoleh metode pendukung selama proses pengolahan sampel berlangsung. Pengolahan sampel dilakukan melalui beberapa kegiatan, yaitu: Preparasi monasit dan karakterisasi. Monasit yang digunakan berasal dari PT. Mutiara Prima Sejahtera sebanyak 50 kg. Mineral tersebut terlebih dahulu dipreparasi melalui proses kominusi (pengecilan ukuran) hingga diperoleh ukuran butir -150 mesh dan -200 mesh untuk keperluan karakterisasi. Sampel yang sudah dipreparasi dilakukan karakterisasi dengan metode XRF (X-Ray Flourence) yang dilakukan di Laboratorium Pusat Survey Geologi (PSG) untuk mengetahui jenis dan kandungan logam/unsur yang terdapat dalam monasit, ICP yang dilakukan di Laboratorium Pusat Sumber Daya Geologi (PSDG) untuk menentukan kandungan logam tanah jarangnya dan XRD serta SEM yang dilakukan di Laboratorium Puslitbang tekmira untuk melihat jenis mineral dan gambaran morfologinya; Ekstraksi monasit dengan metode asam. Ekstraksi monasit dengan metode asam dilakukan di PTAPB-Batan Yogyakarta menggunakan pelarut asam sulfat sehingga diperoleh oksida-logam tanah jarang. Oksidalogam tanah jarang yang didapatkan dari PTAPB sebanyak ±1 kg dengan kemurnian 97%; namun untuk mendapatkan gambaran proses ekstraksi monasit, Puslitbang tekmira juga telah melakukan proses ekstraksi monasit dengan metode yang sama juga. Parameterparameter yang dipelajari adalah jenis pelarut/asam, konsentrasi pelarut dan penambahan oksidator. Filtrat dihasilkan proses pelindian selanjutnya ditambahi air es untuk mengendapkan torium. Filtrat dari proses pengendapan torium selanjutnya ditambahi amonia untuk menghasilkan endapan yang mengandung LTJ. Endapan tersebut selanjutnya dilindi dengan NaOH sehingga diperoleh hidroksida-logam tanah jarang. Setelah diperoleh hidroksida-ltj dilakukan kalsinasi sehingga didapatkan oksida-ltj. Endapan terakhir yang dihasilkan dianalisis dengan ICP untuk mengetahui kandungan masing-masing unsur tanah jarangnya; Reduksi serium oksida (CeO 2) menjadi logam Ce. Proses reduksi dilakukan dengan metode metalotermik menggunakan reduktor logam Mg serta penambahan fluks CaCl 2. Parameter-parameter yang dipelajari dalam proses ini adalah jumlah reduktor, komposisi fluks dan suhu proses. Fasa logam/lelehan dan terak yang dihasilkan selanjutnya dipisahkan. Fasa logam dan terak dianalisis dengan ICP untuk mengetahui kandungan masing-masing unsur tanah jarangnya, sedangkan analisis XRD serta SEM untuk lebih memperjelas jenis unsur yang terdapat dalam logam dan terak. 15

21 Hasil tahap ini adalah didapatkannya kondisi proses untuk menghasilkan oksida logam tanah jarang dan logam serium dengan perolehan tertinggi Kajian Lingkungan Proses Metode yang digunakan untuk kajian lingkungan proses ekstraksi logam tanah jarang adalah metode material input per unit of service (MIPS). Proses yang dikaji dengan metode tersebut adalah ekstraksi LTJ dengan asam (asam sulfat)yang telah dilakukan oleh PTAPB-Batan dan ekstraksi dengan basa (natrium hidroksida) oleh PPGN-Batan. Metode ini memperhitungkan jumlah atau konsumsi bahan kimia yang dipakai untuk kedua metode tersebut sehingga dapat diprediksikan dampak proses pengolahannya terhadap lingkungan. Hasil tahap ini adalah diperoleh rekomendasi proses yang memberikan dampak yang lebih kecil terhadap lingkungan Kajian Keekonomian Proses Proses yang dikaji keekonomiannya adalah ekstraksi LTJ dengan asam (H 2SO 4) yang telah dilakukan oleh PTAPB-Batan dan dengan basa (NaOH) oleh PPGN-Batan. Data yang diperlukan dalam kajian ini adalah jumlah atau konsumsi bahan kimia yang dipakai, peralatan, perolehan dan kadar yang diperoleh dari proses tersebut, harga-harga bahan dan produk. Hasil tahap ini adalah diperoleh rekomendasi proses yang lebih ekonomis Pembuatan Laporan Akhir Seluruh pelaksanaan dan hasil kegiatan penelitian dituangkan dalam satu laporan akhir yang disertai ringkasan eksekutif. Hasil tahap ini adalah laporan akhir, karya tulis ilmiah. 16

22 BAB IV METODOLOGI 4.1. Peralatan Penggunaan peralatan disesuaikan dengan tahapan kegiatan proses ekstraksi LTJ dari monasit. Tahap kegiatan terdiri atas preparasi sampel, pemisahan LTJ untuk mendapatkan oksida LTJ dan reduksi oksida LTJ menjadi logam. Peralatan yang dipakai untuk setiap tahap adalah sebagai berikut: 1) Preparasi sampel. Monasit yang digunakan digerus dengan ball mill dan ring mill hingga diperoleh ukuran -325 mesh. Peralatan pendukung lain yang diperlukan adalah kuas, splitter, timbangan dan plastik untuk wadah sampel; 2) Proses ekstraksi LTJ dengan metode asam dilakukan dengan alat-alat pelindian yang terdiri atas alat-alat gelas beserta hotplate stirrer yang dapat diatur suhu dan kecepatan pengaduknya. Selain itu diperlukan masker dan sarung tangan sebagai alat bantu keamanan kerja; 3) Proses reduksi menggunakan crucible, resistance furnace, muffle furnace dan tube furnace. Selain itu diperlukan masker, sarung tangan sebagai alat bantu keamanan kerja Bahan Bahan-bahan yang diperlukan untuk kegiatan penelitian adalah sebagai berikut: 1) Kertas saring Whatman untuk penyaringan dalam proses ekstraksi LTJ; 2) Natrium hidroksida (NaOH) untuk proses ekstraksi LTJ; 3) Asam sulfat (H 2SO 4) untuk proses ekstraksi LTJ; 4) Asam nitrat (HNO 3) untuk proses ekstraksi LTJ; 5) Asam flourosilika (H 2SiF 6) untuk proses ekstraksi LTJ; 6) Hidrogen peroksida (H 2O 2) untuk oksidator; 7) Amonia (NH 3) untuk proses pengendapan oksida-ltj; 8) KBrO 3 untuk proses ekstraksi LTJ; 9) Sodium sulfat untuk proses ekstraksi LTJ; 10) Kertas ph, untuk mengukur ph; 11) Magnesium butir (Mg) untuk reduktor dalam proses reduksi; 12) Kalsium klorida (CaCl 2) untuk fluks dalam proses reduksi 13) Gas argon untuk dialirkan ke proses pada saat reduksi sehingga tidak ada udara luar yang masuk Metode Metode yang dilakukan untuk proses ekstraksi dengan metode asam dan proses reduksi dapat dilihat Gambar 4.1. dan Gambar

23 pasir monasit H 2SO 4 pelindian Air es quenching filtrasi NH 4OH filtrat pengendapan filtrasi Residu RE-pirofosfat NaOH pelindian Air panas filtrasi Endapan RE-OH HNO 3 Pelarutan dan oksidasi NH 3 pengendapan Ce hidroksida kalsinasi CeO 2 Gambar 4. 1 Diagram alir reduksi CeO2 dari monasit CeO 2/Y 2O 3 CaCl 2 Reduksi metalotermik Reduktor Mg Logam Ce/Y Gambar 4. 2 Diagram alir proses reduksi Ce- dan Y-oksida menjadi logam Ce dan Y 18

24 Kajian keekonomian dilakukan dengan menghitung material balance yaitu dengan memperhatikan kebutuhan bahan-bahan kimia yang digunakan dan produk yang dihasilkan dari percobaan yang telah dilakukan. 19

25 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi pasir monasit dari PT. MPS (Mutiara Prima Sejahtera) yang berlokasi di Bangka dilakukan dengan analisa XRF yang dilakukan di Laboratorium Pusat Survey Geologi. Hasil analisis XRF dapat dilihat pada Tabel 5.1. di bawah ini. Gambar pasir monasit dapat dilihat pada Gambar 5.1. Tabel 5. 1 Komposisi unsur tanah jarang pasir monasit PT. MPS No. Elemen Kadar (%) 1. Serium (Ce) 25,84 2. Gadolinium (Gd) 1,11 3. Itrium (Y) 1,07 4. Neodimium (Nd) 10,18 5. Terbium (Tb) 0,08 6. Lantanum (La) 11,02 7. Disprosium (Dy) 0,34 8. Europium (Eu) 0, Samarium (Sm) 1, Prasedomium (Pr) 2, Torium (Th) 5, Uranium (U) 0,13 Gambar 5. 1 Foto pasir monasit 5.1. Proses Ekstraksi LTJ dengan Metode Asam Tahapan proses pengolahan dengan metode asam dapat dilihat pada Gambar 5.2. Proses tersebut sudah dipatenkan oleh PTAPB-BATAN Yogyakarta. 20

26 Diagram alir reduksi CeO2 dari monasit PELARUTAN ASAM PELARUTAN BASA Gambar 5. 2 Diagram alir pengolahan monasit menjadi LTJ-oksida dengan metode asam (Bintari, 2003) Tahapan proses pengolahan monasit menjadi LTJ-oksida meliputi: Pelarutan memakai asam sulfat; Quenching dan pengendapan Th Reaksi yang terjadi : 2 LTJ 2(SO 4) H 3PO 4 LTJ 4(P 2O 7) H 2SO H 2O Th(SO 4) H 3PO 4 Th(P 2O 7) + 2 H 2SO 4 + H 2O Torium pirofosfat akan mengendap, sedang LTJ pirofosfat belum mengendap. Pemisahan dengan cara pengendapan dapat terjadi karena perbedaan konstante hasil kali kelarutan ( Ksp ) antara Th dalam bentuk pirofosfat dengan LTJ pirofosfat Pengendapan LTJ bebas uranium Filtrat hasil pengendapan Th ditambah amonia sampai terbentuk endapan konsentrat LTJ dengan kandungan Th dan U kecil (ppm). endapan yang terbentuk merupakan campuran antara senyawa pirofosfat dan hidroksida Reaksi yang terjadi : 2 LTJ 2(SO 4) H 3PO 4 LTJ 4(P 2O 7) H 2SO H 2O LTJ 2(SO 4) NH 4OH 2 LTJ(OH) (NH 4) 2SO 4 Pengendapan LTJ bebas uranium juga terjadi karena perbedaan konstante hasil kali kelarutan antara LTJ hidroksida dengan U hidroksida. 21

27 Pelarutan basa Merubah bentuk LTJ pirofosfat menjadi LTJ Hidroksida Na 4P 2O 7 + Na 2O 2Na 3PO 4 2NaOH Na 2O + H 2O Na 4P 2O 7 + 2NaOH 2Na 3PO 4 + H 2O LTJ 4(P 2O 7) NaOH 4LTJ(OH) 3 + 3Na 4(P 2O 7) 3Na 4P 2O 7 + 6NaOH 6Na 3PO 4 + 3H 2O LTJ 4(P 2O 7) NaOH 4LTJ(OH) 3 + 6Na 3PO 4 Pengendapan LTJ mengandung uranium filtrat hasil pengendapan LTJ ditambah amonia sampai terbentuk endapan LTJ yang tersisa dengan kandungan Th kecil dan uranium besar. endapan yang terbentuk merupakan senyawa hidroksida Reaksi yang terjadi : LTJ 2(SO 4) 3+6 NH 4OH 2 LTJ(OH) (NH 4) 2SO 4 Kalsinasi konsentrat LTJ Hidroksida menjadi LTJ Oksida Konsentrat LTJ hidroksida kering dikalsinasi menjadi konsentrat LTJ oksida (sebagai produk utama). Komposisi kimia konsentrat monasit yang digunakan dalam proses dapat dilihat pada Tabel 5.2, sedangkan karakterisasi produk LTJ-oksida yang dihasilkan dari hasil pengolahan konsentrat monasit dapat dilihat pada Tabel 5.3. Tabel 5. 2 Komposisi kimia konsentrat monasit Unsur kadar unsur, % Kadar senyawa fosfat, % La 11,34 19,10 Ce 18,27 30,67 Nd 8,64 14,33 Pr 0,54 0,91 Th 6,47 10,00 lain-lain (Si, Zr,Sn, Y, Gd, Dy, U) 24,99 22

28 % ekstraski Ce Tabel 5. 3 Komposisi kimia produk LTJ-oksida No Senyawa Kadar oksida,% Kadar unsur,% 1 La 2O 3 29,14 21,35 2 Ce 2O 3 48,23 35,37 3 Nd 2O 3 21,07 15,52 4 Pr 2O 3 1,56 1,14 Jumlah 100,00 Pasir monasit yang sudah digerus sampai -325 mesh kemudian dilakukan pelindian menggunakan pelarut asam. Parameter yang digunakan dalam percobaan ini adalah jenis pelarut/asam, konsentrasi, dan pengaruh penambahan oksidator. Parameter tetap dalam percobaan ini adalah waktu pelindian (2 jam), suhu proses (220 o C) dan persen solid (30%). Parameter tetap ditentukan dari percobaan atau penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh PTAPB yang menghasilkan persen ekstraksi tertinggi (Purwani, 2013). Pada percobaan parameter asam dan konsentrasi, pelarut yang digunakan adalah asam sulfat, nitrat, dan klorida. Konsentrasi dari masing-masing pelarut adalah 1:1, 1:2; 2:1, 1:3, 3:1. Hasil-hasil percobaan untuk pengaruh jenis pelarut dan konsentrasi terhadap % ekstraksi Ce dapat dilihat pada Gambar ;1 1;2 2;1 1;3 3;1 konsentrasi (V/V) HCl H2SO4 HNO3 Gambar 5. 3 Pengaruh jenis asam dan konsentrasi terhadap % ekstraksi Ce Gambar 5.3. menunjukkan bahwa pelarut asam yang memberikan persen ekstraksi serium tertinggi adalah asam sulfat. Penambahan asam sulfat akan membentuk larutan LTJ-disulfat yang stabil. Penambahan asam nitrat akan membentuk LTJ-nitrat sedangkan penambahan asam klorida akan menghasilkan LTJ-klorida. Pada percobaan ini pembentukan LTJ-sulfat lebih stabil dibandingkan pembentukan LTJ-nitrat dan LTJ-klorida. Reaksi pembentukan LTJ-sulfat yang terjadi adalah: 2(LTJ)(PO4) + 3 H2SO4 (LTJ)2(SO4)3 + 2 H3PO4 ThSiO4 + 2 H2SO4 Th(SO4)2 + SiO2 + H2O Th3(PO4)4 + 6 H2SO4 3Th(SO4)2 + 4 H3PO4 23

29 % ekstraksi Ce SiO2.XH2O + H2SO4 SiO2 + H2SO4.xH2O Persen ekstraksi Ce yang tertinggi yaitu 99,08% dicapai pada konsentrasi asam sulfat (v/v) 1:1, sedangkan ketika konsentrasi diencerkan menjadi 1:2 persen ekstraksi Ce menurun menjadi 98,56%. Hal ini disebabkan karena jumlah asam yang kurang mencukupi untuk bereaksi dengan LTJ membentuk LTJ-sulfat. Sedangkan saat konsentrasi dibuat lebih pekat yaitu 2:1, persen ekstraksi Ce cenderung menurun drastis yaitu 68% Ce. Hal ini disebabkan viskositas larutan yang terlalu kental sehingga asam tidak dapat bereaksi dengan sempurna. Setelah mendapatkan kondisi proses yang optimum untuk jenis pelarut dan konsentrasi, selanjutnya dilakukan percobaan untuk mengetahui pengaruh oksidator terhadap % ekstraksi Ce. Oksidator yang digunakan dalan percobaan ini adalah hidrogen peroksida (H 2O 2). Parameter tetap dalam percobaan ini adalah konsentrasi asam 1:1, waktu pelindian 120 menit dan suhu pelindian 220 o C. Hasil-hasil percobaan dapat dilihat pada Gambar HCl H2SO4 HNO3 jenis asam non oksidator oksidator Gambar 5. 4 Pengaruh oksidator terhadap %ekstraksi Ce Gambar 5.4 menunjukkan bahwa penambahan oksidator hidrogen peroksida tidak terlalu mempengaruhi persen ekstraksi Ce. Hal ini disebabkan karena LTJ yang bereaksi dengan asam sulfat membentuk LTJ-sulfat masih berupa campuran semua LTJ, belum terpisah secara individu unsurnya. Setiap unsur LTJ memiliki valensi rangkap II dan III, sedangkan Ce mempunyai valensi rangkap III dan IV. Penambahan oksidator lebih efektif apabila dilakukan pada tahap proses pemisahan unsurunsur LTJ, khususnya untuk pemisahan Ce. Setelah terbentuk LTJ-hidroksida yang kemudian dilarutkan dengan asam nitrat untuk membentuk larutan LTJ-nitrat yang selanjutnya dilakukan pemisahan unsur-unsur LTJ. Penambahkan oksidator ke dalam larutan LTJ nitrat akan merubah menjadi Ce ( III ) atau cero menjadi Ce atau ceri ( IV ). Hasil kali kelarutan Ce ( Ceri ) Hidroksida jauh berbeda dengan LTJ (La, Nd dll ) hidroksida lain yang bervalensi III. Sehingga Ce dapat terpisah dan mengendap lebih awal jika ke dalam larutan nitrat setelah dioksidasi ditambahkan ammonium hidroksida. 24

30 Dari serangkaian percobaan diperoleh kondisi proses untuk menghasilkan persen ekstraksi Ce tertinggi (99,08%) yaitu asam sulfat dengan konsentrasi 1:1, suhu pelindian 220 o C dan waktu pelindian 120 menit tanpa penambahan oksidator hidrogen peroksida. Proses selanjutnya setelah diperoleh LTJ-sulfat adalah proses quenching untuk mengendapkan torium yang ikut terlarut saat pelindian dengan sulfat. Reaksi yang terjadi adalah: 2 LTJ2(SO4)3 + 6 H3PO4 LTJ4(P2O7)3 + 6 H2SO4 + 3 H2O Th(SO4)2 + 2 H3PO4 Th(P2O7) + 2 H2SO4 + H2O Torium pirofosfat akan mengendap, sedangkan LTJ pirofosfat belum mengendap (masih ada dalam larutan). Larutan LTJ yang dihasilkan dari proses ini sudah bebas radioaktif. Proses selanjutnya adalah pengendapan LTJ dengan amonium hidroksida sehingga akan terbentuk endapan konsentrat LTJ. Reaksi yang terjadi adalah: 2 LTJ2(SO4)3 + 6 H3PO4 LTJ4(P2O7)3 + 6 H2SO4 + 3 H2O LTJ2(SO4)3 + 6 NH4OH 2 LTJ(OH)3 + 3 (NH4)2SO4 Endapan yang dihasilkan masih berupa LTJ-pirofosfat dan hidroksida, yang sudah bebas radioaktif dengan kadar Th-nya sekitar 0,076% seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.4. Gambar 5. 5 Endapan LTJ pirofosfat dan hidroksida yang terbentuk Endapan LTJ pirofosfat dan hidroksida kemudian direaksikan dengan NaOH untuk membentuk konsentrat LTJ-hidroksida yang kemudian di kalsinasi pada suhu 900 o C selama 3 jam untuk membentuk LTJ-oksida. Pengujian LTJ-hidroksida dan oksida nonlogam dapat dilihat pada Tabel 5.4 dan

31 Tabel 5. 4 Komposisi unsur LTJ pada LTJ-hidroksida No. elemen Kadar (%) 1. Serium (Ce) 12,22 2. Gadolinium (Gd) 0,57 3. Itrium (Y) 0, Neodimium (Nd) 4,93 5. Terbium (Tb) 0, Lantanum (La) 6,04 7. Disprosium (Dy) 0, Europium (Eu) 0, Samarium (Sm) 0, Prasedomium (Pr) 1, Torium (Th) 0, Uranium (U) 0,04 Tabel 5. 5 Komposisi unsur LTJ pada LTJ-Oksida No. elemen Kadar (%) 1. Serium (Ce) 29,10 2. Gadolinium (Gd) 1,54 3. Itrium (Y) 1,53 4. Neodimium (Nd) 11,53 5. Terbium (Tb) 0, Lantanum (La) 14,02 7. Disprosium (Dy) 0, Europium (Eu) 0, Samarium (Sm) 1, Prasedomium (Pr) 2, Torium (Th) 0, Uranium (U) 0, Reduksi CeO2 menjadi logam Ce Serium oksida(ceo 2) yang digunakan dalam proses reduksi ini diperoleh dari PTAPB-Batan. Karakterisasi serium oksida tersebut dapat dilihat pada Tabel 5.6. Foto serium oksida dapat dilihat pada Gambar 5.6. Tabel 5. 6 Komposisi unsur LTJ pada Serium oksida No. elemen Kadar (%) 1. Serium (Ce) 79,44 3. Itrium (Y) 0,06 4. Neodimium (Nd) 0,53 6. Lantanum (La) 0, Samarium (Sm) 0, Prasedomium (Pr) 0,173 26

32 Gambar 5. 6 Foto Serium oksida PTAPB Batan Semua LTJ-oksida atau LTJ-fluorida dapat direduksi menjadi logamnya melalui proses metalotermik. Pemilihan logam yang digunakan sebagai reduktor dalam proses metalotermik sangat terbatas karena stabilitas termodinamik senyawa LTJ sangat tinggi. Reaksi secara umum untuk proses metalotermik adalah: RE-O + M RE + MO Dimana M adalah logam yang digunakan untuk proses reduksi. Logam yang digunakan sebagai reduktor harus lebih reaktif dibandingkan serium seperti Ca, Al, Si, dan Mg. Pada percobaan reduksi ini digunakan reduktor Mg dan fluks CaCl 2. Proses reduksi ini dilakukan tanpa menggunakan udara, sehingga harus dialirkan gas argon. Reaksi yang terjadi dalam proses reduksi serium oksida adalah: CeO x(s) + Mg (s) => Ce (l) + MgO (tidak dalam kesetimbangan) CeO 2 + 2CaCl 2 + 2Mg Ce + 2CaO + 2MgCl 2 Parameter yang digunakan dalam proses ini adalah komposisi CeO 2 dengan Mg, suhu proses, dan jumlah fluks. Sejumlah percobaan pendahuluan dilakukan untuk mengetahui kondisi proses hingga terbentuk logam Ce. Percobaan awal dilakukan pada suhu 900 o C dengan komposisi CeO 2 dan Mg sesuai stokiometri; baik tanpa penambahan fluks, maupun dengan penambahan fluks. Percobaan dilakukan pada tube furnace. Hasil-hasil yang diperoleh adalah belum terbentuk logam Ce dan terbentuk dua lapisan, powder berubah menjadi hijau (kemungkinan masih seria) dan powder berwarna coklat seperti CeO 2. Hasil SEM dan XRD belum menunjukkan terbentuknya logam Ce. Powder berwarna hijau merupakan serium yang masih berasosiasi dengan magnesium dan terinklusi dalam material pengikat yang dapat dilihat pada Gambar 5.7 dan 5.9, sedangkan untuk powder yang berwarna coklat merupakan serium berasosiasi dengan magnesium seperti yang terlihat pada Gambar 5.8 dan Hasil analisis untuk kedua proses tersebut menunjukkan bahwa baik logam ataupun terak masih didominasi oleh serium oksida. 27

33 Gambar 5. 7 Analisis SEM X-Ray Mapping untuk lelehan dengan fluks Gambar 5. 8 Analisis SEM X-Ray Mapping untuk terak dengan fluks Gambar 5. 9 Hasil Analisis SEM X-Ray Mapping untuk lelehan dengan tanpa fluks 28

34 Gambar Hasil Analisis SEM X-Ray Mapping untuk terak dengan tanpa fluks Percobaan pendahuluan selanjutnya adalah dengan menaikkan suhu proses menjadi 1000 o C dengan komposisi bahan sama seperti pada percobaan sebelumnya (sesuai stokiometri). Dari hasil analisis XRD belum terlihat adanya logam serium. Fasa logam yang dihasilkan masih berupa serium oksida dan fasa terak yang terbentuk juga masih serium oksida. Didalam fasa logam terbentuk juga magnesium silikat. Hal ini dapat ditunjukkan pada Gambar 5.11 dan Gambar Hasil analisis XRD untuk fasa logam Gambar analisis XRD untuk fasa terak 29

35 Percobaan pendahuluan selanjutnya adalah dengan menambahkan komposisi berat CeO 2 dengan Mg yaitu 1:1, suhu 1200 o C dan kondisi lainnya sama seperti pada percobaan awal sebelumnya. Dari hasil percobaan sudah terlihat terbentuknya fasa logam serium berupa perak-abu seperti pada Gambar Gambar Foto penampakan logam serium Hasil analisis SEM X-Ray mapping yang diperlihatkan pada Gambar 5.14 menunjukkan bahwa pada fasa logam, logam serium (Ce) sudah terbentuk yang ditunjukkan oleh struktur menjarum (pada bagian kiri sampai kanan atas foto, warna putih). Mg, Cl dan Ca masih terdapat pada fasa logam. Monasit juga masih terlihat dalam bentuk chunk (kanan bawah foto). Kemungkinan tidak semua monasit terubah menjadi logam Ce pada saat proses reduksi. Gambar Hasil analisis SEM X-Ray Mapping pada fasa logam Pada fasa terak terdapat logam Ce yang lolos masuk ke dalam terak (di bagian kiri sampai tengah foto). Material Mg yang berada dalam terak berbentuk lempengan (kanan bawah foto). Hasil analisis SEM X-Ray Mapping pada fasa terak dapat dilihat pada Gambar

36 kadar, % Gambar Hasil analisis SEM X-Ray Mapping pada fasa terak Setelah diperoleh logam serium pada percobaan pendahuluan maka dilakukan percobaan dengan kapasitas yang lebih besar yaitu umpan 100 gram CeO 2 menggunakan alat resistance furnace. Parameter yang dilakukan adalah komposisi CeO 2/reduktor Mg dan suhu proses. Parameter komposisi umpan/reduktor dilakukan dengan perbandingan umpan dan reduktornya 1:1, 1:2 dan 2:1. Parameter tetapnya adalah penambahan fluks 1%, suhu proses 1200 o C dan ditahan selama 3 jam. Hasil-hasil percobaan untuk komposisi umpan/reduktor pada fasa logam dapat dilihat pada Gambar ;1 2;1 1;2 umpan/reduktor Ca Mg Ce Gambar Pengaruh komposisi umpan/reduktor terhadap kadar logam pada fasa logam Gambar 5.16 menunjukkan bahwa pada komposisi umpan/reduktor 1:2 hanya logam Ce yang dominan pada fasa logamnya, walaupun masih terdapat kandungan lainnya seperti La, Nd, Pr, Sm dalam jumlah yang kecil. Hal ini disebabkan karena dari umpan yang dipakai masih mengandung logam-logam tersebut. Hal ini dapat dilihat dari warna serium oksida yang agak kemerah-merahan, sedangkan untuk warna serium oksida murni sendiri memiliki warna putih. Dalam fasa logam pada komposisi 1:2 logam Mg dan Ca sudah tidak terdeteksi. Hal ini menunjukkan bahwa reduktor Mg dan CaCl 2 sudah bereaksi sempurna dengan serium. Hal tersebut diperkuat dengan hasil analisis SEM seperti yang terlihat pada Gambar

37 Gambar analisis SEM fasa logam untuk komposisi 1:2 Fasa terak yang dihasilkan dalam percobaan ini menunjukkan bahwa logam serium masih terlihat, khususnya terak 1:1 yang menunjukkan serium masih terlihat dominan. Hal ini disebabkan karena serium yang tereduksi pada fasa logam lolos masuk ke dalam terak. Hasil analisis SEM pada terak 1:1 dapat ditunjukkan pada Gambar Gambar Hasil analisis SEM fasa terak untuk komposisi 1:1 Percobaan selanjutnya adalah dengan mempelajari parameter suhu reduksi yaitu pada 1000, 1300, dan 1500 o C. Hasil-hasil percobaan untuk parameter suhu pada fasa logamnya dapat dilihat pada Gambar

38 kadar, % Ca Mg Ce suhu, celcius Gambar Pengaruh suhu terhadap kadar logam pada fasa logam Gambar terlihat bahwa pada suhu 1200 o C dihasilkan logam Ce paling banyak. Ketika suhu dinaikkan, Ce yang terbentuk turun menjadi 25%. Pada kondisi dengan kadar Ce yang paling tinggi, perolehannya mencapai 91% Reduksi Y2O3 menjadi Y Itrium oksida yang digunakan dalam proses reduksi ini juga diperoleh dari PTAPB-Batan. Karakterisasi itrium oksida yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 5.7, sedangkan foto serium oksida dapat dilihat pada Gambar Tabel 5. 7 Komposisi unsur LTJ pada itrium oksida No. elemen Kadar (%) 1. Serium (Ce) 1 2. Itrium (Y) 49,09 3. Neodimium (Nd) 0,63 4. Lantanum (La) 0,77 5. Samarium (Sm) 0,38 6. Disprosium (Dy) 3,87 7. Gadolinium (Gd) 1,79 33

39 Gambar Foto itrium oksida Itrium oksida juga dapat direduksi menjadi logam melalui proses metalotermik. Proses pemisahan logam dari senyawanya atau yang lebih dikenal dengan istilah reduksi mengikuti reaksi: MX n + ir = M + irx (n/i) M adalah logam yang dihasilkan. X adalah oksigen, klorin, atau fluorin; dan R adalah pereduksi yang biasanya hidrogen, karbon atau logam lain seperti Li, Ca, Al, K, Na dan Mg. Pemilihan pereduksi yang tepat dapat ditentukan dengan melihat pembentukan energi bebas standarnya ( G 0 ). Reaksi reduksi dapat terjadi apabila perbedaan G 0 MX n dengan G 0 RX (n/i) adalah <0 (negatif). Persamaan tersebut dapat ditulis (Gupta dan Krishnamurthy, 2005): i G 0 RX (n/i) - MX n < 0 Proses reduksi untuk melepaskan logam dan senyawanya serta pembentukan senyawa RX bergantung juga terhadap suhu proses reduksi. Berikut disajikan grafik G 0 untuk beberapa logam tanah jarangdan logam - oksida, -fluorida, -klorida terhadap suhu yang dapat dilihat pada Gambar 5.21, 5.22 dan Gambar Grafik energi bebas LTJ- dan logam- oksida terhadap suhu 34

40 Gambar Grafik energi bebas LTJ- dan logam- klorida terhadap suhu Gambar Grafik energi bebas LTJ- dan logam- fluorida terhadap suhu Dari grafik di atas terlihat bahwa itrium oksida memiliki G 0 yang lebih negatif dibandingkan dengan G 0 dari pereduksi seperti CaO, MgO, Na 2O, Al 2O 3 dan Na 2O, sehingga reduksi logam itrium (Y) dalam bentuk oksida akan sulit diperoleh. Ketika dalam bentuk itrium klorida (YCl 3) akan mudah untuk menjadi logam Y dengan reduktor K, Ca, dan Li. Dalam hal ini, itrium oksida yang sudah diperoleh dari PTAPB-Batan harus diubah bentuknya ke dalam itrium klorida dengan menambahkan asam klorida. Penelitian reduksi itrium oksida menjadi logam Y belum dapat dilakukan karena bahan baku baru didapatkan pada akhir tahun anggaran 2013 (bulan November), sehingga baru bisa dilakukan karakterisasi bahan baku. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa kadar itrium oksida baru sekitar 50% sehingga belum memenuhi persyaratan untuk dilakukan peleburan. Kadar itrium oksida agar dapat dilebur harus sekitar 70%. Di samping itu, pembuatan itrium oksida membutuhkan waktu yang 35

41 sangat lama, karena tidak ada sampel yang murni senotim. Pada proses ini digunakan sampel senotim bercampur monasit. Yang mengakibatkan proses menjadi lama dan tidak efisien. Diharapkan percobaan reduksi logam Y dapat dilakukan pada Tahun Anggaran Kajian Lingkungan Proses Kajian lingkungan proses didasarkan pada dua metode ekstraksi LTJ, yaitu asam dan basa. Diagram alir proses untuk metode asam dapat dilihat pada Gambar 5.24., sedangkan untuk yang metode basa dapat dilihat pada Gambar H 2SO 4 Pasir monasit Dijesti Air es Quenching/leburan encer Filtrasi NH 4OH (15%) Gel Th (kadar 90%, Efisiensi 90%) Pengendapan NaOH (50%) Filtrasi Air panas Larutan Endapan REOH (kadar 90% U << efisiensi RE 80%) Pengendapan Limbah H 3PO 4, air, NH 4SO 4 Padatan REOH U>> Gambar Metode asam 36

42 Monasit NaOH HCl NH4OH penggerusan Dekomposisi Pelarutan parsial Pengendapan U & Th Air Na 3PO 4 Air U, Th U, Th NH4OH Pengendapan RE RE(OH) 3 Gambar Metode basa 5.5. Data masukan metode asam Hasil penghitungan seperti yang ditampilkan pada Lampiran 3, menunjukkan bahwa metode basa mempunyai nilai 667,768, sedangkan metode asam bernilai 432,896. Hal ini berarti metode basa menimbulkan kerusakan lingkungan yang lebih buruk dibandingkan dengan metode asam. Dampak yang ditimbulkan tersaji pada Gambar abiotik air udara Dampak Metode Basa Metode Asam Gambar dampak lingkungan akibat kedua metode ekstraksi 37

43 Penyebab besarnya nilai metode basa disebabkan banyaknya penggunaan sodium hidroksida (NaOH) dan ammonium hidroksida (NH 4OH). Oleh karena itu, bila metode basa diterapkan pada skala yang lebih besar maka perlu dipertimbangkan untuk mengganti atau mengurangi pemakaian kedua jenis basa yang digunakan atau mengolah limbah basa yang dihasilkan melalui proses daur ulang (recycling) atau pemanfaatan di tempat lain (reuse). Dari Gambar diketahui bahwa metode basa akan berdampak besar pada faktor abiotik dan udara. Pengelolaan lingkungan pada metode basa harus difokuskan pada kedua hal tersebut. Misalnya dengan mendesain instalasi pengolahan air limbah dan memasang alat pereduksi cemaran udara. Instalasi pengolahan air limbah utamanya bertujuan untuk menetralkan cairan basa. Biasanya dilakukan penambahan asam sulfat hingga ph menjadi netral dan melakukan stripping aerasi sampai batasan baku limbah sesuai ketentuan Undang-undang Lingkungan Hidup. Sementara alat pereduksi cemaran udara berupa scruber yang didesain menangkap amonia dengan cara menyemprotkan air secara otomatis jika terjadi paparan amonia lepas ke udara saat pabrik memulai atau menghentikan proses produksinya. Pemantauan kualitas lingkungan terutama pada lingkungan abiotik dan udara dilakukan guna mengontrol paparan bahan berbahaya. Proses ekstraksi logam tanah jarang menggunakan kedua metode tersebut menghasilkan limbah radioaktif uranium dan torium. Kedua zat tersebut perlu ditangani agar tidak membahayakan lingkungan. Di antara pemanfaatan yang dapat dilakukan adalah dengan memanfaatkannya sebagai sumber energi. Sampai saat ini instansi yang berwenang menangani hal ini (BATAN) masih terus melakukan penelitiannya. Pada proses ekstraksi dengan metode asam dihasilkan pula limbah H 3PO 4 dan NH 4SO 4. Kedua jenis zat ini dapat diteliti untuk dimanfaatkan kembali sebagai bahan baku pupuk, baik pupuk fosfat maupun ZA. Bila dapat dimanfaatkan kembali tentunya proses ekstraksi akan menjadi ramah lingkungan dan bernilai ekonomis. Terlepas dari analisis konsep MIPS, prakiraan dampak lingkungan yang terjadi akibat proses ekstraksi LTJ adalah tersebarnya zat toksik dari pelarut yang digunakan. Pada umumnya proses ekstraksi menggunakan beberapa bahan organik sebagai pelarut misalnya tributil fosfat (TBP), heksamin dan lain-lain. Untuk itu perlu dilakukan uji toksisitas seperti LD50 terhadap mahluk hidup di perairan di sekitar pabrik ekstraksi Kajian Keekonomian Proses Di Bangka Belitung, monasit merupakan hasil samping penambangan dan pengolahan timah. Mineral monasit Bangka didapat sebanyak ton per tahun (Castor dan Hendrick, 2011). 38

44 Pada Tabel 5.8 berikut disajikan data cadangan Pusat Pencucian Bijih Timah (PPBT) PT Timah, TBk yang diambil pada akhir Oktober Tabel 5. 8 Data cadangan mineral ikutan pencucian bijih timah 31 Oktober 2008 (Suprapto, 2008) o Mineral. Monasit high grade Stok awal Jumlah produksi Jumlah Dikeluarkan Stok akhir Jumlah (drum) IX. 0 X. 0 XI. 0 XII. 0 III. 0. Berat ore (ton) V XVI Kadar min (%). Berat min (ton). Monasit low grade 88,31 II. 0 78,31 XIX. 0 78, XI XII XXIV. XV.. XVII... Berat ore (ton) X XXI Kadar min (%). Berat min (ton) 35,09 II. 0 35,09 XIV. 0 35, VI VII Senotim XIX. XL. XLI. XLII. LIII.. Berat ore (ton) V LVI Kadar min (%). Berat min (ton) 65,04 II. 0 65,04 LIX. 0 65, LI LII

45 Gambar Cadangan dan perbandingan mineral ikutan di berbagai daerah (Suprapto, 2008) Kajian keekonomian dilakukan untuk menentukan kelayakan proses pengolahan dapat diterapkan dalam skala industri. Kajian keekonomian yang dilakukan difokuskan pada perhitungan keekonomian proses pengolahan konsentrat monasit sampai diperoleh logam tanah jarang oksida dengan metode asam. Neraca bahan kimia dan produk untuk proses pembuatan LTJ-oksida dengan metode asam dapat dilihat pada Tabel 5.9. Tabel 5. 9 Neraca bahan untuk pembuatan LTJ-oksida Masuk Keluar bahan Kg/jam Ton/tahun bahan Kg/jam Ton/tahun Pasir monasit 5 40 gas 5,05 40 H 2SO 4 teknis 9,17 72,63 Uap air 15,34 121,5 air 174, ,9 residu 1,39 11 NH4OH teknis ,94 Padatan konsentrat Th 0,54 4,26 NaOH 1,05 8,35 Padatan konsentrat LTJ oksida Padatan konsentrat LTJOH U> 1,875 14,85 0,38 3 limbah 21, ,266 Jumlah 46, ,9 Jumlah 46, ,9 Harga bahan baku monasit dan bahan-bahan kimia yang digunakan dalam proses dapat dilihat pada Tabel

46 Tabel Harga bahan baku proses Bahan Harga (Rp/kg) kebutuhan (kg/th) Biaya (Rp/th) monasit Asam sulfat NH4OH NaOH Total Target produk konsentrat yang dihasilkan dari kapasitas 40 ton/tahun adalah kg/tahun. Diasumsikan harga jual LTJ oksida untuk tahun pertama adalah US$ 27/kg. [8] Maka diperoleh total penjualan pada tahun pertama adalah Rp ,- dengan kurs 1 US$ = Rp ,-. Dilihat dari perhitungan neraca bahan tersebut maka terdapat keuntungan dari produk yang dihasilkan dengan bahan baku serta kimia yang digunakan yaitu sebesar Rp ,-. Proses pembuatan LTJoksida dari monasit dengan metode asam memungkinkan untuk dilakukan dengan kapasitas yang lebih besar. 41

47 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1. Kesimpulan LTJ dalam pasir monasit dapat dilarutkan dengan asam sulfat sehingga membentuk larutan disulfat yang stabil. Kondisi proses untuk menghasilkan persen ekstraksi Ce tertinggi yaitu 99,08% pada kondisi; pelarut yang digunakan asam sulfat dengan konsentrasi 1:1, suhu pelindian 220 o C, dan waktu pelindian 120 menit. Penambahan oksidator dalam proses pelindian tidak mempengaruhi secara signifikan persen ekstraksi Ce yang dihasilkan. Reduksi CeO 2 menjadi logam Ce dapat dilakukan dengan menggunakan oksidator Mg dan penambahan fluks CaCl 2 pada suhu >1000 o C. Kondisi yang terbaik dengan menghasilkan kadar Ce 50% dan perolehan 91% diperoleh pada suhu 1200 o C, konsentrasi umpan/reduktor 2;1, dan jumlah fluks 1%. Dampak lingkungan dari dua buah metode ekstraksi LTJ dari monasit dapat diketahui melalui konsep MIPS. Hasil penghitungan menunjukkan bahwa metode asam menimbulkan kerusakan lingkungan yang lebih kecil dibandingkan dengan metode basa. Kajian keekonomian proses dengan menghitung dari neraca bahan diperoleh bahwa proses ekstraksi logam tanah jarang dari monasit dengan metode asam memungkinkan untuk dikembangkan ke skala yang lebih besar Saran Kelengkapan data pada service unit yang lain misalnya pengolahan limbah akan sangat mendukung perolehan nilai akhir penghitungan konsep MIPS. Namun sangat sulit mendapatkan data yang dimaksud. Oleh karenanya keterbukaan informasi sangat dibutuhkan demi keakuratan analisis. 42

48 DAFTAR PUSTAKA 1. Castor, S and Hedrick, J. Rare Earth Element. Diunduh pada tanggal 9 April 2011 pukul WIB 2. Atmawinata, A., Pengembangan Industri REE di Indonesia, Kementerian Perindustrian, Jakarta, Gupta, C.K. and Krishnamurthy, N., 2005, Extractive metallurgy of rare earth, CRC press, Boca Raton London New York Washington, D.C. 4. Shwe, A., Soe and Lwin, K., Study on Extraction of Ceric Oxide from Monazite Concnetrate, Worl Academy of Science, Engineering and Technology, 48, 2008, pp Riedemann, T., High Purity Rare Earth Metals in Separation, US Department of Energy Specialized Research Center, SABTANTO DJOKO SUPRAPTO, TINJAUAN LOGAM TANAH JARANG, Bidang Program Dan Kerjasama,Pusat Sumber Daya Geologi 7. Ninik Bintari, R. Subagiono, MV Purwani, Bambang EHB. Proses Ekstraksi Untuk Memisahkan Unsur-unsur Logam Tanah jarang Dalam Konsentrat dari Pasir Monasit. Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir. Puslitbang Teknologi Maju BATAN. Yogyakarta Ariane Messner. Sustainability assessment of products: A Comparison of The Methods Ecological Footprint, MIPS (Material Input Per Service Unit) and The Integrated EFORWOOD Sustainability Impact Assesment, by example of two wood product. Lincoln University, Christchurch. Vienna

49 Lampiran 1. Data ekstraksi metode basa. Lembar Kompilasi Data Input Unit Jumlah Specific information/explanatory notes Natural inputs A AA Abiotic raw materials Minerals Monasit kg 1.00 Bahan baku utama NaOH kg 1.50 Proses dekomposisi HCl kg 0.86 Proses pelarutan parsial NH4OH kg 0.26 Proses pengendapan U&Th NH4OH kg 5.00 Proses pengendapan RE AB AC AD B BA BB BC C CA CB D DA Energy carrier Unused extraction Soil excavation Biotic raw materials Plant biomass from cultivation Plant biomass not from cultivation Animal biomass not from cultivation Earth movings/movements Active: e.g. ploughed earth Passive: e.g. erosion Water Process water kw Pemanasan 140oC selama 4 jam kw Pemanasan 80oC selama 1-2 jam 44

50 DAA DAB DAC DB DBA DBB DBC E EA EB EC ED Pre-treated/processed inputs F G GA GB H I IA IB IC Surface extraction Groundwater extraction Deep groundwater extraction Cooling water Surface extraction Groundwater extraction Deep groundwater extraction Air Combustion Chemical conversion Physical conversion (aggregate state) Other extracted air Basic, working and building materials Energy carriers Energy carrier (thermal conversion) Energy carrier (non-thermal conversion) Pre-products Modules Electricity Transport Drinking water kg Proses dekomposisi (+ pencucuian) kg 0.20 Proses pelarutan parsial J Infrastructure 45

51 JA JB K KA KB L Production buildings Production technologies Auxiliary and operating materials Auxiliary materials Operating materials Others Output Unit Jumlah Specific information/explanatory notes M N O OA OB Main products Re(OH)3 kg 0.50 Side products Waste Waste for reuse, recovery, recycling Na3PO4 kg 0.30 Dimanfaatkan sebagai pupuk Waste for final disposal UO2(OH)2 kg Proses pelarutan parsial UO2(OH)3 kg Proses pengendapan U&Th Th(OH)4 kg Proses pelarutan parsial Th(OH)4 kg Proses pengendapan U&Th P Waste water PA Waste water without treatment kg PB Treated waste water Q Exhaust air 46

52 QA QB R Exhaust air without treatment Treated exhaust air Emissions 47

53 Lampiran 2. Data ekstraksi metode asam. Lembar Kompilasi Data Input Unit Jumlah Specific information/explanatory notes Natural inputs A AA Abiotic raw materials Minerals Monasit kg 1.00 Bahan baku utama H2SO4 kg 3.68 Proses dijesti (95%) NH4OH L Proses pengendapan (25%)--> ph 1.5 NaOH kg 0.96 Proses pengendapan ReOH (40%) Hexamine (hexametilentetramine) L 0.10 Proses pemisahan Th dari LTJ (10%) NH4Cl kg 0.06 Proses pemisahan Th dari LTJ NH4OH L 0.15 Proses pemisahan Th dari LTJ (25%) H2O2 Proses pemisahan Th dari LTJ HNO3 Proses ekstraksi LTJ (4M) TBP Proses ekstraksi LTJ (4M) AB AC AD B BA BB BC Energy carrier Unused extraction Soil excavation Biotic raw materials Plant biomass from cultivation Plant biomass not from cultivation Animal biomass not from cultivation kw Pemanasan 210oC selama 4 jam (dijesti) kw Pemanasan 140oC selama 4 jam (pengendapan ReOH) kw Pengeringan 120oC selama 1 jam (pengendapan ReOH) 48

54 C CA CB D DA DAA DAB DAC DB DBA DBB DBC E EA EB EC ED Pre-treated/processed inputs F G GA GB Earth movings/movements Active: e.g. ploughed earth Passive: e.g. erosion Water Process water air es kg Proses leburan encer (quenching) air panas kg Proses pengendapan ReOH Surface extraction Groundwater extraction Deep groundwater extraction Cooling water Surface extraction Groundwater extraction Deep groundwater extraction Air Combustion Chemical conversion Physical conversion (aggregate state) Other extracted air Basic, working and building materials Energy carriers Energy carrier (thermal conversion) Energy carrier (non-thermal conversion) 49

55 H I IA IB IC J JA JB K KA KB L Pre-products Modules Electricity Transport Drinking water Infrastructure Production buildings Production technologies Auxiliary and operating materials Auxiliary materials Operating materials Others Output Unit Jumlah Specific information/explanatory notes M N Main products Re(OH) 3 kg Padatan ReOH, kadar U >>> Re(OH) 3 Endapan ReOH kadar 90%, efisiensi Re 80%, kadar u<<< Side products O OA Waste Waste for reuse, recovery, recycling H3PO4 NH4SO4 kg kg OB Waste for final disposal 50

56 UO2(OH)2 kg UO2(OH)3 kg Th(OH)4 kg Gel Th kadar 90%, efisiensi 90% P Waste water PA Waste water without treatment kg PB Q QA QB R Treated waste water Exhaust air Exhaust air without treatment Treated exhaust air Emissions 51

57 Lampiran 3. Penghitungan MIPS metode basa. Calculation sheet Abiotic Material Biotic Material Earth movements Water Air Name MI-Factor kg/unit MI-Factor kg/unit MI-Factor kg/unit MI-Factor kg/unit MI-Factor kg/unit Substance/pre-product Unit Amount kg/unit Main product kg/unit Main product kg/unit Main product kg/unit Main product kg/unit Main product Input Monasit kg 2.00 NaOH kg HCl kg NH4OH kg NH4OH kg energi panas kwh energi panas kwh air kg air kg Output Re(OH)3 kg Na3PO UO2(OH)2 kg UO2(OH)3 kg Th(OH)4 kg Th(OH)4 kg

58 Lampiran 4. Penghitungan MIPS metode asam. Calculation sheet Abiotic Material Biotic Material Earth movements Water Air Name MI-Factor kg/unit MI-Factor kg/unit MI-Factor kg/unit MI-Factor kg/unit MI-Factor kg/unit Substance/pre-product Unit Amount kg/unit Main product kg/unit Main product kg/unit Main product kg/unit Main product kg/unit Main product Input Monasit kg 2.00 H2SO4 kg NH4OH kg NaOH kg Hexamine (hexametilen kg NH4Cl kg NH4OH kg H2O2 HNO3 TBP energi panas kwh energi panas kwh air kg air kg Output Re(OH)3 kg Na3PO UO2(OH)2 kg UO2(OH)3 kg Th(OH)4 kg Th(OH)4 kg

59 Lampiran 5. Foto peralatan ekstraksi metode basa. Unit Pelarutan 54

60 Unit Pengendapan RE 55