PENDAHULUAN - Digilib

Prosiding Presenta,ri Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir
PEBN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
ISSN 1410-1998
FIKSASI MOLIBDENUM DARI LARUTAN PELINDIAN
BIJIH URANIUM DENGAN KARBON AKTIF
Mainar S., Guswita.A., Emi.R.A., Susilaningtyas
Pu~\t PengembanganBahan Galian Nuklir
ABSTRAK
FIKSASI MOLIBDENUM
DARI LARUTAN PELINDIAN Burn URANIUM DENGAN KARBON
AKTIF.Telah dilakukan penelitian fiksasi Mo dati larutan basil pelindian bijih U dengan menggW1akankarbon
aktif denganmetodebulk daIl diaduk lmtuk menghilallgkan/mengurangi
molibdenumdalam larutan. h1ikarena Mo
berpengaruhpadaprosespemllffiiall U dengallresin penukar ion atau ekstraksi pelarut. Prosesfiksasi dipengaruhi
oleh beberapaparameter,diantaranyaluas pennukaanbutir karbon aktif, diameterpori, perbandinganberat karbon
aktif denganvolumelarutan,dan waktukontak. Hasil penelitiallmenmljukkan ballwa pada kondisi 4 gr karbon!
100 mllarutan denganukllran butir 0,85 -1,18 mm, daIl waktu kontak 6 jam, Mo difiksasi sebanyak:l:0.50 mmol
dan U yang ikut difiksasi sebanyak:f:0,026 lnmol dalam larutan yang mengandungMo :f: 0,56 m mol dan U :f: 0,25
m mol. Larutan umpan yang mengalldungRE tinggi menunll1kanfiksasi Mo oleh karbon, sehinggapernakaian
karbon aktif untuk memisa11kall
Mo dari lanltan basil digesti bijih Rirallg kurallg efektif dimana Mo difiksasi
:f: 34,5%.
ABSTACT
FIXATION OF Mo IN URANlllM LEACH LIQUORBY ACTIVATEDCARBON.The use of activated carbonfor
Mo fixation by bulk systemis reported..\'everal
factors influencing the fixation process were examined,including
contact time, carbon particle size, carbon porosity and the effect of other elementspresent in Mo containing
solutions. Experimentaldata showedthat an adsorption eguilibrium ofMo on 4 gr of activated carbon and 0,85 to
I, 18 mm of carbon particle size underforced-convectionmass transfer in 100 ml solution that contains:t 0,56 m
molofMo and :to,25 m mol ofU was reachedafter 6 hoursperiod. LInderthoseconditions,about 0,50 m molofMo
and 0,026 m mol ofU were adsorbed into the carbon.High concentration of rare earth elementsdecreasedMo
adsorption,hence,the use of activatedcarbon wasnot effectiveto separateMo from the digestion liquor ofRirang
ore whereMo wasadsorbedinto the carbon:t 34,5 %.
PENDAHULUAN
Bijih uranium asal Rirang selain mengandung uranium juga mengandung molibdenum.
Susunan unsur dalam bijih Rirang adalah sebagai
berikut: U = 0,52 0/0,RE = 63,04%; Mo = 0,24 %
dan Th = 0,02 % I Pelindian dengan asam sulfat
untuk melarutkan uranium dc'1ri bijihnya akan
melarutkan semua unsur-unsur yang mudah larut
dalam asam sulfat termasuk molibdenum. Semua
unsur -unsur
terlarut tersebut merupa-kan
pengotor terhadap konsentrat uranium yang
dihasilkan.
Oleh karena itu, larutan basil
pel indian bijih uranium barns dimurnikan.
Molibdenum dalam asam sulfat membentuk
kompleks anion molibdo sulfat MoO2(SO4h-4yang
sarna dengan kompleks anion
uranil sulfat
UO2(SO4)3-4. Jika larutan basil pel indian bijih
uranium dimumikan dengan resin penukar ion,
maka ion kompleks molibdo sulfat daD uranil
sulfat akan bersaing untuk diikat oleh resin
penukar ion. Ion kompleks molibdo sulfat akan
terikat lebih kuat dati pada ion kompleks uranil
sulfat, karena afinitasnya lebih beSc'1r. Ketika
dilakukan elusi yaitu proses untllk melepaskan
kembali ion kompleks uranil, ion kompleks
molibdo tetc1pterikat pada resin. Jika proses ini
berjalan lebih Ianjut, maka selanjutnya resin
akan jenuh dengan ion
kompleks molibdo
sulfat,sehingga resin tidak dapat mengikat ion
kompleks uranil sulfat. Oleh karena itu jumlah
molibdenum dalam larutan basil pelindian bijih
uranium barns dihilangkan/dikurangi. Salah satu
cara yang dapat dilakukan adalah dengan
memfiksasi molibdenum dengan karbon aktif.
Fiks.1Siadalah penyerapansenyawa oleh karbon
aktif yang dapat dilakukan dengan metode bulk
daD aliran. Penelitian dengan metode bulk
dilakukan dengan cara merendam karbon aktif
dalam larutan umpan daD diaduk selama waktu
tertentu. Karbon aktif yang digunakan buatan
pabrik HYCAB -Australia. Proses fiksasi
dipengaruhioleh beberapaparameter,diantaranya
luas pennukaanbutir karbon aktif, diameter pori,
perbandinganberat kc1rbonaktif dengan volume
larutan, daD waktu koDiak.
Pengamatan
penelitian meliputi: 1. ukuran butir karbon aktif,
2. perbandingan berat karbon dengan volume
larutan,3. waktu kontak karbon denganlarutan
umpan, dan 4.pengguna::mlarutan basil proses
29
Prosiding Presentasi llmiah Dour Bahan Bakar Nuklir
PEBN-BATAN. Jakarta 18-19 Maret 1996
fiksasi untuk umpan pada pemurnian uranium
dengan resin penukar ion.
BAHAN DAN ALA T
TEORI
Karbon aktif adalah senyawaorganik yang
dibuat dengancara karbonisasidari bahan dasar
batubara, batok kelapa , daD kayo. Proseskarbonisasi meliputi dehidrasi bahan dasar,
karbonisasi ,atau mengubah bahan dasar ke
bentuk campuran amorf dan kristal karbon, dan
selanjutnya bahan itu diaktifasi dengan cara
dibakar denganbahan sepertiuap air atau karbon
dioksida (CO2), sehingga terbentuk basil akhir
yang berpori. Hasil yang diperolehdenganproses
ini terutama adalahkarbon dengansedikit bahan
lain yang ada dalam bahan dasar, juga
mempunyai gugus fungsional yang mengandung
oksigen sebagai basil proses aktivasi. Bagian
dalam dari butir karbon sangat berpori yang
terdiri dari makropori dengan diameter pori
1000 A, mikro pori dengan diameter pori 10 2000 A, dan pori dengan diameter <10 A yang
umumnyatidak dapat dimasuki oleh molekul zat
terlarut. Distribusi ukuran pori sebagian besar
merupakanfungsi dari prosesfabrikasi. Luas permukaanluar total adalahantara 500- 1000m2/gr.
Daya serap karbon aktif terutama merupakan
fungsi dari bentuk stuktur pori atausetaradengan
luas permukaan pada produk akhir dari proses
karbonisasi.3
Proses fiksasi molibdenum oleh karbon
aktif merupakan serapan secaraelektrostatis yang
umumnya berasal dari daya tarik
kolombik
antara
ion daD muat.1n gugus ftmgsional. 3
Kapasitas
fiksasi
berkaitan
dengan luas
permukaan, ukuran
molekul zat terlarut dan
diameter pori.Kinetika
fiksasi adalah sebagai
berikut:
tahap pertama molekul yang difiksasi
akan berpindah dari cairan ke permukaan luar
butir karbon, sehingga terjadi lapisan tipis pada
permukaan butir karbon (boundary layer). Tahap
kedua molekul yang difiksasi akan berpindah dari
bagian loaf butir ke tempat fiksasi melalui pori.
Pada t.1hap ketiga, dalam waktu yang sarna
dcngnn tahap kedua pada waktu proses
perpindahan berlangsung, molckul difiksasi d:1n
dipcgang olch pcfJl1ukfu1n. 3 Pada makalah ini
diameter pori daD ukuran molekul L1t terlarut
dianggap paramel.cr tet:1p, karena larutan dan
karbon yang dipakai 5<1ma. Scbag:1i parameter
pcrubah yang analog dengan luas pcnnukaan
adalahjumlah dan ukuran butir, scdangkan waktu
kontak merupakan parameter tcrl1adap kinctika
fiksasi.
Bahan yang dipaJai adalah tarutao hasil
pelindian bijih uranium yang mengandung
molibdenum,karbon aktif buatan pabrik HYCAB
Australia, resin Duolit 101, bahan kimia untuk
analisisMo, dc'lnU.
Alat yang dipakai adalah timbangan semi
analitis, seperangkatspektrofotometer,pH meter,
furnace, pengaduk magnet stirer, kolom resin
dan alat gelas.
Tatakerja
Lamlan umpan disiapkan (Iamlan pelindian
bijih uranium yang mengandungmolibdenum).
Karbon sebelumdipakai dipanaskanpada suhu
700 °C selama1 jam.
1. Menenhlkan waktu kontak
Karbon denganukuran butir ditetapkan,daft
ditimbang sebanyak5 gram, rlan dimasukkanke
dalam beker gelas 250 mI. Lalu ia direndam
dalam aquadesselama satu malam ,rlan selanjutnya aimya didekantasi. Larutan umpan
sebanyak150 ml ditambahkan.Fiksasi dilakukan
denganwaktukontak 1/2, I, 2, 3, 4, 5, 6, 24, daD
30 jam. Selama proses fiksasi larutan diaduk
terns menerus.Kadar Mo daD U dari larutan
dianalisis dengan waktu kontak seperti tersebut
diatas.Data yang diperoleh dievaluasi,sehingga
didapat waktu kontak yang dikaitkan dengan
jumlah Mo yangdifiksasi.
2. Menentukanoen2aruhukuran butir terhadaR
fiksasiMo
Karbon dengan ukuran yang diinginkan
masing -masing ditimbang scbanyak 5 gram daD
dimasukkan ke dalam beker gelas 250 ml, lalu
direndam dalam aqlk1des selama satu malam.
Selanjutnya airnya didckantasi. Larutan umpan
masing-masing sebanyak 100 ml dit.1mbahkan.
Proses fiks.1si dilakukan selama 3 jam. Selesai
fiksasi, larutannya diambil unlllk dianalisi!; kadar
Mo daft U-nya. Data dicvalll3si untuk nlcmpcrolch
ukurnn bulir yang dikailkan dcngan jllmlah Mo
yang difiksasi.
ProsidingPresentasiIImiah Daur BahanBakar Nuklir
PEBN-BATAN,Jakarta 18-19Maret 1996
3. Menentukanjumlah karbon
Hal yang sarna dilakllkan dengan ukuran
butir yang optimal pada percobaan 2 clan waktu
kontak 3 jam dengan variasi jumlah karbon aktif.
Data
yang
diperolah
dievaluasi
untllk
mendapatkan jumlah karbon yang dikaitkan
denganjumlah Mo yang difiksasi.
4. Pengtmaan larytan umpan setelah fiksasi Dada
resin ~nukar ion Duolit 101.
Resin dikondisikan dengan as<lrn sulfat pH
1,7, kernudian loading dilakukan dengan larutan
urnpan basil pelindian bijih U yang rnernpunyai
pH 1,7. Setelah resin jenuh, resin dicuci untuk
rnenghilangkan kotoran yang rnelekat pada resin.
Selanjutnya ia dielusi dengan larutan carnpuran
NaCI 1 M daD H2SO4 0, I M. Hal yang sarna
dilakukan seperti cara di atas dengan urnpan
larutan basil pelindian yang difiksasi dengan
karbon. Analisis kirnia U dan Mo dilakukan. Data
dievaluasi untuk rnemperoleh perbedaan daya ikat
resin terhadap U.
karbon untuk diikat oleh gugus fungsional
oksigen dari karbon aktif. Semakin lama waktu
kontak,
semakin banyak kesempatan dari
senyawakompleks Mo daD U yang berpindah
kepemlukaan butir karbon, sehingga semakin
banyak senyawaMo daD U yang difiksasi oleh
karbon aktif. Fiksasi optimum Mo terlihat pada
waktu kontak 6 jam yaitu 88 % sedangkanU ikut
terfiksasi 8 %. untuk waktu kontak lebih dari 6
jam kenaikanfiksasi kecil, kurva mendatar.
0
0
~
cn
<a:
V)
~
Li:1
UKURAN
BASIL DAN BABASAN
Data basil percobaan fiks.1Si molibdenum
yang menggunakan karbon aktif disajikan dalam
bentuk gambar.
BUTIR
(mm)
Gambar2. Hublmganantaraukuran butir karbon
dengwl fiksasi Mo (a) daJlU(b)
Kondisi: jlllnlall karbon 5 gr, Waktu kontak 3 jam
Volume larutan 100 ml
kadarMo= 1230ppm, U= 1175ppm
Menurut teori daya serapkarbon aktif yang mempunyai porositas tinggi, ukuran butir tidak
berpengaruh terhadap daya serap. 3
..Mill'
WAKTU KOUrAK I JAM IIi
II
.0
Gambar I. HubungaIl waktu kontak dengan fiksasi
Mo (a) & U (b)
Kondisi: Ukuran butir 1,4 -1,7 Iron,
jurnlah karbon 5 gr. Volume larutan 150 ml
kadar Mo = 1195 ppm, U = 1135 ppm
Gambar 1 memperlihatkan hubungan antara waktu kODIakdenganprosentaseMo dan U
yang difiksasi.Terlihat bahwa waktu kontak
berpengaruhterhadapbanyaknyaMo dan U yang
difiksasi. Semakin lama waktu kontak semakin
banyak Mo dan U yang difik&1Si. Hal ini
berdasarkan pada kinetika serapan karbon aktif
terhadap senyawa Mo dan U yang ada dalam
larutan. SenyawaMo dan U memerlukanwaktu
untuk berpindah dari larutanke permukaanbutir
karbon dan selanjutnya masuk ke dalam pori
Tetapi
kenyak13nyapacta Gambar 2, hubungan antara
ukuran butir karbon denganfiksasi Mo dan U acta
pengaruhnya,semakinhalus ukuran butir karbon
semakinbanyakjumlah Mo dan U yang difiksasi.
Hal ini karena semakinhalus ukuran butir karbon
semakin luas permukaan butir karbon. Luas
pennllkaan butir merupakan salah satu faktor
yang berpengaruhterhadapdaya serap. Dilihat
wlri segi pelaksanaan kerja, jika digunakan
uktlran butir yang halus akan menimbulkan
masalahpadapemisahankarbon dari larutan basil
fiksasi untuk proses lebih lanjut. Selain hal
tersebut,untuk butir yang halus, karbon banyak
yang ikut terbuangpactasaatdekantasidilakukan.
Oleh karena itu digunakan ukuran butir antara
0,85 -1,18
mm ( -14 + 18 mesh).
Dengan
ukuran butir tersebutMo difiksasi cukup banyak
daDU yang ikut terfiksasirelatif kecil.
Pada Gambar 3 tampak bahwa semakin
banyak jumlah karbon yang digunakan semakin
banyakMo dan U yang difiksasi. Hal ini disebabkan semakinbanyakjumlah karbon akan semakin
31
Pro riding Pre.renta"i /lmiah Dour Bahan Bakar Nuklir
PEBN-BATAN, Jakarta 18-19 Maret 1996
luas daD banyak jumlah pori yang ada, sehingga
Mo dan U yang difiksasi akan naik. Percobaan
selanjutnya menggunakan karbon sebanyak 4
gr/IOOml larutan, karena dengan jumlah tersebut U yang ikut difiksasi sebanyak :f: 0,043
mmol, sedangkan Mo telah difiks.'lsi sebanyak :f:
0,92
mmol
dalam larutan
umpan
yang
mengandung 1,18 mmol Mo dan 0,43 mmol U
dengan waktu kontak 3 jam daD ukuran butir
0,85 -1,18 mm. Jika digunakan jumlah karbon
lebih banyak, maka U yang difiks.'lsi lebih banyak
pula. Hal ini tidak diinginkan.
Pada Tabel 1 tampak bahwa uotuk larutan
umpao yang mengandung RE relatif kecil
(umpao I), daya fiksasi karbonterhadapMo lebih
besardaripada larutan umpan yang mengandung
RE besar (umpan 2). Hal ini
karena jumlah
senyawa RE dalam larutan umpan 2 sangat
banyak yang akan menghalangi senyawa Mo
mendekati permukaan butir karbon, sehingga
jumlah Mo yang difiksasi sedikit. Larutan umpan
yang tidak meogandung RE daya fiksasinya
terhadapMo Icbih tinggi (80,1%).
Penggunaan larutan basil proses fiksasi
dan larutan sebelurndifiksasi untuk urnpanpada
pernumianU denganresin penukarion Duolit 101
disajik.'lnpadaTabel2.
Keterangan
Gambar 3. Hub\mgml antara jmnluh karbon dengan
fiksasi Mo (a) & U(b)
Kondisi : IJk\lraJl butir 0,85 -1,18 Intn,
waktu kontak 3 jam
volume larutall 100 ml,
kadar Mo = 1135 ppm, U = 1030 ppm
Pengguna.w kondisi fiksasi pada larutan
umpan basil pelindian dinamik dan digesti bijih
U yang mengandung RE dan Mo disajikan pada
Tabell.
Tabell. Hasil FiksasiMo daDU
umpan1 lamtantanpa fiksasi
umpan2 larutan setelah
fiksasiMo umpan3 larutan
yang tidak mengandungMo
Fiksasidilakukan selama6
jam denganukuran butir
karbon< 14 mesh( < 1,18
mill)
Menurut teori adanya Mo dalam tarutao
umpan pada pemurnian U dengan resin penukar
ion mempengaruhi pengikatan uranium
oleh
resin. SUSILANINGTY AS dkk 4 melaporkan
molibdenum belum mempengaruhi pengikatan
resin terhadap uranium jika perbandingan U/Mo
dalam larut.'ln > 10. Pada Tabel 2 terlihat bahwa
perbandingan
U/Mo, baik dalam
umpan 1
maupun dalam umpan 2, masih < 10. Oleh
karena itu molibdenum dalam umpan 2 hams
difiksasi ulang agar perbandingan kadar U/Mo
dalam tarutao > 10, sehingga tidak berpengaruh
terhadap pengikatan uranium oleh resin. Hasil
fiksasi ulang
dari
tarutao
umpan yang
mengandungMo = 536 ppm daD U 582 ppm
Keterangan:
jumlah karbon 4 gr, ukuran butir >
1,18 mln ( + 14 Incsh ), waktu
kontak 5 jain, volume larutan 100
mI. lUll pall I = larutall
hasil
pelindian dilla-mik bijih U asal
Rirang, UUlpall 2 larutall hasil
digesti bijilllJ asal Rirang, Ulnpan
3 lanltan lIasil pel indian dinamik
bijill U BM 281.
32
disajikan pada Tabel 3.
Pada Tabel 3 tampak bahwa Mo difiksasi
sebanyak 0,503 m mol clan U sebanyak 0,026 m
mol dalam 100 mllarutatl yang mengandung Mo
sebanyak 0,558 m mol dan U sebanyak 0,245 m
mol oleh 4 gr karbon ukuran butir 0,85 -1,18 mm
dan waktu kontak 6 jam.
~
Prosiding Presentasi Jlmiah Daur Bahan Bakar Nuklir
PEEN-BATAN. Jakarta 18-19Maret 1996
Tabel 3. Fiksasi larutan umpan
Fiksasi
ke
0
Mo
u
dalamla.rota" (ppm)
Mo
u
difiksasi(~t
536.1_1~_82.5
90
2
89
5,8
470.5
_9,5
jumlah karbon 4 gr, ukuran
Keterangan
butir 0,85-1,18 mm
volume larutan 100 ml, waktu
kontak 6 jam
SIMPULAN
an datayang diperolehdapatdisimpulkan
sebagaiberikut;
I. Karbon aktif dapat dipergtmakan untuk fiksasi molibdenum daTi lamt.w hasil pelindian
bijih uranium.
2. Fiksasi menggunakan kondisi 4 gr karbon!
100 ml lamtan
dengan ukuran butir 0,85 1,18 mm, dan waktu kontak 6 jam menghasilkan Mo yang difiksasi sebanyak 1: 0,50 m
mol dan U ikut difiksasi sebanyak 1: 0,026
m mol, dalam lamtan umpan yang mengandung Mo sebanyak 1: 0,56 m mol dan U
1: 0,25 m mol.
3. Larutan urnpan fiksasi yang mengandung Mo
dan U dengan kadar Mo yang sarna atau lebih
besar daTi kadar U hams difiks.1si ulang, agar
menghasilkan lamt.w dengan ratio U/Mo
lebih besar dari pada 10, sehingga tidak
berpengamh terhadap pengikatan U oleh resin
ketika dimumikan.
4. Larutan yang mengandung RE tinggi menumnkan fiksasi Mo oleh karbon aktif,
sehingga pemakaian karbon aktif
untuk
memisahkan Mo daTi lamtan hasil digesti bijih
Rirang kurang
efektif, dimana Mo difiksasi
+ 34,5 %.
UCAPANTERIMA KASIH
Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada
Saudara
Rossi Setiadji,Ph.D yang telah
memberikan S<'lrandalam penyusunan makalah
daD Andung Nugroho serta Sopri yang telah
membantu menyediakan bahan penelitian ini.
PUSTAKA
BUSCH,K.,SUPRAPTO
and
DJA WADI,
"Investigation of the Uranium Mineralization
In the Rirang Valley. West
Kalimatan,
Indonesia", Commissioned by the Federal
Ministry of Reseacrh and Tecnology, Bonn.
1987.
2. CLEGG, mON.W, and FOLLEY, DENISD.
"Uranium Ore Processing", Addison-Wesley
Publishing Company,Inc, USA 1958.
3. THOMAS C. VOICE. ," Activated-Carbon
Adsorption, in Standard Hand book
of
Hazardous Waste Treatmentand Disposal",
HARRY M, FREEMAN, Editor in Chief, Mc
GrawHill-1988. Section6,1.
4. SUSILANlNGTYAS,
PUDJlANTO.R,
MUKfll..IS. "Pengaruh Molibdenum pada
Pemurnian Uranium dengan Resin Penukar
Ion". Laporan Penelitian1993/1994.
TANYAJAWAB
1. Andre S
.Apakah Mo bera&'lldaTibijih Rirang 1.
.Dengan kadarMo yang cukup tinggi 400 -500
ppm
cukup baik
untuk
pencampur
logam
(dalam industri metalurgi). Apakah sudah
dilakukan penelitian ke arab tersebutdimana
Mo mernpakanbasil sampingpada pengolahan
bijih Uranium.
Guswati Alwi
.Mo diperoleh dari pelarutan bijih Uranium yang
berasal dari bijih Uranium Rirang daD bijih
Uranium BM 281tekan.
.Sampai
S<'1atini belum dilakukan penelitian
terhadap Mo yang merupakan basil samping
pada pengolahan bijih Uranium.
2. Djarot
.Manakah lebih efisien Proses I : Pemurnian
Uranium Fiks.wi Mo + penuhanion I ekstraksi
+ elusi Uranium.
.Proses II : PemurnianUranium
Penuhanion I ekstraksi + elusi dari Uranium
danMo.
Mengingatbasil fiksasi terikut 10%Uranium.
Guswita Alwi
Proses I lebih efisien dan pada proses II karena :
.Dengan mernfiks.'lsi Mo terlebih dahulu maka
umur resin lebih panjang karena jumlah Mo
yang diikat resin lebih sedikit, dengan
sendirinya Uranium yang diikat resin lebih
banyak. Jika Mo tidak deplisasi lebih dahulu
maka Mo yang diikat resin akan lebih banyak
dan pada s.'l3t dielusi Mo akan tetap menempel
pada resin sehingga lama kelamaan resin tidak
dapat mengikat Uranium lagi (tidak dapat
digunakan lagi untuk memumikan larutan basil
pelindian bijih Uranium).
Walaupun basil fiksasi Uranium ikut terfiksasi
scbanyak :t 10%, tetapi Uranium yang terserap
tersebut dapat dielusi/dilarutkan kembali.