134 ISSN 0216-3128 Suyanti, dkk. PENGARUH KONSENTRASI UMPAN DAN TINGKAT EKSTRAKSI PADA PEMURNIAN THORIUM DAN SERIUM DARI HASIL OLAH PASIR MONASIT Suyanti dan MV. Purwani Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan BATAN ABSTRAK PENGARUH KONSENTRASI UMPAN DAN TINGKAT EKSTRAKSI PADA PEMURNIAN THORIUM DAN SERIUM DARI HASIL OLAH PASIR MONASIT. Telah dilakukan ekstraksi torium (Th) dan serium (Ce) dari konsentrat Th-LTJ hidroksida hasil olah pasir monasit. Tujuan penelitian untuk memisahkan Th dan Ce dari logam tanah jarang serta memperoleh Th dan Ce oksalat yang mempunyai kemurnian tinggi. Sebagai umpan atau fasa air (FA) konsentrat Th-LTJ hidroksida yang dilarutkan dalam 250 ml HNO 3 5,6 M dan menggunakan ekstraktan 15 % tributilfosfat (TBP)-kerosen sebanyak 250 ml sebagai fasa organik (FO). Ekstraksi dilakukan secara catu bertingkat dan striping dilakukan tiga kali menggunakan air dan larutan asam oksalat 5%. Waktu ekstraksi 15 menit dan kecepatan pengadukan 175 rpm. Parameter yang diteliti adalah konsentrasi Th-LTJ Hidroksida dalam umpan dan jumlah tingkat ekstraksi. Kondisi proses terbaik adalah pada konsentrasi umpan 25 g/250 ml, dan tingkat ekstraksi pemisahan ini dapat dihentikan setelah tingkat ekstraksi III. Pada tingkat ekstraksi I (FS2) adalah merupakan pengambilan Ce, pada kondisi ini diperoleh berat endapan = 6,59 gram, kadar Ce = 75,51%, Kd Ce = 2,77, efisiensi ekstraksi 73,46% dan faktor pisah Ce-Th tak terhingga. Pada tingkat ekstrasi II dan III adalah proses pengambilan Th. Pada ekstraksi II diperoleh berat endapan = 3,14 gram, kadar Th = 87,86%, Kd Th = 0,79, efisiensi ekstraksi = 35,90% dan faktor pisah Th-Ce 68,69. Pada tingkat ekstraksi III diperoleh : berat endapan 1,80 gram, kadar Th = 87,86%, Kd Th = 0,83, efisiensi ekstraksi = 20,63% dan faktor pisah Th - Ce = 86,69. ABSTRACT INFLUENCE OF FEED CONCENTRATION AND NUMBER OF STAGES PURIFICATION OF Th AND Ce FROM MONAZITE SAND TREATMENT PRODUCT. The extraction of Th and Ce from Th- Rare Earth hidroxyde concentrate product of monasite sand treatment has been done. The purpose of this research was to separate of the Th and Ce from Rare Earth and to obtain pure of Th and Ce oxalate. As feed or aqeous phase was Th-Rare Earth hidroxyde concentrate which was disolved in 250 ml HNO 3 5.6 M and used 250 ml of 15% TBP in kerosene as organic phase. The multi stage extraction was carried out batchwesely and the stripping was performad using water and dilute oxalic acid. The parameters observed were concentration of feed and the stage number of extraction. The extraction was carried out for 15 minutes with the agitation speed of 175 rpm. The optimum condition was obtained at concentration of feed 25 g/250 ml and the number of stage was 3. The extraction first stage was recovered of Ce and at which the weight of precipitate was 6.69 grams, concentration of Ce = 75.51%, Kd of Ce was 2.77; extraction efficiency Ce was 74.46 %, and separation factor Ce-Th = unlenated. At stage II and III extraction were recovery of Th. At stage II extraction the weight of precipitate obtained was 3.14 grams, with the composition Th = 87.85%, Kd of Th was 0.79, extraction efficiency was 35.90 %, separation factor Th-Ce was 68.69. At stage III extraction the weight of precipitate obtained was 1.80 grams, with the composition Th = 87.86%, Kd of Th = 0.83, extraction efficiency = 20.63 %. At stage III extraction the separation factor Th-Ce was 86.69. LATAR BELAKANG P asir monasit merupakan mineral yang mempunyai bentuk ikatan fosfat yang mengandung torium (Th) dan logam tanah jarang jarang seperti serium (Ce), lantanum (La), neodimium (Nd), samarium (Sm), itrium (Y), disprosium (Dy) dan gadolinium (Gd). Di Indonesia, pasir monasit merupakan hasil samping pencucian bijih timah oleh PT Tambang Timah yang terdapat di Pulau Bangka dan Pulau Belitung. Selain itu pasir monasit juga terdapat di Pulau Singkep, Rirang dan Tanah Merah (Kalimantan) (Purwani, (1999) (1).
135 ISSN 0216-3128 Suyanti, dkk. Logam tanah jarang murni secara umum mempunyai kekuatan mekanis yang baik, titik lebur yang tinggi dan mempunyai sifat fisis yang menguntungkan dalam bidang industri. Contoh Sm, Gd, Dy dapat digunakan dalam bidang nuklir karena ke tiga unsur tersebut mempunyai tampang lintang netron yang besar, Y dapat digunakan dalam bidang industri elektronika, sedangkan Ce, La dan Nd digunakan dalam bidang industri metalurgi serta (Th) sebagai bahan bakar nuklir (Prakash, S., (1975) (2). Mengingat manfaat yang dimiliki thorium dan logam tanah jarang lainnya, serta dengan pertimbangan adanya cadangan pasir monasit di Indonesia yang cukup besar, maka layak untuk dilakukan usaha pengambilan/pemisahan unsurunsur tersebut. Hal ini selain untuk memaksimalkan potensi dari pasir monasit, juga akan memberikan nilai ekonomis yang lebih tinggi. Unsur-unsur yang terkandung dalam pasir monasit dapat dipisahkan dengan beberapa tahapan proses, yaitu peleburan, pemisahan dan pemurnian. Salah satu teknik pemisahan dan pemurnian yang sering dipakai adalah ekstraksi pelarut atau ekstraksi cair-cair. Teknik pemisahan ini sangat sederhana, cepat, mempunyai ruang lingkup yang luas, dapat dipakai untuk pemisahan logam-logam dari kadar rendah sampai kadar tinggi. Terjadinya pemisahan unsur yang satu dengan yang lainnya karena berpindahnya salah satu atau beberapa unsur dari fasa cair yang satu ke fasa cair yang lainnya yang tidak saling melarutkan. Terpisahnya unsurunsur ini karena perbedaan reaktifitas setiap unsur dan perbedaan difusivitas masing masing unsur terhadap fasa organik. ISHIMORI dkk (1963) (3) menyajikan data hubungan keasaman atau molaritas HNO 3 dengan besarnya koefisien distribusi (Kd) setiap unsur jika diekstraksi dengan TBP. Dari data ini dapat ditunjukkan perbedaan Kd Ce dan Kd Th, sehingga dapat diharapkan terjadi pemisahan antara kedua unsur tersebut. Tujuan penelitian ini adalah untuk memisahkan Th dan Ce dari logam tanah jarang serta memperoleh Th dan Ce oksalat yang mempunyai kemurnian tinggi. Pada penelitian ini dilakukan ekstraksi konsentrat Th-LTJ hidroksida yang berasal dari konsentrat Th-LTJ oksalat hasil ekstraksi bertingkat konsentrat LTJ hidroksida dan ekstraksi bertingkat konsentrat Ce(NO 3 ) 4 pada tingkat ekstraksi III dan IV. Konsentrat Th-LTJ oksalat yang telah dilebur dengan NaOH, kemudian dilarutan dalam asam nitrat dan selanjutnya diekstraksi dengan TBP dalam kerosen secara catu bertingkat. Parameter yang diteliti adalah konsentrasi umpan dan tingkat ekstraksi. Menurut HANSON,C., (4) reaksi yang terjadi antara logam dengan TBP pada keasaman rendah mengikuti reaksi berikut : H + NO 3 HNO 3(a) (1) HNO3(a) HNO3(o) (2) HNO3(o) + TBP(o) HNO3. TBP(o) (3) Ce 4+ + 4NO 3 + 4TBP Ce(NO3 ) 4.4 (o) (4) Th 4 + 4NO 3 + 4TBP Th(NO 3 ) 4.4 (o) (5) (a) =fasa air, (o) = fasa organik Ekstraksi bertingkat dilakukan beberapa kali sampai ekstraksi dianggap tidak efisien lagi. Untuk memungut kembali Ce dan Th dari senyawa kompleks dilakukan reekstraksi atau striping memakai air dan asam oksalat encer. Masingmasing tingkat ekstraksi dilakukan striping tiga kali. Striping pertama dengan air, striping kedua dengan larutan asam oksalat 5 % dan striping ketiga dengan air lagi. Pemakaian air sebagai fasa penstriping bertujuan untuk mengambil unsur yang senyawa kompleksnya paling mudah untuk dipecahkan sehingga akan mudah dipisahkan dengan unsur yang lain. Karena air merupakan agen penstriping yang sangat lemah memecah senyawa kompleks, sehingga akan terjadi kompetisi yang nyata antara unsur yang satu dengan unsur yang lain ketika bereaksi dengan fasa organik. Striping memakai asam oksalat bertujuan mengambil semua unsur yang tertinggal dalam FO, karena asam oksalat merupakan agen penstriping yang sangat kuat untuk memecah senyawa kompleks dan sekaligus dapat untuk mengendapkan semua logamlogam, striping ketiga dengan menggunakan air bertujuan untuk membersihkan sisa oksalat dan logam-logam yang masih terdapat dalam FO. Reaksi yang terjadi pada striping dengan air sebagai berikut :
Suyanti, dkk. ISSN 0216-3128 136 Ce(NO 3 ) 4.4TBP + H 2 O Ce(NO 3 ) 4 + 4TBP + H 2 O (6) Th(NO 3 ) 4.4TBP + H 2 O Th(NO 3 ) 4 + 4TBP+ H 2 O (7) Hasil striping dengan air diendapkan dengan asam oksalat, reaksinya : Ce(NO 3 ) 4 + 2 H 2 C 2 O 4 Ce(C 2 O 4 ) 2 + 4HNO 3 (8) Th(NO 3 ) 4 + 2 H 2 C 2 O 4 Th(C 2 O 4 ) 2 + HNO 3 (9) Reaksi yang terjadi pada striping dengan asam oksalat adalah: Ce(NO 3 ) 4.4TBP + 2H 2 C 2 O 4 Ce(C 2 O 4 ) 2 + 4HNO 3 + 4TBP (10) Th(NO 3 ) 4.4TBP + 2 H 2 C 2 O 4 Th(C 2 O 4 ) 2 +4HNO 3 + 4 TBP (11) Salah satu faktor yang sangat berpengaruh terhadap kecepatan perpindahan massa dari fasa air (FA) ke fasa organik (FO) adalah besarnya konsentrasi solut dalam umpan. Hal ini dapat dijelaskan dengan hukum Fick (Treybal,1982) (5) dc N = D (12) dz dengan, N = kecepatan transfer massa (g cm -3 s -1 ) D = difusifitas (cm 2 s -1 ) C = konsentrasi (g cm -3 ) z = lebar lapisan antar fasa (cm 2 ) Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa variabel konsentrasi berbanding lurus dengan kecepatan transfer massa, sehingga semakin besar konsentrasi akan semakin besar juga kecepatan perpindahan massa. Konsentrasi umpan yang semakin tinggi akan meningkatkan harga koefisien distribusi, karena memberikan kemungkinan yang lebih banyak agar unsur yang akan dipisahkan dapat terekstraksi. Namun pada konsentrasi tertentu, umpan tidak dapat lagi larut dalam fasa air atau mengalami kejenuhan, sehingga unsur yang akan dipisahkan sulit terekstraksi. Untuk mengetahui besarnya unsur yang terdistribusi dari fasa air ke fasa organik, maka digunakan suatu besaran yang disebut koefisien distribusi (Kd). Harga Kd dapat ditentukan berdasarkan persamaan : X Kd io i = (13) Xia dengan, X io = konsentrasi solut dalam fasa organik (g/l) X ia = konsentrasi solut dalam fasa air (g/l) Untuk mengetahui keberhasilan suatu proses ekstraksi digunakan suatu besaran, yaitu faktor pisah (FP). Faktor pisah merupakan perbandingan antara koefisien distribusi suatu unsur dengan unsur lainnya yang dipisahkan (Kopkhar,1990) (6), yang dituliskan sebagai berikut : Kd FP = 1 (14) Kd2 Keterangan : Kd = Koefisien distribusi 1,2 = notasi untuk unsur-unsur yang dipisahkan (Th dan Ce) Sedangkan efektivitas dalam suatu proses ekstraksi dapat dinyatakan dengan prosentasi solut yang terekstrak, yang dapat diperoleh melalui persamaan : X E = 2 x100% (15) U Keterangan : E = prosentase ekstraksi/efisiensi ekstraksi (%) X 2 = konsentrasi solut yang ada dalam fasa organik (g/l) U = konsentrasi umpan (g/l) TATA KERJA Bahan Konsentrat Th-LTJ oksalat hasil olah pasir monasit (komposisi Ce = 37.50 % dan Th = 30.74 %), kerosen buatan Fisher, HNO 3 65 % Merck, H 2 C 2 O 4 teknis, air suling, kertas saring, NaOH teknis. Alat Gelas beker, corong pemisah, corong gelas, timbangan merk Sartorius, pengaduk merk Ika Werke RET basic, pengaduk pemanas merk Ika Cere Mag, erlenmeyer, oven merk Sanken, spektrometer pendar sinar-x ortex 1070
137 ISSN 0216-3128 Suyanti, dkk. Cara Kerja 1. Preparasi umpan Konsentrat Th-LTJ oksalat hasil olah pasir monasit sebanyak 500 gram dilebur dengan menggunakan NaOH sebanyak 250 gram dan ditambah air 1.000 ml pada suhu 140 o C selama 2 jam. Leburan kemudian dicuci dengan menggunakan air sampai air cucian pada ph netral (ph=7). Selanjutnya endapan dikeringkan dalam oven sampai kering dan diperoleh Th-LTJ hidroksida. 2. Ekstraksi I dan striping a. Konsentrat Th-LTJ hidroksida berat bervariasi 15 gram, 20 gram, 25 gram, 30 gram dan 35 gram dilarutkan dalam HNO 3 14,4 M sebanyak 100 ml, sambil diaduk dan dipanaskan dengan alat pengaduk pemanas. Volume di tepatkan menjadi 250 ml dengan air suling sebagai fasa air (FA). b. Fasa air ditambah 250 ml campuran 15% TBP dalam kerosen sebagai fasa organik (FO). c. Dilakukan ekstraksi selama 15 menit dengan kecepatan pengadukan 175 rpm. d. Fasa air atau FA dan fasa organik (FO) dipisahkan, diperoleh FA I dan FO I. Masing-masing ditampung dalam beker gelas, yang berisi FA I ditutup untuk proses ekstraksi tingkat II, sedang FO I distriping. e. Fasa organik (FO) I distriping (direekstraksi) dengan menggunakan air suling sebanyak 250 ml, diaduk dengan kecepatan 175 rpm selama 5 menit, kemudian FO I dan fasa striping (FS1 air) dipisahkan dengan corong pisah. FS1 air, diendapkan dengan larutan asam oksalat jenuh kemudian disaring, dikeringkan dengan oven pada suhu 120 o C, ditimbang dan dianalisis. f. Fasa organik (FO) I setelah distriping dengan air, distriping kembali dengan 250 ml larutan asam oksalat 5% selama 5 menit. Fasa striping dipisahkan (diperoleh FS2 oks dan FO I), FS2 oks ditambah asam oksalat 5% sampai tidak terjadi endapan lagi. Endapan disaring, dikeringkan, ditimbang dan dianalisis. g. Fasa organik (FO) I distriping lagi dengan air suling 500 ml. Fase striping dipisahkan dari FO I diperoleh FS3 air, diendapkan jika ada endapan disaring, dikeringkan, ditimbang dan dianalisis dengan spektrometer pendar sinar-x. Bagan striping seperti pada Gambar 1. 3. Ekstraksi tingkat II sampai ekstraksi tingkat VII. FA I dari ekstraksi I diekstraksi lagi dengan FO I (FO I yang telah distriping 3 kali dari ekstraksi I) dengan kecepatan pengadukan 175 rpm selama 15 menit, sehingga diperoleh FA II dan FO II. FA II kemudian diekstraksi lagi seperti pada ekstraksi tingkat I maupun tingkat II dan seterusnya sampai ekstraksi tingkat VII. Bagan ekstraksi seperti pada Gambar 1.
Suyanti, dkk. ISSN 0216-3128 138 Gambar 1. Bagan Ekstraksi Gambar 2. Bagan Pelaksanaan Re-ekstraksi (Striping) HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh tingkat ekstraksi Pada Gambar 1 dapat dilihat kecenderungan berat endapan oksalat yang terbentuk pada fasa striping yang mewakili perpindahan massa dari fasa air (FA) ke fasa organik (FO). Fasa organik diwakili oleh fasa striping ( FS ), karena unsur unsur yang berada dalam FO semua diambil lagi oleh FS dan diendapkan sempurna dengan asam oksalat. Pada berbagai variasi konsentrasi umpan, berat endapan yang terbentuk pada Ekstraksi I FS1 dan FS2 paling besar dibanding ekstraksi selanjutnya. Fasa umpan pada tingkat ekstraksi I, konsentrasi Th dan LTJ paling besar dibanding pada tingkat ekstraksi selanjutnya maka perpindahan massanya juga paling besar sehingga endapan yang dihasilkan juga paling banyak. Gambar 3. Hubungan tingkat ekstraksi dengan berat endapan fasa striping (g) pada berbagai konsentrasi umpan. Seiring dengan bertambahnya tingkat ekstraksi maka konsentrasi logam dalam umpan juga semakin menurun, maka perpindahan massa juga semakin kecil dan endapan yang dihasilkan juga semakin sedikit. Pada Gambar 3 dapat dilihat puncak-puncak besarnya berat endapan yang semakin lama semakin rendah hingga menjadi nol. Semakin banyak tingkat ekstraksi, berat endapan yang terbentuk semakin berkurang dan ekstraksi berhenti pada Ekstraksi VII. Pada ekstraksi tingkat II dan tingkat ekstraksi selanjutnya sampai dengan tingkat ekstraksi ke VII logam terutama Ce dalam umpan telah berkurang banyak, maka perpindahan massa dari fasa air ke fasa organik menjadi semakin kecil. Dengan demikian pada ekstraksi II dan seterusnya endapan yang terbentuk juga semakin sedikit. Salah satu bahan pertimbangan untuk menentukan kondisi proses pada tahap selanjutnya adalah kadar unsur dari hasil pemisahan dari proses tersebut. Gambar 4 tampak bahwa ekstraksi tingkat II, FS 2 pada berbagai konsentrasi umpan menghasilkan kadar Th yang sama yaitu 87.86% kecuali pada konsentrasi umpan 15 gram kadar Thnya lebih kecil. Pada ekstrasi tingkat III, untuk konsentrasi umpan 25 g, 30 g dan 35 g masih menghasilkan Th dengan kadar yang tinggi yaitu (87%) dan pada ekstraksi tingkat IV konsentrasi Th
139 ISSN 0216-3128 Suyanti, dkk. sudah mulai turun. Dari uraian tersebut dapat dikatakan bahwa ekstraksi tingkat II dan tingkat III adalah merupakan ekstraksi pengambilan atau pemisahan Th. Pada Gambar 4 dapat dilihat bahwa kadar Th yang terektraksi ke FO akan semakin berkurang dengan semakin banyaknya jumlah tingkat ekstraksi. Kadar Th dalam endapan pada ekstraksii masih rendah yaitu antara 34-57%. Pada konsentrasi umpan 25 gram sampai 35 gram, ekstraksi II dan ekstraksi III, dihasilkan Th dengan kadar yang tinggi yaitu 87,86%, sedangkan pada umpan dibawah 25 gram kadar Th dibawah 87%. Ekstraksi IV samapai VII kadar Th menurun mulai dari 80 % menjadi 5%. umpan, konsentrasi Ce dalam fasa striping merupakan kadar Ce tertinggi pada proses ekstraksi ini. Selain itu dari Gambar 3 tersebut juga menunjukkan bahwa Ce telah terekstraksi sangat besar pada ekstraksi tingkat I, sehingga pada ekstraksi tingkat II sampai dengan tingkat VII Ce yang terekstraksi sudah kecil dengan kadar yang jauh lebih kecil dibanding pada ekstraksi I. Dengan penjelasan di atas dapat dikatakan bahwa ekstraksi tingkat I pada striping kedua merupakan ekstraksi pengambilan Ce. Pengaruh konsentrasi umpan Gambar 6 tampak bahwa dengan bertambahnya berat konsentrat Th-LTJ hidroksida dalam umpan maka konsentrasi Th dan LTJ dalam umpan juga semakin besar, konsensentrasi Th, Ce yang besar tersebut menyebabkan semakin kuatnya unsur mendifusi ke FO. Karena FO masih segar, kemampuan TBP mengekstrak masih besar jumlah TBP tetap menyebabkan TBP lebih banyak membentuk kompleks dengan Th atau LTJ maka hasil striping juga semakin besar. Gambar 4. Hubungan tingkat ekstraksi dengan kadar Th (%) pada berbagai konsentrasi umpan Pada tingkat ekstraksi I FS2, konsentrasi Ce dalam fasa striping merupakan kadar Ce tertinggi. Setelah terekstraksi sangat besar pada ekstraksi tingkat I, selanjutnya pada ekstraksi tingkat II sampai dengan tingkat VII, Ce yang terekstraksi kecil dengan kadar yang jauh lebih kecil dibanding pada ekstraksi I. Dengan penjelasan di atas dapat dikatakan bahwa ekstraksi tingkat I merupakan ekstraksi pengambilan Ce. Gambar 5. Hubungan tingkat ekstraksi dengan kadar Ce (%) pada berbagai konsentrasi umpan Gambar 5 dapat dilihat bahwa kadar Ce yang yang dihasilkan akan semakin menurun dengan semakin banyaknya jumlah tingkat ekstraksi. Pada Gambar 5 tampak bahwa pada ekstraksi I terutama FS2 pada berbagai konsentrasi Gambar 6. Hubungan konsentrasi umpan dengan berat endapan fasa striping (g) pada berbagai tingkat ekstraksi Pada Gambar 7 dan Gambar 8 ditunjukkan bahwa tingkat ekstraksi I TBP lebih banyak mengekstraksi Ce dibanding Th, karena pada umpan segar konsentrasi Ce lebih besar dibanding dengan konsentrasi Th, akibatnya Ce lebih mudah mendifusi ke FO sehingga Kd Ce lebih besar dibanding Kd Th. Setelah Ce terekstraksi sangat besar pada ekstraksi I, maka selanjutnya kesempatan Th untuk bereaksi dan berpindah ke fasa organik. Setelah Ce terekstraksi sangat besar pada ekstraksi I, maka selanjutnya kesempatan Th untuk bereaksi dan berpindah ke fasa organik. Pada dasarnya TBP akan bereaksi lebih baik dengan Th dibanding dengan Ce, tetapi karena kadar Ce lebih besar dibanding Th maka Th sulit untuk berkompetisi dengan Ce. Ketika kadar Ce sudah kecil pada ekstraksi tingkat II kesempatan Th bereaksi dengan TBP dan mendifusi ke FO semakin lebih cepat. Keadaan ini berlanjut sampai ekstraksi
Suyanti, dkk. ISSN 0216-3128 140 tingkat VII, yang ditandai dengan Kd Th yang jauh lebih besar dibanding Kd Ce. Kd Th semakin besar dengan bertambahnya konsentrasi Th-LTJ dalam umpan. Pada umumnya Kd yang tinggi diperoleh pada tingkat ekstraksi II dan tingkat ekstraksi III. Kd yang tertinggi diperoleh pada berat konsentrat Th-LTJ hidroksid dalam umpan 30 gram, yaitu 0.89. Gambar 7. Pengaruh konsentrasi umpan terhadap Kd Th pada berbagai tingkat ekstraksi sehingga dalam pembentukan kompleks dengan TBP menjadi lemah. Bertambah besarnya berat konsentrat Th- LTJ hidroksida dalam umpan maka konsentrasi Th dan Ce dalam umpan juga semakin besar, konsensentrasi Ce yang besar tersebut menyebabkan semakin kuatnya Ce mendifusi ke FO. Karena FO masih segar, kemampuan TBP mengekstrak masih besar jumlah TBP tetap menyebabkan TBP lebih banyak membentuk kompleks dengan Ce dibanding dengan Th atau dengan unsur yang lain, sehingga Kd Ce pada ekstraksi I ini jauh lebih besar dibanding Kd Th, seperti tampak pada Gambar 7 dan Gambar 8. Pada Gambar 9 tampak bahwa pada berbagai konsentrasi umpan, efisiensi ekstraksi Th yang besar diperoleh pada ekstraksi tingkat II dan III. Berat Th-LTJ hidroksida dalam umpan sebanyak 30 gram memberikan efisiensi ekstraksi terbesar yaitu 37,01%. Setelah ekstraksi tingkat III, efisiensi ekstraksi Th semakin turun sampai ekstraksi VII paling kecil. Semakin besar konsentrat Th-LTJ hidroksida di dalam umpan semakin besar pula efisiensi ekstraksi Ce, karena kadar Ce yang tinggi dalam umpan semakin mudah mendifusi ke FO, pada ekstraksi II dan tingkat ekstraksi selanjutnya efisiensi ekstraksi Ce sangat kecil dibanding pada ekstraksi I, hal ini dapat dilihat pada Gambar 10. Gambar 8. Pengaruh konsentrasi umpan terhadap Kd Ce pada berbagai tingkat ekstraksi Pada tingkat ekstraksi II sampai dengan tingkat VII pada ekstraksi ini yang sangat berpengaruh adalah faktor kimia, dimana TBP dapat mengekstrak Th dengan baik. Dengan demikian Th akan mudah masuk ke FO dibanding dengan Ce dan menyebabkan Kd Th lebih besar dibanding Kd Ce. Kemampuan dan kecenderungan Th dan Ce membentuk kompleks tergantung pada konfigurasi elektronnya. Dalam konfigurasi elektron Ce, orbital yang ditempati elektron belum penuh adalah 4f. Orbital 4f terletak lebih dalam dari pada 7s dan 6d pada konfigurasi elektron Th. Akibatnya 4f terhalang oleh orbital-orbitalyang terletak di bagian luar dan penempatan pasangan elektron ke dalam orbital 4f menjadi lebih sulit Gambar 9. Pengaruh konsentrasi umpan terhadap efisiensi ekstrksi Th pada berbagai tingkat ekstraksi. Dari proses ekstraksi dari tingkat I sampai dengan ekstraksi tingkat VII akhirnya dapat ditentukan efisiensi total dari pengambilan Ce dan Th dari konsentrat Th-LTJ hidroksida. Dari Tabel V.32 dan Gambar 5.43 terlihat bahwa pada konsentrasi umpan 30 g/250 ml diperoleh efisiensi ekstraksi Ce dan Th yang besar. Dari proses ekstraksi dari tingkat I sampai dengan ekstraksi tingkat VII akhirnya dapat ditentukan efisiensi total dari pengambilan Ce dan Th dari konsentrat Th-LTJ hidroksida. Dari
141 ISSN 0216-3128 Suyanti, dkk. Gambar 11 terlihat bahwa Th lebih mudah terekstraksi dibanding Ce, hal ini terlihat dari efisiensi ekstraksi total Th lebih besar dibanding efisiensi ekstraksi total Ce. Pada konsentrasi umpan 30 g/250 ml diperoleh efisiensi ekstraksi Th sedangkan Ce efisiensi total terbesar pada konsentrasi 35 g/250 ml. Gambar 10. Pengaruh konsentrasi umpan terhadap efisiensi ekstrksi Ce pada berbagai tingkat ekstraksi. Tabel 1 menunjukkan hubungan konsentrasi umpan (g/250 ml) dengan faktor pisah Th terhadap Ce. Pada berbagai konsentrasi umpan, ekstraksi tingkat I faktor pisah Th - Ce mempunyai harga lebih kecil dari 1, ini berarti bahwa Kd Ce lebih besar dari pada Kd Th atau di dalam endapan hasil sriping konsentrasi Ce lebih besar dari pada konsentrasi Th. Faktor pisah dengan harga kurang dari 1 atau lebih besar dari 1 menunjukkan adanya pemisahan antar unsur yang dimaksud. Pada ekstraksi tingkat II dan III diperoleh harga pisah Th terhadap Ce lebih besar dari 1, berarti bahwa Th terekstraksi lebih banyak dibanding Ce. Semakin besar harga faktor pisah maka pemisahan semakin baik. Selain Kd yang besar, faktor pisah yang baik, efisiensi ekstraksi yang besar, produk atau hasil proses yang banyak, tak kalah penting adalah kadar dari unsur yang dipisahkan memiliki kadar yang tinggi adalah salah satu faktor untuk dapat menentukan kondisi proses yang optimum. Dari seluruh hasil di atas pada konsentrasi umpan 15 g/250 ml dan 20 g/250 ml dihasilkan Ce dengan kadar yang lebih rendah, berat endapan lebih kecil dibanding konsentrasi umpan yang lain. Pada konsentrasi umpan berat 25 g/250 ml dihasilkan kadar Ce yang paling besar yaitu 75% diperoleh dari ekstraksi tingkat I dari fasa striping 2 (FS2). Dari hasil analisa ternyata pada FS2 ini Th tidak terdeteksi oleh spektrometer sinar-x. Selain itu Th yang dihasilkan juga memiliki kadar yang tertinggi yaitu 87.86% yang dihasilkan pada tingkat ekstraksi II dan III. Pada berat umpan 25 gram ini juga memiliki faktor pisah Th-Ce yang cukup tinggi, yaitu 89 dengan efisiensi ekstraksi Ce total sampai ekstraksi tingkat VII 86,07% dan efisiensi ekstraksi Th total 75.42%. Konsentrasi umpan 30 g/250 ml diperoleh efisiensi Th dan Ce yang lebih besar, faktor pisah Th-Ce sedikit lebih tinggi dibanding pada umpan 25 gram, tetapi kadar Ce yang dihasilkan lebih rendah karena masih tercampur dengan Th yang relatif besar yaitu 10,32%. Konsentrasi umpan 35 g/250 ml diperoleh efisiensi Th dan Ce yang lebih besar, berat endapan lebih besar, tetapi faktor pisah yang jauh lebih kecil dibanding konsentrasi umpan 25 g/250 ml dan 30 g/250 ml, Ce yang dihasilkan juga masih mengandung Th yang lebih besar dibanding konsentrasi umpan 30 g/250 ml. Gambar 11.Pengaruh konsentrasi umpan terhadap efisiensi ekstrksi total Th dan Ce. Tabel 1.Hubungan konsentrasi umpan (g/250ml) dengan faktor pisah Th terhadap Ce pada berbagai tingkat ekstraksi. Faktor Pisah Th Terhadap Ce Tingkat Konsentrasi Umpan (g/250ml) Ekstraksi 15 20 25 30 35 I 0.33 0.13 0.08 0.08 0.03 II 125.67 69.71 68.70 12.96 3.42 III 103.68 89.67 86.69 91.23 32.32 IV 64.02 49.09 55.52 50.31 13.81 V 22.07 26.60 5.73 46.00 8.70 VI 10.12 10.50 15.34 25.51 5.57 VII 2.24 4.65 4.63 1.10 2.54
Suyanti, dkk. ISSN 0216-3128 142 KESIMPULAN Kondisi proses pemisahan Th dan Ce dari konsentrat Th-LTJ oksalat terbaik adalah pada konsentrasi umpan 25 g/250 ml, dan tingkat ekstraksi pemisahan ini dapat dihentikan setelah tingkat ekstraksi 3. Pada tingkat ekstraksi I (FS2) adalah merupakan pengambilan Ce pada kondisi ini diperoleh berat endapan = 6,59 gram, kadar Ce = 75,51%, Kd Ce = 2,77, efisiensi ekstraksi 73,46% dan faktor pisah terhadap Th tak terhingga. Pada tingkat ekstrasi II dan III adalah proses pengamilan Th. Pada ekstraksi II dan III diperoleh : berat endapan masing masing tingkat = 3,14 gram dan 1,80 gram, kadar Th = 87,86%, Kd Th masingmasing = 0,79 dan 0,83, efisiensi ekstraksi masingmasing = 35,90% dan 20,63% dan faktor pisah Th terhadap Ce pada tingkat ekstraksi II 68,69 dan pada tingkat ekstraksi III 86,69. DAFTAR PUSTAKA 1. PURWANI, M.V., Pemisahan dan Pemurnian Serium (Ce), Lantanum (La) dan Neodimium (Nd) dari Pasir Monasit, PPPTM-BATAN, Yogyakarta (1999) 1-4. 1. PRAKASH, S., Advanced chemistry of Rare Earth, S. chand and Co., PVT, New Delhi, (1975). 2. ISHIMORI, T., dan NAKAMOTO, E., Data of Organic Solven Extraction, JAERI, 1047, (1963) 5-27. 3. HANSON, C., Reaction Advances in Liquid- Liquid Exstraction, Pergamon Press, Oxford, New York, First edistion, (1971). 4. TREYBAL, ROBERT E, Mass Transfer Operations, McGraw-Hill International Book Company, Auckland (1982). 5. KOPKHAR,S.M., Konsep Dasar Kimia Analitik, UI, Jakarta (1990). TANYA JAWAB J. Djati Pramana Melihat tampilan grafik 4 kadar Th (%) berfluktuatif, terutama pada tingkat ekstraksi II FS2. Apakah kondisi tersebut adalah suatu anomali? Kalau bukan anomali apakah sudah dilakukan percobaan ulang (mungkin ada kesalahan analisis, pengaturan kondisi operasi, dst)? Suyanti Pada tingkat ekstraksi I dan II pada umumnya Ce dan Th terekstrak bersamasama, maka selanjutnya fungsi stripping disini sangat berperan untuk memisahkan antara Th dan Ce tersebut. Pada stripping I (FS1) dengan menggunakan air, Th sudah terambil hampir seluruhnya, jika masih tersisa maka pada stripping ke II (FS2) kada Th-nya sudah sangat kecil, sehingga pada gambar hubungan tingkat ekstraksi Vs kadar Th (%) pada FS2 garis grafik hampir berhimpit dengan garis 0. Stripping ke II (FS2), dihasilkan Ce dengan kadar tinggi terutama pada tingkat ekstraksi I, karena Ce telah terekstrak sangat besar pada tingkat ekstraksi I, maka pada tingkat ekstraksi II dan tingkat ekstraksi selanjutnya FS2, kadar Ce sudah kecil (lihat gambar hubungan tingkat ekstraksi Vs kadar Ce (%), sedangkat untuk Th mulai tingkat ekstraksi II sampai dengan tingkat ekstraksi IV hasil strippingnya diperoleh Th dengan kadar yang masih tinggi yang terpisah dengan Ce. Jadi kondisi tersebut bukan merupakan anomali. Sri Wahyuningsih Pada konsentrasi umpan 15 mg/250 ml diperoleh faktor pisah yang paling tinggi, tetapi pada kesimpulan kenapa dipilih 25 mg/250 ml yang paling optimum, apa pertimbangannya? Suyanti Untuk menentukan kondisi optimum proses ekstraksi selain faktor pisah (FP) yang besar juga dilihat produk yang dihasilkan (hasil pemisahan/endapan) yang besar, kadar yang tinggi dan efisiensi yang besar, sehingga efisiensi proses tercapai. Pada konsentrasi umpan 15 gr/250 ml memang FP-nya paling besar, tetapi berat endapan kadar Th maupun Ce dan efisiensi ekstraksi yang dihasilkan pada berbagai tingkat ekstraksi paling rendah dibanding pada konsentrasi umpan yang lain. Pada konsentrasi umpan 25 gr/250 ml adalah kondisi yang relatif paling baik seperti kriteria di atas.