Volume 33 No. 1,  M e i  2012:  55 - 62

## PEMISAHAN THORIUM DARI URANIUM PADA MONASIT DENGAN METODE PENGENDAPAN

## Kurnia Trinopiawan, Sumiarti
Pusat Pengembangan Geologi Nuklir – BATAN Jalan Lebak Bulus Raya No. 9 Pasar Jum’at, Jakarta Selatan, Indonesia
Email: kurnia.t@batan.go.id Masuk: 7 Maret 2012 Revisi: 21 Maret 2012 Diterima: 2 Mei 2012

## ABSTRAK
PEMISAHAN  THORIUM  DARI  URANIUM  PADA  MONASIT  DENGAN  METODE PENGENDAPAN.  Penelitian  pengolahan  monasit  terdahulu  telah  memperoleh  tahapan-tahapan proses  sampai  dihasilkannya  produk  RE(OH) 3 dengan  rekoveri  sebesar  ±  62%,  dan  diperoleh produk  samping  berupa  campuran  Thorium  (Th)  dan  Uranium  (U).  Untuk  dapat  dimanfaatkan lebih  lanjut,  perlu  dilakukan  penelitian  untuk  memisahkan  Th  dari  U.  Penelitian  ini  bertujuan untuk  menentukan  kondisi  optimal  pemisahan  Th  dari  U  pada  monasit  menggunakan  metode pengendapan dengan reagen H 2 SO 4 . Tahapan proses dalam penelitian ini terdiri dari penggerusan monasit,  dekomposisi,  pelarutan  parsial,  pelarutan  total,  dan  pengendapan  Th  dengan  H 2 SO 4 . Larutan  umpan  yang  digunakan  untuk  pengendapan  berasal  dari  pelarutan  total  dengan  2  (dua) reagen berbeda, yaitu H 2 SO 4 dan HCl. Parameter penelitian meliputi konsumsi reagen pengendap (H 2 SO 4 ) dan waktu pengendapan. Hasil optimal rekoveri pengendapan pada larutan umpan sulfat yaituTh sebesar 96,99% dan U 18,26% dengan konsumsi H 2 SO 4 20 ml dan waktu pengendapan 30 menit.  Hasil  optimal  rekoveri  pengendapan  pada  larutan  umpan  klorida  yaituTh  sebesar  98,05% dan U 25,03% dengan konsumsi H 2 SO 4 20 ml dan waktu pengendapan 20 menit.
Kata kunci: pemisahan, pengendapan, Th, H 2 SO 4 , monasit, Bangka

## ABSTRACT
SEPARATION  OF  THORIUM  FROM  URANIUM  IN  MONAZITE  BY  PRECIPITATION METHOD.  Previous  researches  have  obtained  the  monazite  processing  stages  and  resulting RE(OH) 3 as  a  product  with  ±  62%  of  recovery,   and  the by  products obtained in  the  form  of a compound  of thorium (Th)  and Uranium (U).  For  further  utilization,  studies  of  U  and  Th separation is needed. This research is aimed to determine the optimal conditions for the separation of Th from U in monazite using the precipitation method with H 2 SO 4 as a reagent. Stages of the process in this research consisted of grinding, decomposition, partial dissolution, total dissolution, and  precipitation  of  Th  with  H 2 SO 4 .  Feed  solution  used  for  precipitation  is  obtained  from  total dissolution stage with 2 different reagents are H 2 SO 4 and HCl. Parameters of the research include the precipitating reagent (H 2 SO 4 ) consumption and precipitation time. Optimal recovery results in the precipitation of sulfate feed solution  are Th = 96.99% and U = 18.26% with 20 ml of  H 2 SO 4 consumption and 30 minutes of precipitation time. Optimal recovery results in the precipitation of chloride  feed  solution  are  98.05%  andU  25.03%  with  20  ml  of  H 2 SO 4 consumption  and  30 minutes of precipitation time.
Key words: separation, precipitation, Th, H 2 SO 4 , monazite, Bangka
Pemisahan Thorium dari Uranium Pada Monasit dengan Metode Pengendapan. Oleh: Kurnia Trinopiawan, Sumiarti

## PENDAHULUAN
Monasit  Bangka  mengandung  Rare  Earth  (RE)  50-67%,  Uranium  (U)  (1500-3000  ppm), Thorium  (Th)  2,5-3,6%,  dan  Fosfat  (PO 4 )  18-30%.  Keempat  unsur  tersebut  memiliki  nilai ekonomis  yang  cukup  tinggi.  Oleh  karena  itu,  teknologi  pengolahan  monasit  perlu  dikuasai. Berdasarkan  literatur,  ada  2  (dua)  metode  yang  dapat  digunakan  dalam  mengolah  monasit,  yaitu metode asam dan metode basa. Pada tahun 2010 Pusat Pengembangan Geologi Nuklir – BATAN telah melakukan penelitian proses pengolahan monasit menggunakan metode basa, dan diperoleh tahapan  proses  yang  meliputi  dekomposisi,  pelarutan,  pengendapan  (U,Th)OH  pada  pH  6,3,  dan pengendapan  RE(OH) 3 pada  pH  9,8.  Tahapan  proses  pelarutan  dilakukan  secara  parsial  untuk melarutkan atau memisahkan RE dari endapan (U,Th,RE)OH yang merupakan hasil dekomposisi, dan  diperoleh  rekoveri  RE  =  62%,  U  =  3%,  Th  =  42%,  dan  fosfat  =  52%.  Pada  residu (U,Th,RE)OH atau sisa dari pemisahan RE masih terdapat RE sebesar 38% [1] . Pada  tahun  2009  dilakukan  penelitian  peningkatan  efisiensi  proses  pengolahan  monasit dengan mengambil RE yang terdapat pada endapan tersebut menggunakan resin penukar ion IRA- 402. Hasilnya, rekoveri total RE meningkat menjadi 85% [1] . Namun selama ini, U dan Th sebagai hasil  samping  produksi  RE  dari  monasit  masih  merupakan  campuran,  dengan  kata  lain  belum terpisah secara individu. Oleh karena itu diperlukan upaya lebih lanjut untuk memperoleh proses pemisahan U dari Th yang efisien.
Ada  beberapa  metode  untuk  memisahkan  U  dari  Th,  antara  lain  dengan  ekstraksi  pelarut, penukar  ion,  pengendapan,  dan  lain-lain.  Di  tahun  2010  telah  dilakukan  penelitian  pemisahan  U dari  Th  menggunakan  metode  ekstraksi  pelarut  dengan  reagen  Alamine-336,  dan  diperoleh rekoveri Th bebas dari U sebesar 67,56% [2] . Sisa Th sebesar 32,44% masih tercampur dengan U. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  memisahkan  Th  dari  U  menggunakan  metode  pengendapan dengan  reagen  H 2 SO 4 ,  dimana  larutan  umpan  yang  mengandung  U  dan  Th  divariasi  dengan  2 kondisi asam yang berbeda, yaitu sulfat dan klorida.

## TEORI
Pada  proses  pembuatan  larutan  umpan  kondisi  sulfat,  residu  pelarutan  parsial  yang mengandung  uranium  dan  thorium  sebagian  dilarutkan  dengan  asam  sulfat  dan  sebagian  lainnya dengan asam klorida. U dan Th terlarut sebagai ion U 4+ dan Th 4+ . Ion-ion ini yang kemudian akan mengikat SO 4 2- dari asam sulfat sesuai persamaan reaksi berikut [3] :
.............................................................................. (1)
........................................................................... (2)
Kedua  reaksi  di  atas  merupakan  reaksi  kesetimbangan,  sehingga  penambahan  konsentrasi reaktan dalam larutan akan mengakibatkan peningkatan jumlah produk yang dihasilkan [4] . Kemampuan U dan Th untuk mengendap sebagai senyawa sulfat dipengaruhi oleh konsentrasi ion  sulfat.  Hal  ini  berkaitan  dengan  hasil  kali  kelarutan  (Ksp)  masing-masing.  Untuk  dapat terendapkan,  hasil  kali  konsentrasi  ion-ion  terkait  harus  mencapai  nilai  Ksp.  Semakin  besar konsentrasi ion maka kecenderungan untuk terendapkan semakin besar.
Pada penelitian ini diharapkan Th dari larutan umpan akan terendapkan, sedangkan U masih berada dalam fase larutan. Th pada larutan klorida dapat terendapkan dengan menambahkan asam sulfat berlebih, sesuai dengan persamaan reaksi [5] :
.......................................................... (3)
Volume 33 No. 1,  M e i  2012:  55 - 62
Sedangkan pengendapan thorium pada larutan sulfat dipengaruhi oleh tingkat keasaman (pH) larutan  sulfat  tersebut.  Dalam  kaitannya  dengan  larutan  sulfat  yang  mengandung  grup  lantanida (termasuk RE), untuk memperoleh endapan thorium sulfat dengan impuritas lantanida seminimal mungkin perlu diperhatikan beberapa tingkat keasaman sebagai berikut [6] :
a. Tingkat keasaman sangat rendah, lantanida dan thorium akan terendapkan.
b. Tingkat  keasaman  rendah,  thorium  terendapkan  sedangkan  lantanida  berada  dalam  fasa larutan.
c. Tingkat keasaman sedang, baik thorium maupun lantanida tidak terendapkan.
d. Tingkat  keasaman  tinggi,  lantanida  akan  terendapkan  sedangkan  thorium  berada  dalam  fasa larutan.

## TATA KERJA
Bahan : monasit Bangka, NaOH, HCl, H 2 SO 4 , dan air.
Alat : hot  plate , magnetic  stirrer ,  pH  meter,  filter  vakum, stopwatch ,  peralatan  gelas,  dan spektrofotometer.
Tata Kerja :
1. Preparasi larutan (U, Th, RE) klorida.
Monasit yang telah dipersiapkan dengan ukuran butir  –325 mesh, didekomposisi secara basa pada suhu 140 O C dalam waktu 4 jam. Setelah selesai dilakukan pemisahan larutan fosfat dari endapan/residu  hidroksida  uranium,  thorium  dan  RE.  Proses  dilanjutkan  dengan  proses pelarutan  residu  secara  selektif/parsial  dengan  HCl  pada  pH  3,7.  Setelah  itu  dilakukan pemisahan padat cair/filtrasi untuk memisahkan larutan RECl 3 dari residu hidroksida uranium, thorium,  dan  sisa  RE.  Residu  ini  dilarutkan  kembali  dengan  HCl  pekat  (residu:HCl  pekat  = 1:2), kemudian difiltrasi dengan menggunakan larutan HCl pH 1,0 sebagai pencuci.
2. Preparasi larutan (U, Th, RE) sulfat. Monasit yang telah dipersiapkan dengan ukuran butir  –325 mesh, didekomposisi secara basa pada suhu 140 O C dalam waktu 4 jam. Setelah selesai dilakukan pemisahan larutan fosfat dari endapan/residu  hidroksida  uranium,  thorium  dan  RE.  Proses  dilanjutkan  dengan  proses pelarutan  residu  secara  selektif/parsial  dengan  HCl  pada  pH  3,7.  Setelah  itu  dilakukan pemisahan padat cair/filtrasi untuk memisahkan larutan RECl 3 dari residu hidroksida uranium, thorium,  dan  sisa  RE.  Residu  ini  dilarutkan  kembali  dengan  H 2 SO 4 pekat  (residu:  H 2 SO 4 pekat  =  1:1,5),  kemudian  difiltrasi  dengan  menggunakan  larutan  H 2 SO 4 pH  1,0  sebagai pencuci.
3. Pemisahan Th dari U dengan metode pengendapan.
Dari  tahapan  preparasi  di  atas  diperoleh  2  larutan  umpan  yaitu  (U,  Th,  RE)  klorida  dan  (U, Th, RE) sulfat. Masing-masing larutan umpan tersebut ditambahkan reagen pengendap (asam sulfat)  dengan  variasi  volume  dari  5  ml  hingga  20  ml  dengan  interval  2,5  ml,  pengadukan dilakukan selama 20 menit. Setelah diperoleh konsumsi asam sulfat yang optimal, dilakukan variasi waktu pengendapan dari 10 hingga 90 menit dengan interval 10 menit.
Pemisahan Thorium dari Uranium Pada Monasit dengan Metode Pengendapan. Oleh: Kurnia Trinopiawan, Sumiarti
Gambar 1. Diagram Alir Proses Pengendapan.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil
Parameter  konsumsi  reagen  H 2 SO 4 ,  dengan  variabel  tetap  volume  umpan  50  ml  dan  waktu pengendapan 20 menit diperoleh hasil seperti pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1. Hasil Analisis Filtrat Pengendapan Larutan Umpan Sulfat Dengan Parameter Konsumsi Reagen H 2 SO 4
H 2 SO 4 (ml) Kadar Unsur Filtrat U (ppm) Th (ppm) RE (mg/cc) 0,0 236,75 2206 35,74 5,0 204,90 462 29,04 7,5 199,75 282 21,82 10,0 190,55 153 16,08 12,5 173,15 142 12,62 15,0 160,60 150 11,86 17,5 165,35 122 11,86 20,0 156,25 58,7 12,62
Monasit
Penggerusan Dekomposisi dengan NaOH Pelarutan Parsial dengan HCl
Pelarutan Total dengan HCl/H 2 SO 4
Pengendapan dengan H2SO4
Analisis Filtrat
Data Analisis
Volume 33 No. 1,  M e i  2012:  55 - 62
Tabel  2.  Hasil  Analisis  Filtrat  Pengendapan  Larutan  Umpan Klorida Dengan Parameter Konsumsi Reagen H 2 SO 4
H 2 SO 4 (ml) Kadar Unsur Filtrat U (ppm) Th (ppm) RE (mg/cc) 0,0 287,90 12900 133,08 5,0 214,25 2933 113,2 7,5 217,40 1387 58,56 10,0 205,75 529 36,18 12,5 202,30 565 32,02 15,0 193,15 383 29,38 17,5 186,20 276 24,92 20,0 203,00 248 24,18
Parameter  waktu  pengendapan,  dengan  variabel  tetap  volume  umpan  (50  ml)  dan  konsumsi reagen H 2 SO 4 (20 ml) diperoleh hasil seperti pada Tabel 3 dan Tabel 4.
Tabel  3.  Hasil  analisis  filtrat  pengendapan  larutan  umpan sulfat dengan parameter waktu pengendapan
Waktu (menit) Kadar Unsur Filtrat U (ppm) Th (ppm) RE (mg/cc) 0 240,70 8045 34,14 10 182,95 4676 12,92 20 178,75 230 11,74 30 196,75 242 11,36 40 187,70 244 12,66 50 183,20 266 10,56 60 182,05 304 9,02 90 184,30 350 10,5
Tabel  4.  Hasil  Analisis  Filtrat  Pengendapan  Larutan  Umpan
Klorida Dengan Parameter Waktu Pengendapan Waktu (menit) Kadar Unsur Filtrat U (ppm) Th (ppm) RE (mg/cc) 0 225,30 14100 121,36 10 170,85 1925 10,6 20 168,90 275 10,68 30 156,70 341 10,7 40 159,65 252 10,58 45 164,55 375 10,56 50 161,20 322 10,56 60 144,70 294 11,08
Pemisahan Thorium dari Uranium Pada Monasit dengan Metode Pengendapan. Oleh: Kurnia Trinopiawan, Sumiarti

## Pembahasan
Berdasarkan data hasil analisis filtrat pada Tabel 1  – 4 dapat dihitung rekoveri pengendapan untuk masing-masing unsur/komponen dengan menggunakan persamaan-persamaan berikut:
............................ (4)
Hasil perhitungan rekoveri pengendapan  dapat digunakan persamaan (4) seperti terlihat pada Gambar 2 – 5 sebagai berikut:
Gambar 2. Grafik Pengaruh Penambahan H 2 SO 4 Terhadap Rekoveri Pengendapan Th Umpan Larutan Sulfat. Variabel tetap: volume larutan umpan = 50 ml; waktu = 20 menit
Gambar 3. Grafik Pengaruh Penambahan H 2 SO 4 Terhadap Rekoveri Pengendapan Th Umpan Larutan Klorida. Variabel tetap: volume larutan umpan = 50 ml; waktu = 20 menit
4,80 2,97 3,42 8,58 11,81 5,71 7,60 76,96 85,30 91,68 91,95 91,16 92,53 96,27 10,62 29,79 46,01 55,86 56,86 55,20 50,57 0 20 40 60 80 100 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 R ek o ve ri ( %) Volume Reagen / H 2 SO 4 pekat (ml) U Th RE 18,14 13,16  14,24  12,17  12,78  12,69 1,29 74,99 87,64 95,08  94,53  96,14  97,11  97,31 6,43 49,40 67,38  69,92 71,30 74,72  74,56 0 20 40 60 80 100 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 R ek o ve ri ( %) Volume Reagen / H 2 SO 4 pekat (ml) U Th RE

## Eksplorium
Volume 33 No. 1,  M e i  2012:  55 - 62
Gambar 4. Grafik Pengaruh Waktu Terhadap Rekoveri Pengendapan Th Umpan Larutan Sulfat Variabel tetap: volume larutan umpan = 50 ml; reagen H 2 SO 4 = 20 ml
Gambar 5. Grafik Pengaruh Waktu Terhadap Rekoveri Pengendapan Th Umpan Larutan Klorida. Variabel Tetap: volume larutan umpan = 50 ml; reagen H 2 SO 4 = 20 ml Th  pada  larutan  umpan  terendapkan  sebagai  Th(SO 4 ) 2 seiring  dengan  ditambahkannya  asam sulfat. Semakin banyak penambahan asam sulfat, maka konsentrasi ion  SO 4 2- dalam larutan akan semakin  tinggi.  Persamaan  reaksi  (1)  dan  (2)  merupakan  reaksi reversible ,  maka  untuk mengarahkan  reaksi  agar  bergeser  ke  arah  produk  dapat  dilakukan  penambahan  konsentrasi reaktannya.  Oleh  karena  itu,  endapan  Th(SO 4 ) 2 semakin  banyak  diperoleh  dengan  meningkatnya volume  asam  sulfat  yang  ditambahkan.  Begitu  pula  jika  dikaitkan  dengan  konsep  kelarutan, Th(SO 4 ) 2 akan mengendap jika nilai hasil kali kelarutan (Ksp) telah tercapai atau terlampaui. Ksp merupakan  hasil  perkalian  konsentrasi  ion  dalam  larutan,  dalam  hal  ini  ion  Th 4+ dan  SO 4 2- . Dengan  menambahkan  asam  sulfat  ke  dalam  larutan  berarti  menambahkan  ion  SO 4 2- yang
23,99 25,74
18,26 22,02 23,89 24,37 23,43 41,88 97,14 96,99 96,97 96,69 96,22 95,65 62,16 65,61 66,73 62,92 69,07 73,58 69,24 0 20 40 60 80 100 10 20 30 40 50 60 90 R ek o ve ri ( %) Waktu (menit) U Th RE 24,17 25,03 30,45 29,14 26,96 28,45 35,77 86,35 98,05 97,58 98,21 97,34 97,72 97,91 91,27 91,20 91,18 91,28 91,30 91,30 90,87 0 20 40 60 80 100 10 20 30 40 45 50 60 R ek o v er i (%) Waktu (menit) U Th RE
Pemisahan Thorium dari Uranium Pada Monasit dengan Metode Pengendapan. Oleh: Kurnia Trinopiawan, Sumiarti
menyebabkan peningkatan nilai Ksp hingga akhirnya tercapai keadaan dimana endapan  Th(SO 4 ) 2 terbentuk.
Sebagian kecil U ikut bersama endapan Th(SO 4 ) 2 . Hal ini disebabkan ion U 4+ dapat bereaksi dengan  SO 4 2- ,  namun  karena  konsentrasinya  jauh  lebih  kecil  dibandingkan  ion  Th 4+ maka kecenderungan  terbentuknya  U(SO 4 ) 2 lebih  kecil.  Tingkat  keasaman  yang  tinggi  menyebabkan endapan  tidak  memungkinkan  untuk  dicuci,  sehingga  U  yang  masih  terlarut  dapat  melekat  pada permukaan endapan dan tidak terbawa oleh larutan filtrat.
Dari  Gambar  2  dan  Gambar  3  terlihat  bahwa  rekoveri  pengendapan  untuk  Th  paling  besar terjadi pada penambahan asam  sulfat sebanyak 20  ml, dan pada kondisi demikian pula diperoleh perbandingan  rekoveri  pengendapan  terbesar  antara  Th  dan  U.  Penambahan  asam  sulfat  pada penelitian ini dibatasi oleh kemampuan kertas saring, dimana pada penambahan asam sulfat lebih dari 20 ml, kertas saring sudah tergerus oleh asam. Oleh karena itu, ditetapkan penambahan asam sulfat  optimal  adalah  20  ml  atau  dengan  kata  lain  perbandingan  volume  umpan  dengan penambahan asam sulfat optimal adalah 5:2. Terlihat pada Gambar 4 dan Gambar 5 bahwa waktu kontak  optimal  antara  reagen  asam  sulfat  dengan  larutan  umpan  pada  kondisi  sulfat  adalah 30 menit  dimana  Th  terendapkan  96,99%  dan  U  18,26%,  sedangkan  rekoveri  pengendapanTh 98,05% dan U 25,03%. Lamanya waktu kontak menentukan kesempurnaan reaksi, semakin lama waktu  akan  memungkinkan  seluruh  ion  Th 4+ maupun  U 4+ untuk  saling  kontak  dan  berikatan dengan ion  SO 4 2- . Setelah kesetimbangan tercapai laju pengendapan sama dengan  laju pelarutan, maka  penambahan  waktu  menjadi  tidak  efektif  lagi.  Hasil  optimal  yang  diperoleh  dengan pengaruh  perbedaan  kondisi  larutan  umpan  tidak  signifikan,  sehingga  terdapat  kecenderungan perubahan dan besarnya rekoveri pengendapan yang relatif sama.

## KESIMPULAN
Dari hasil penelitian dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Rekoveri  pengendapan  optimal  pada  larutan  umpan  sulfat  yaitu  Th  sebesar  96,99%  dan  U 18,26% dengan konsumsi reagen asam sulfat 20 ml (larutan umpan: asam sulfat = 5 : 2) dan waktu pengendapan 30 menit.
2. Rekoveri  pengendapan  optimal  pada  larutan  umpan  klorida  yaitu  Th  sebesar  98,05%  dan  U 25,03% dengan konsumsi reagen asam sulfat 20 ml (larutan umpan : asam sulfat = 5 : 2) dan waktu pengendapan 20 menit.

## DAFTAR PUSTAKA
1. HAFNI L.N., SOROT S., BAMBANG S., “Peningkatan Efisiensi Produksi Rare Earth Bebas Zat Radioaktif Dari Hasil Samping Penambangan Timah”, PPGN-BATAN, 2009.
2. KURNIA  T.,  RIESNA  P.,  SUMARNI,  RUDI  P.,  “Pemisahan  Uranium  dari  Thorium  pada Monasit  dengan  Metode  Ekstraksi  Pelarut  Alamine”,  Eksplorium,  ISSN  0854-1418, Vol.XXXII, 2011.
3. GATES-ANDERSON, D.D., LAUE, C.A., FITCH, T.E., “Dissolution Treatment of Depleted Uranium Waste”, Lawrence Livermore National Laboratory, UCRL-TR-202275, USA, 2004.
4. ROBERT  S.  BOIKESS ,  EDWARD  EDELSON,  ”Chemical  Principles”,  Harper  and  Row Publishers, USA 1978.
5. ZAHARDI, “Pengolahan Monasit”, Eksplorium, ISSN 0854-1418, No.112/XX/98, 1998.
6. CALLOW  R.J.,  “The  Industrial  Chemistry  of  the  Lantanidas,  Yttrium,  Thorium  and Uranium”, First Edition, Pergamon Press, 1967.