Stannum : Jurnal Sains dan Terapan Kimia, 2 (2) (2020) 36-39
Stannum : Jurnal Sains dan Terapan Kimia
Website: https://journal.ubb.ac.id/index.php/stannum doi: 10.33019/jstk.v2i2.1953 Research paper
Synthesis of Rare Earth Metal Oxides Based on Monazite Sand with pH Variations
Sintesis Oksida Logam Tanah Jarang Berbais Pasir Monasit dengan Variasi pH
Anisa Indriawati 1* , Herman Aldila 1 , dan Verry Andre Fabiani 2
1) Department of Physics, Universitas Bangka Belitung Kampus Terpadu Universitas Bangka Belitung, Bangka, Bangka Belitung, 33172
2) Department of Chemistry, Universitas Bangka Belitung Kampus Terpadu Universitas Bangka Belitung, Bangka, Bangka Belitung, 33172
* Corresponding author: anisaind.ind@gmail.com

## ABSTRACT
In  the  island  of  Bangka  Belitung,  the  presence  of  monazite  is  quite  abundant,  monazite minerals  contain  rare  earth  metals.  Rare  Earth  Metals are groups of  elements  that  have similar  properties,  for  example  neodymium,  cerium,  lanthanum,  and  others.  Rare  earth metal  applications  are  very  potential  in  various  fields.  In  this  research,  the  synthesis  of rare earth metals by sol gel method at pH variations of 5.5, 6.5 and 7.5 was carried out. In this  case,  only  changes  in  the  levels  of P 2 O 5 , La 2 O 3 , CeO 2 ,  and Nd 2 O 3 compounds  were observed. The results showed an increase in levels of rare earth metals. This is indicated by the increase in La 2 O 3 levels by 4,421% from the initial level at pH 7.5 CeO 2 which has increased levels by 7,166% at pH 7.5, and Nd 2 O 3 which has increased levels of 5.116% at pH 6.5. On the other hand, of P 2 O 5 has decreased significantly (22.037%). Keyword : Monazite, Rare Earth, Sol Gel, pH

## PENDAHULUAN
Unsur Logam Tanah Jarang (LTJ) merupakan  unsur  yang  sangat  langka,  serta tidak  ditemukan  sebagai  unsur  yang  bebas  di alam  (Arianto,  et.al,  2020).  Logam  Tanah Jarang  umumnya  terdapat  bersamaan  dengan tembaga,  emas,  fosfat,  uranium,  dan  besi (Prameswara, et.al, 2019). Tanah Jarang dalam ikatan  pospat,  dapat  ditemukan  salah  satunya pada mineral monasit. Pasir sedimen di daerah Bangka  Selatan  Kepulauan  Bangka  Belitung terdapat mengandung mineral monasit sekitar 2%-71%.  (Soetopo,  2013).  Proses  yang dilakukan  dalam  pengolahan  Logam  Tanah Jarang  relatif  sulit untuk dilakukan.
Aplikasi  unsur  tanah  jarang  sendiri  sangat penting  di  beberapa  bidang,  misalnya  unsur neodymium  yang  digunakan  sebagai  bahan paduan  besi  dalam  bentuk  NdFeB  yang merupakan  bahan  magnet  permanen.  Dalam apliksinya,cerium  juga  seringkali  digunakan untuk paduan besi. Dalam aplikasi di bidang magnetic recording ,  unsur-unsur  LTJ  juga  digunakan sebagai bahan paduan sebagai kandidat bahan feromagnetik,  dimana  magnetik  remanen dapat mengalami perubahan yang didiskripsikan  melalui  kurva  histerisis  (coey, 2009).  Magnetik  remanen  sifat  kemagnetan suatu bahan yang tersisa ketika medan magnet luar  dihilangkan.  Unsur  lain  seperti  Lathanum
juga  sangat  penting  dalam  perkembangan lighting  maupun  baterai  laptop.  Melihat aplikasi  beberapa  unsur  tanah  jarang  yang sangat  potensial,  peneliti  berlomba-lomba untuk  melakukan  pengolahan  Logam  Tanah Jarang.
Beberapa  penelitian  yang  telah  dilakukan oleh  peneliti  terkait  unsur  tanah  jarang misalnya pengolahan pasir monasit menggunakan  asam-2  Etil  Heksil  Fosfat, Peningkatan  kadar  neodymium  secara  proses pengendapan
bertingkat menggunakan ammonia, dimana kadar neodymium mencapai 36%,  serta  ekstraksi  pemisahan  neodymium dari  samarium,  itrium,  dan  praseodymium menggunakan tri butyl fosfat, dimana besarnya efisiensi  ekstraksi  neodymium  sebesar  19% (Purwani,  et.al,  2008.,  Suyanti,  et.al,  2008 Maria,  2017).  Dari  beberapa  hasil  penelitian tersebut,  unsur  tanah  jarang  yang  dihasilkan melalui  proses  pemisahan  masih  sangat rendah.  Hal  ini  mendorong  peneliti  untuk melakukan  sintesis  pasir  monasit  untuk memperoleh  kadar  yang  lebih  tinggi  pada beberapa unsur tanah jarang.
Pada penelitian ini dilakukan sintesis Logam Tanah  Jarang  dengan  metode  sol  gel.  Tujuan dari  sintesis  ini  adalah  untuk  mengetahui pengaruh  pH  terhadap  oksida  neodymium, cerium  dan  lathanum  dalam  monasit.  Monasit diperoleh dari pasir tailing timah di Kepulauan Bangka  Belitung.  Dalam  penelitian  ini  variasi pH adalah 5.5, 6.5, dan 7.8.  Kadar setiap proses sintesis  akan  diamati  menggunakan X-Ray Flourance (XRF),

## METODOLOGI
Alat
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini meliputi  ayakan  200  mesh,  mortar,  crusibel, gelas  ukur,  pipet  tetes, furnace  Ney-Vulcan , lemari  asam,  neraca  digital,  magnetic  stirrer, stirrer bar, dan oven.
Bahan Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  aquades,  pasir  monasit  (dari  Bangka barat),  Hydrocloric  Acis  Pro-Analyst  37% merck,  Sodium  Hydroxide  Merck,  Ammonium Hydroxide  Pro-Analyst  25%  Merck,  kertas  pH, dan kertas saring.
Prosedur Sintesis
diawali dengan melakukan preparasi pasir monasit. Pasir kemudian dicuci
dengan  menggunakan  air  ( aquadest )  untuk menghilangkan  pengotor  yang  larut  dalam  air lalu  dikeringkan.  Pasir  selanjutnya  digerus dengan mortar lalu diayak dengan menggunakan  ayakan    200  mesh.  Serbuk monasit direaksikan dengan natrium hydroxide (NaOH)  dengan  rasio  4  gram  serbuk  :  3  gram padatan  NaOH  didalam  furnace  pada  suhu 350 o C selama tiga jam. Sampel hasil dari proses ini  dicuci  menggunakan  air  dengan    rasio  1 gram  sampel  :  30  mL  air  selama  satu  jam dengan  menggunakan magnetic  stirrer dengan kecepatan  300  rpm.  Sampel  selanjutnya direaksikan  dengan  HCl  dengan  rasio  1  gram sampel  :  50  mL  HCl  0,5  M  dicampurkan  pada suhu  80 o C selama satu jam. Larutan kemudian disaring  dengan  menggunakan  kertas  saring untuk memisahkan larutan dengan endapan.
Tahapan selanjutnya yaitu proses kopresipitasi  dimana  larutan  direaksikan dengan  NH 4 OH.  Proses  pertama  larutan direaksikan dengan NH 4 OH  dengan variasi pH pada  pH  5.5,  6.5,  dan  7.5.  Masing-masing  gel tersebut  kemudian  dikeringkan  dengan menggunakan oven. Setelah kering, selanjutnya sampel  dikalsinasi  pada  suhu  350 o C  selama  3 jam.  Karakterisasi  dengan X-Ray  Fluorescence ( XRF)  dilakukan  untuk  mengetahui  komposisi unsur,  serta  perubahan  komposisi  dengan perubahan pH.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan karakterisasi X-Ray Flouroscence kandungan pasir monasit ditunjukkan bahwa persentase tertinggi adalah CeO 2 ,  selanjutnya  senyawa  P 2 O 5 ,  La 2 O 3, dan Nd 2 O 3 .  Besarnya  kadar  keempat  senyawa tersebut  ditunjukkan  pada Tabel  1 .  Selain keempat  senyawa  tersebut,  terdapat  banyak senyawa senyawa lain misalnya MgO, SiO 2 dan lain-lain  namun  dengan  kadar  yang  sangat kecil.
Tabel  1 .  Kandungan  setiap  senyawa  dalam monasit
Tahap  selanjutnya  yaitu  mereaksikan monasit dengan NaOH dengan metode padatan. Hal  tersebut  untuk  menurunkan  kadar  fosfat
Senyawa
Persentase (%)
P 2 O 5 23.928 La 2 O 3 14.112 CeO 2 33.054 Nd 2 O 3 9.909
supaya  proses  pemisahan  logam  tanah  jarang lebih  mudah.  Persamaan  reaksi  NaOH  dan
monasit dinyatakan (Fabiani, et.al, 2017):
Ce,La,Nd(PO 4 ) 3 ]+3NaOH → C e (OH) 3 + La(OH) 3 + Nd(OH) 3 +Na 3 PO 4
Unsur-unsur  pengotor  berkurang  dan terlarut  ketika  proses  pencucian  dengan  H 2 O. berkurangnya unsur-unsur pengotor kemudian menyebabkan  La 2 O 3 ,  CeO 2 , dan  Nd 2 O 3 mengalami  kenaikan  kadar  ( Tabel  2 ). Peningkatan  kadar  La 2 O 3 ,  CeO 2, dan  Nd 2 O 3 kembali  dilakukan  dengan  mereaksikan dengan  HCl  sehingga  natrium  akan  terpisah dan membentuk endapan (Senyan, et.al, 2013) serta  pemisahan  antara  endapan  dan  filtrate menjadi mudah.
Adapun perbedaan konsentrasi  masing-masing  senyawa  setelah dilakukan  proses  leaching  serta  endapan  yang terbentuk  setelah  direaksikan  dengan  HCl ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2 . Perubahan konsentrasi oksida logam tanah jarang pada masing-masing proses. Senyawa Kadar Awal Konsentrasi Leaching H 2 O Endapan Filtrat HCl P 2 O 5 23.928 % 6.152 % 22.154 % La 2 O 3 14.112 % 18.428 % 14.115 % CeO 2 33.054 % 42.589 % 35.534 % Nd 2 O 3 9.909 % 13.474 % 9.576 % Berdasarkan Tabel 2, dapat diamati dengan jelas  bahwa  pada  kadar  P 2 O 5 setelah  proses leaching  mengalami  penurunan  yang  sangat signifikan  sedangkan  pada  endapan  filtrat, kadar P 2 O 5 cukup tinggi. Hal ini mengindikasikan bahwa tujuan yang diharapkan  dari  penelitian  ini  cukup  berhasil, karena P 2 O 5 telah mengendap dan larutan yang tersisa diduga sedikit sekali mengadung fosfat. Sebaliknya  pada  senyawa  La 2 O 3 ,  CeO 2 ,  dan Nd 2 O 3 setelah  proses  leaching  mengalami peningkatan  dari  kadar  awal.  Pada  endapan filtrat kadar  ketiga  senyawa  tersebut  lebih  kecil dibandingkan  dengan  pada  proses  setelah leaching .  Hal  ini  mengindikasikan  ada kemungkinan  kadar  ketiga  senyawa  tersebut cukup  tinggi  pada  larutan  (terlarut  akibat penambahan HCl).
Tahapan  terakhir  dari  penelitian  ini  adalah penambahan NH 4 OH. Variasi pH antara lain 5.5, 6.5, dan 7.5. pengukuran pH dilakukan dengan menggunakan  pH  meter.  Penentuan  pH menggunakan  pH  meter  cukup  valid  karena memiliki  sensitivitas  sebesar  0.01  pH  (Matiin, et.al,  2012).  Variasi  pH  dilakukan  untuk mengetahui pH paling optimum untuk masing- masing  senyawa  untuk  memperoleh  kadar tertinggi.  Kadar  masing-masing  senyawa  pada masing-masing  variasi  pH  ditunjukkan  pada Tabel 3.
Berdasarkan  hasil  yang  ditunjukkan, senyawa  P 2 O 5 memiliki  kadar  paling  rendah pada  pH  7.5,  dan  paling  tinggi  pada  pH  6.5, selanjutnya  pada  pH  5.5  kadar  fosfat  tidak terlalu  tinggi,  hanya  berkisar  4.342  %. Menurunnya  kadar  fosfat  ini  menunjukkan hasil yang baik, karena dengan kecilnya kadar fosfat diharapkan dapat mempermudah proses pemisahan LTJ.
Tabel  3 .  Konsentrasi  Senyawa  dengan  Variasi pH
Kadar  La 2 O 3 paling  tinggi  adalah  pada  pH 7.5.  dalam  kondisi  ini,  senyawa  mengalami peningkatan kadar sebesar 4.421% dari kadar awal. pada pH 6.5, tidak muncul senyawa La 2 O 3, selanjutnya  pada  pH  5.5,  kadar  La 2 O 3 tidak sebesar saat pH 7.5. Hasil yang diperoleh cukup kecil  hanya  sebesar  6.243  %.  Hasil  ini mengindikasikan  bahwa  La 2 O 3 tidak  cukup kuat berada dalam kondisi asam, namun belum
Senyawa Konsentrasi (%) pH=7.5 pH=6.5 pH=5.5 P 2 O 5 1.891 5.651 4.342 La 2 O 3 18.533 - 6,243 CeO 2 40.220 30,528 27.017 Nd 2 O 3 13.713 15,025 13.255
dapat disimpulkan mengapa pada pH 6.5 tidak terdapat  La 2 O 3. Hal  yang  hampir  serupa  terjadi  pada  CeO 2 , kadar  CeO 2 paling  tinggi  berada  pada  kondisi saat  pH  7.5  (mengalami  peningkatan  kadar sebesar  7.166%  dari  kadar  awal),  dan  terus mengalami  penurunan  ketika  kondisi  semakin asam.  Logam  cerium  kemungkinan    larut  saat kondisi  semakin  asam,  sehingga  pada  pH  5.5 kadarnya lebih kecil daripada saat pH 6.5  dan 7.5.
Pada Nd 2 O 3 , kadar paling tinggi terjadi saat pH  6.5  (meningkat  5.116%  dari  kadar  awal), dan  pada  pH  7.5  maupun  5.5  tidak  terdapat perbedaan  yang  cukup  berarti.  Hasil  ini dimungkinkan  akibat  dari  sifat  neodymium yang  tidak  cukup  kuat  (rapuh)  sehingga  tidak bisa  berada  dalam  konsisi  terlalu  asam maupun terlalu basa.
Hasil  penelitian  dapat  dikategorikan  cukup berhasil  dilihat  dari  tingginya  kadar  ketiga senyawa La 2 O 3 , CeO 2 , dan Nd 2 O 3 dibandingkan dengan  kadar  awal  sebelum  disintesis.  Hal  ini dapat  menjadi  tolok  ukur  ketika  hendak melakukan  kenaikan  kadar  pada  unsur maupun senyawa tertentu.

## KESIMPULAN
Kesimpulan  dari  penelitian  ini  ialah  kadar fosfat  mengalami  penurunan  yang  signifikan (menurun sebesar 22.037 % dari kadar awal). Di  sisi  lain,  sintesis  logam  tanah  jarang berbasis pasir monasit dengan metode sol  gel, dikatakan  cukup  berhasil  karena  terdapat kenaikan  kadar  yang  cukup  tinggi  pada  pH tertentu. Hal ini ditunjukkan dengan meningkatnya  kadar  La 2 O 3 sebesar  4.421% dari  kadar  awal  pada  pH  7.5,  CeO 2 yang mengalami peningkatan kadar sebesar 7.166% pada  pH  7.5,  serta  Nd 2 O 3 yang  mengalami peningkatan kadar 5.116% pada pH 6.5.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terima  kasih  diberikan  kepada Unuversitas  Bangka  Belitung  yang  telah membiayai  penelitian  ini  dalam  skema Penelitian  Dosen  Tingkat  Universitas  pada Tahun 2018 (Nomor SK: 884/UN50/PM/2018).

## REFERENSI
Arianto., Sosidi, Husain., Prismwiryati., Puspitasari,  Dwi  Juli.  (2020).  Pemisahan Logam  Tanah  Jarang  dari  Limbah  (Tailing) Emas Poboya dengan Metode Pengendapan Kovalen: Jurnal Riset Kimia. 6(1), 9 – 17. Coey,    J.M.D.,  2010, Magnetism  and  Magnetic Materials ,  United States of America,
Fabiani,  Verry  Andre.,  Pitulima,  janiar.,  dan Nurhadini.  (2017).  Pengaruh  Penambahan Natrium  Hidroksida  Terhadap  Komposisi Logam  Tanah  Jarang  Pasir  Monazit  Pulau Bangka.  Seminar  Nasional  Penelitian  dan Pengabdian kepada Masyarakat  (1), 43-46. ISBN: 978-602-61545-0-7
Matiin,  Nafi’ul.,  Hatta,  Agus  Muhammad., Sekartedjo.  (2012).  Pengaruh  Variasi Banding  Sensor  pH  Berbasis  Serat  Optik Plastik  Menggunakan  Lapisan  Silica  Sol  Gel Terhadap  Sensitivitas,  1(1),  1-6,  Jurnal Teknik Pomits Prameswara, Gyan., Mulyono, Panut., Prasetya, Agus.,  Poernomo,  Herry.,  dan  Trisnawati,
Iga.  (2019).  Ekstraksi  Logam  Tanah  Jarang (LTJ) dan Logam Berharga Hasil Fusi Alkali Tailing  Zirkon.,  Prosiding  Seminar  Nasional Teknik  Kimia  Kejuangan,  ISSN  1693-4391,
Yogyakarta 25 April 2019
Purwani,M.V.,  Suyanti.,  A.W,  Muhadi.  (2008). Ekstraksi  Konsentrat  Neodimium  Memakai Asam  Di-2-Etil  Heksil  Fospat.,Semnas  IV Teknologi Nuklir, ISSN 1978-0176 Senyan,  Hermanus.,  Silalahi,  Imelda  H,  Harlia. (2013).,  Pengaruh  Variasi  Massa  Natrium Hidroksida  pada  Pembuatan  Zirkonium Oksida  dari  Pasir  Mineral  Zirkon  Asal Mandor  Kabupaten  Bangka,  2(3),  157-162, JKK
Soetopo,  Bambang.  (2013).  Studi  Geologi  dan Logam  Tanah  Jarang  Air  Gegas  Bangka Selatan. Eksplorium. 34(1), 51-62.
Suyanti,  Purwani,  M.V,  Muhadi.  (2008). Peningkatan  Kadar  Neodymium  Secara Proses  Pengandapan  Bertingkat  Memakai Amonia,  Semnas  IV  SDM  Teknologi  Nuklir,
ISSN: 1978-0176
Veronica,  Maria.  (2017).  Ekstraksi  Pemisahan Neodimium  dari  Samarium,  Itrium,  dan Praseodimium  Memakai  Tributil  Fospat, Eksplorium, Vol.34 No.1