penelitian logam tanah jarang di indonesia

Mineral dan Batubara
PENELITIAN LOGAM TANAH JARANG DI INDONESIA
Isyatun Rodliyah
Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Mineral dan Batubara “tekMIRA”
[email protected]
SARI
Logam tanah jarang (LTJ) memegang peranan yang sangat 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
Penelitian ini dilakukan bekerjasama dengan Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
(PTAPB)-Batan khususnya dalam penyedian cerium oksida. Penelitian ini bertujuan mendapatkan
hasil yang optimal pada proses reduksi CeO2 menjadi logam Ce. Logam cerium dapat dihasilkan
dengan metode metalotermik dengan kadar Ce 50% dan perolehan 91%.
Kata kunci : industri, LTJ, reduksi
1.
LOGAM TANAH JARANG
Logam tanah jarang (LTJ) merupakan kelompok
logam yang pada umumnya berasosiasi dengan
unsur logam yang lain dalam jumlah kecil.
Dalam sistem periodik unsur, kelompok logam
tanah jarang merupakan kelompok lantanida
yang memiliki anggota 14 unsur yaitu: Ce-PrNd-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,
2011). Keberadaan unsur logam tanah jarang
dalam sistem periodik unsur seperti terlihat pada
Gambar 1. Logam tanah jarang diklasifikasikan
menjadi dua berdasarkan berat molekulnya,
yaitu logam tanah jarang ringan atau grup
cerium (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu) dan logam
tanah jarang berat (Gd, Tb, Dy, Ho, Tr, Tm, Yb,
Lu). Logam tanah jarang ringan lebih banyak
keberadaannya dibandingkan dengan logam
tanah jarang berat. Pada kenyataannya LTJ
keberadaan di lapisan bumi tidaklah jarang.
Cerium, lantanum, neodymium, dan ytrium
(Gambar 1) sebenarnya lebih umum
kelimpahannya dibandingkan timbal dan perak
(Atmawinata, 2011). Namun, logam tanah jarang
ditemukan pada kondisi sangat tersebar dan
sedikit ditemukan dalam jumlah yang banyak,
sehingga nilai ekonominya kecil.
2.
PEMANFAATAN LOGAM TANAH
JARANG
Logam tanah jarang dalam bentuk oksida,
memegang peranan yang sangat penting dalam
kebutuhan material maju seperti superkonduktor,
laser, optik elektronik, aplikasi LED dan iPAD,
glass dan keramik. Contoh perkembangan yang
terjadi pada magnet, LTJ mampu menghasilkan
neomagnet, yaitu magnet yang memiliki medan
magnet yang lebih baik dari magnet biasa.
Dengan adanya LTJ ini juga memungkinkan
munculnya mobil bertenaga listrik yang dapat
Penelitian Logam Tanah Jarang di Indonesia ; Isyatun Rodliyah
71
Mineral dan Batubara
Gambar 1. Keberadaan unsur LTJ (warna kuning) dalam sistem periodik unsur
digunakan untuk perjalanan jauh. Oleh
karenanya mobil hybrid mulai marak
dikembangkan. Selanjutnya aplikasi LTJ ini,
permintaan dan kebutuhan dapat dilihat pada
Tabel 1 dan Gambar 2.
Dalam aplikasi metalurgi, penambahan logam
tanah jarang digunakan dalam pembuatan baja
paduan rendah kekuatan tinggi (High Strength
Low Alloy/HSLA), baja karbon tinggi, superalloy,
stainless steel. Karena logam tanah jarang
memiliki kemampuan ketahanan terhadap
panas. Contohnya pada penambahan logam
tanah jarang dalam bentuk aditif atau alloy pada
paduan magnesium dan aluminium, maka
kekuatan dan kekerasan paduan tersebut akan
meningkat secara signifikan.
Tabel 1. Pemanfaatan logam tanah jarang di industri
No
Aplikasi
Unsur LTJ
Permintaan
LTJ 2005
17,17 ton
1
Magnet
Nd, Pr, Dy, Tb,
Sm
2
3
Baterai NiMH
Auto Catalysis
La, Ce, Pr, Nd
Ce, La, Nd
7,2 ton
5,83 ton
4
La, Ce, Pr, Nd
15,4 ton
5
Fluid Cracking
Catalysis
Phosphors
4,007 tons
6
Polishing Powders
7
Glass additives
Eu, Y, Tb, La,
Dy, Ce, Pr, Gd
Ce, La, Pr,
mixed
Ce, La, Nd, Er,
Gd, Yb
15,15 ton
13,59 ton
Pertumbuhan pemakaian logam tanah
jarang
motor listrik pada mobil hybrid, Power
steering elektrik, Air conditioners,
generator, hard disk drives
Baterai mobil Hybrid, baterai Rechargeable
Gasoline and hybrids diesel fuel additive,
untuk peningkatan standar emisi otomotif
global
Produksi minyak, peningkatan kegunaan
minyak mentah
LCD TV dan monitor, plasma TV, energy
efficient compact fluorescent lights
LCD TV dan monitor, plasma TV dan
display, silicon wafers dan chips
Kaca optic untuk kamera digital, bahan
fiber optic
Sumber : Gupta.C.K., 2005 dan Shwe, A, 2008
72
M&E, Vol. 13, No. 1, Maret 2015
Mineral dan Batubara
Gambar 2. Pemanfaatan Logam Tanah Jarang
3.
MINERAL PEMBAWA LTJ DI INDONESIA
Di Indonesia terdapat 2 jenis mineral yang
mengandung LTJ ini. Mineral tersebut adalah
monasit dan senotim. Berdasarkan hasil studi
BATAN di daerah produksi timah, ada beberapa
daerah potensi deposit monasit, yaitu; Bangka
Belitung, Karimata/Ketapang, Rirang-Tanah
Merah (Atmawinata, A., 2011). Monasit
merupakan sumber utama logam tanah jarang
ringan, diperoleh sebagai produk samping dari
penambangan dan pengolahan mineral berat
seperti ilmenit, rutil, dan zirkon (Australia,
Brazilia, Cina dan India); serta kasiterit, ilmenit
dan zirkon (Malaysia, Thailand, dan
Indonesia)(Riedemann, T., 2011). Di Bangka,
mineral monasit Bangka diperoleh sebagai hasil
samping penambangan timah. Mineral monasit
Bangka didapat sebanyak 7.290 - 8.505 ton per
tahun (Sabtanto Djoko Suprapto).
Monasit merupakan senyawa fosfat logam
tanah jarang, berwarna coklat kemerahan.
Mineral monasit merupakan empat mineral yang
berbeda, tetapi karena perbedaannya tidak
banyak, maka mereka dirujuk sebagai satu
mineral monasit. Keempat monasit tersebut
mempunyai persentase berbeda tergantung
pada unsur/elemen penyusunnya (Tabel 2).
Tabel 2. Nama dan rumus kimia monasit
NAMA
RUMUS KIMIA
MONASIT-(Ce)
(Ce, La, Nd, Th, Y)PO4
MONASIT –(La)
(La, Ce, Nd)PO4
MONASIT –(Nd)
(Nd, La, Ce)PO4
MONASIT – (Pr)
(Pr, Nd, Ce, La) PO4
Sumber : Ninik Bintari, 2003
Mineral monasit ini memiliki kandungan thorium
yang cukup tinggi dan dalam jumlah tertentu
dikategorikan
sebagai
TENORM
(Technologically Enhanced Naturally Occuring
Radioaktive Material) yaitu zat radioaktif alam
yang dikarenakan kegiatan manusia atau proses
teknologi terjadi peningkatan paparan potensial
jika dibandingkan dengan keadaan awal.
Penanganan TENORM mesti mematuhi
batasan paparan radiasi sebagai berikut:
paparan untuk pekerja yang diperbolehkan
adalah 20 mSv/th atau 10 uSv/jam sedangkan
paparan untuk publik 1 mSv/th.
Di Malaysia, monasit ditemukan tersebar luas
dalam endapan aluvial sebagai hasil samping
pengolahan timah, sedangkan di Indonesia
Penelitian Logam Tanah Jarang di Indonesia ; Isyatun Rodliyah
73
Mineral dan Batubara
Tabel 3. Pertumbuhan pemakaian LTJ di dunia
Elemen
Application
Ce, La, Nd, Pr
Dy, Nd, Pr, Sm, Tb
Eu, Tb, Y
Ce, Nd, La
Ce, La, Pr
Ce, Er, Gd, La, Nd, Yb
Battery Alloy
Magnets
Phosphors
Ceramics
Others
Catalysts
Polishing Powder
Glass Additives
Total
Consumption
Growth Rate
(Tones p.a. Of REO)
(% p.a.)
2006
2012
17.000
43.000
17
20.500
42.000
13
8.500
14.000
9
5.500
9.000
9
8.000
13.000
8
21.500
32.000
7
14.000
21.000
7
13.000
14.000
1
108.000
188.000
10
REO = rare earth oxide
Sumber : Roskill HK Rare Earth Conference, November 2007
Tabel 4. Perbandingan harga oksida dan logam
Price - US$/Kg
Name
Cerium
Dysprosium
Erbium
Europium
Gadolinium
Lanthanum
Lutetium
Neodymium
Praseodymium
Samarium
Terbium
Ytterbium
Ytterium
Misch Metal (48% Ce)
Misch Metal (25% La)
Oxide
End-2007
End-Oct 2008
3,60
3,80
94,00
118,00
35,00
35,00
368,00
525,00
N/A
N/A
4,60
8,00
550,00
550,00
30,00
20,00
28,00
20,00
4,40
4,40
633,00
621,00
55,00
55,00
12,00
12,00
Penelitian Logam Tanah Jarang di Indonesia ; Isyatun Rodliyah
Metal
End-2007
End-Oct 2008
7,10
10,50
125,00
153,00
N/A
N/A
560,00
700,00
25,00
28,00
6,00
13,00
N/A
N/A
40,00
29,00
37,00
29,00
14,00
26,00
750,00
793,00
N/A
N/A
29,00
42,00
6,00
8,00
12,00
14,00
75
Mineral dan Batubara
Daerah Bangka Belitung bekerjasama dengan
PSTA-BATAN akan dibuat pilot plant untuk
pemisahan unsur-unsurnya yaitu serium oksida,
lanthanum oksida dan neodinium oksida.
Puslitbang tekMIRA bekerjasama dengan BATAN
telah melakukan penelitian mengenai reduksi
LTJ-oksida menjadi logam-logamnya dan sudah
berhasil membuat logam serium. Disamping
mengembangkan pembuatan logamnya,
Puslitbang tekMIRA bekerjasama dengan
Universitas Padjajaran (Unpad) juga
mengembangkan pembuatan gadolinium oksida
yang dimanfaatkan untuk bidang kesehatan yaitu
sebagai contrast agent.
Tahun 2013 penelitian di tekMIRA difokuskan
pada reduksi LTJ-oksida menjadi logamlogamnya yaitu reduksi logam serium (Ce) dari
serium oksida (Ce2O3). Pasir monasit yang
digunakan didapatkan dari PT. Mutiara Prima
Sejahtera. 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 analisa XRF dapat dilihat pada Tabel 5 di
bawah ini. Gambar penampakan pasir monasit
dapat dilihat pada Gambar 6.
Tabel 5. Komposisi unsur tanah jarangpasir
monasit PT. MPS
Gambar 5. Grafik kecenderungan harga LTJ
mulai tahun 2008 - 2010
Batubara (tekMIRA), BATAN, Unpad, PT. Timah,
BPPT, BBLM-Kemenperind, dan Universitas
Indonesia. Perkembangan penelitian logam
tanah jarang di Indonesia cukup
menggembirakan.PT. Timah bekerjasama
dengan PTBGN-BATAN sedang membangun
pilot plant pengolahan pasir monasit hingga
menghasilkan LTJ-oksida dengan kapasitas
50kg/umpan yang akan selesai di akhir tahun
2014. LTJ-oksida yang akan dihasilkan dari pilot
plant PT. Timah selanjutnya oleh Pemerintah
76
No.
Elemen
Kadar (%)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Serium (Ce)
Gadolinium (Gd)
Yttrium (Y)
Neodimium (Nd)
Terbium (Tb)
Lantanum (La)
Dysprosium (Dy)
Europium (Eu)
Samarium (Sm)
Prasedomium (Pr)
Thorium (Th)
Uranium (U)
25,84
1,11
1,07
10,18
0,08
11,02
0,34
0,078
1,54
2,45
5,83
0,13
M&E, Vol. 13, No. 1, Maret 2015
Mineral dan Batubara
berasosiasi dengan magnesium seperti yang
terlihat pada Gambar 10 dan Gambar 11. Hasil
dari analisis untuk kedua proses tersebut
menunjukkan bahwa baik logam ataupun terak
masih didominasi oleh cerium oksida.
Percobaan pendahuluan selanjutnya adalah
dengan menaikkan suhu proses menjadi
1000 oC dengan komposisi bahan sama seperti
Gambar 11. Hasil analisis SEM X-Ray
Mapping untuk terak dengan
tanpa fluks
Gambar 8. Hasil analisis SEM X-Ray Mapping
untuk lelehan dengan fluks
Gambar 9. Hasil analisis SEM X-Ray Mapping
untuk terak dengan fluks
Gambar 10. Hasil analisis SEM X-Ray
Mapping untuk lelehan dengan
tanpa fluks
78
pada percobaan awal. Dari hasil analisis XRD
belum terlihat adanya logam cerium. Fasa logam
yang dihasilkan masih berupa serium oksida dan
fasa terak yang terbentuk juga masih serium
oksida. Didalam fasa logam terbentuk juga
magnesium silikat seperti ditunjukkan pada
Gambar 13. dan Gambar 14.
Gambar 12. Hasil analisis XRD untuk fasa logam
Gambar 13. Hasil analisis XRD untuk fasa terak
M&E, Vol. 13, No. 1, Maret 2015
Mineral dan Batubara
Percobaan pendahuluan selanjutnya adalah
dengan menambahkan komposisi berat CeO2
dengan Mg yaitu 1:1, suhu 1200oC dan kondisi
lainnya sama seperti pada percobaan awal
sebelumnya. Dari hasil percobaan sudah terlihat
terbentuknya fase logam cerium berupa perakabu (Gambar 14).
Pada fase 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 fase
terak dapat dilihat pada Gambar 16.
Gambar 16. Hasil analisis SEM X-Ray
Mapping pada fasa terak
Gambar 14. Foto penampakan logam cerium
Hasil analisis SEM X-Ray mapping yang
diperlihatkan pada Gambar 15. Gambar tersebut
menunjukkan bahwa pada fase logam, logam
cerium (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.
6.
KESIMPULAN
Perkembangan penelitian logam tanah jarang di
Indonesia cukup mengembirakan. Hal ini dapat
dibuktikan dari banyaknya instansi yang
menekuni penelitian pengolahan dan pemurnian
logam tanah jarang baik dari lembaga penelitian,
perguruan tinggi dan industri. Pilot plant
pengolahan pasir monasit menjadi produk LTJoksida sudah akan dibangun oleh PT. Timah
bekerjasama dengan BATAN. Reduksi LTJoksida menjadi logamnya terutama logam
serium sudah berhasil dilakukan oleh Puslitbang
tekMIRA dengan metode metalotermik.
DAFTAR PUSTAKA
Gambar 15. Hasil analisis SEM X-Ray
Mapping pada fasa logam
Atmawinata, A., Pengembangan Industri REE
di Indonesia, Kementerian Perindustrian,
Jakarta, 2011.
Castor, S and Hedrick, 2011, J. 'Rare Earth
Element . www.fieldexexploration.com,
Diunduh pada tanggal 9 April 2011 pukul
14.00 WIB
Gupta, C.K. and Krishnamurthy, N., 2005,
Extractive Metallurgy of Rare Earth, CRC
Press, Boca Raton London New York
Washington, D.C.
Penelitian Logam Tanah Jarang di Indonesia ; Isyatun Rodliyah
79
Mineral dan Batubara
Ninik Bintari, R. Subagiono, MV Purwani,
Bambang EHB, 2003, 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.
Shwe, A., Soe and Lwin, K., 2008, Study on
Extraction of Ceric Oxide from Monazite
Concnetrate, WorD Academy of Science,
Engineering and Technology, 48, pp 331333.
Sabtanto Djoko Suprapto, Tinjauan Logam
Tanah Jarang, Bidang Program Dan
Kerjasama,Pusat Sumber Daya Geologi.
Riedemann, T., 2011, High Purity Rare Earth
Metals in Separation, US Department of
Energy Specialized Research Center.
80
M&E, Vol. 13, No. 1, Maret 2015