Volume XXXII No. 155, Mei 2011 : 47 - 52

## PEMISAHAN URANIUM DARI THORIUM PADA MONASIT DENGAN METODE EKSTRAKSI PELARUT ALAMINE
Kurnia Trinopiawan, Riesna Prassanti, Sumarni, Rudi Pudjianto
Pusat Pengembangan Geologi Nuklir – BATAN Kawasan PPTN Pasar Jum’at, Jakarta Selatan

## ABSTRAK
PEMISAHAN URANIUM DARI THORIUM PADA DENGAN METODE EKSTRAKSI PELARUT  ALAMINE.  Penelitian  pengolahan  monasit  telah  menghasilkan  proses pengambilan rare earth (RE)  dengan  rekoveri  sebesar  62%  melalui  tahapan  dekomposisi, pelarutan  parsiil,  pengendapan  pH  6,3,  dan  pengendapan  pH  9,8.  Upaya  efisiensi  proses dilakukan  pada  tahun  2009  dengan  penggunaan  resin  penukar  ion,  dan  rekoveri  RE meningkat  menjadi  85%.  Selain  RE,  diperoleh  pula  uranium  dan  thorium  tetapi  keduanya belum terpisahkan satu sama lain. Penelitian pemisahan U dari Th dengan umpan larutan hasil pelarutan  endapan  pH  6,3  dengan H 2 SO 4 dilakukan  menggunakan  metode  ekstraksi  pelarut, dan  pelarut  yang  digunakan  adalah  campuran  dari  Alamine-336,  kerosin,  dan  isodekanol. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menentukan  kondisi  optimal  pemisahan  U  dari  Th  dengan metode  ekstraksi,  dimana  U  terpisah  dari  Th  semaksimal  mungkin.  Parameter  penelitian meliputi  pH  umpan,  perbandingan  O/A,  dan  waktu  ekstraksi.  Hasil  penelitian  menunjukkan bahwa  kondisi  optimal  ekstraksi  yaitu  pH  umpan  1,5  dengan  perbandingan  O/A  =  5  dan waktu  ekstraksi  5  menit,  dan  diperoleh  persen  terekstrak  U  sebesar  100%  tetapi  Th  ikut terekstrak 32,44%. Dari hasil ini dapat disimpulkan bahwa pada kondisi optimal tersebut, Th dapat terpisah dari U sebesar 67,56%.
Kata kunci : pemisahan U, ekstraksi, alamin

## ABSTRACT
SEPARATION  OF  URANIUM  FROM  THORIUM  IN  MONAZITE  BY  ALAMINE SOLVENT EXTRACTION. The  research of monazite  processing  have obtained the process to  recover  62%  of  rare  earth  elements  (REE)  from  following  steps,  such  as  decomposition, partial  dissolution,  precipitation  at  pH  6,3,  and  precipitation  at  pH  9,8.  There  was  an increased  efficiency  of  the  process  in  2009,  when  ion  exchange  is  used  in  process development,  and  the  REE  recovery  became  85%.  Besides  REE,  monazite  processing  also produce uranium and thorium, but they not separated individually yet. The research of the U from Th separation from pH 6,3 precipitate dissolution by H 2 SO 4 , is carried out using solvent extraction  method,  which  the  extractant  consist  of Alamine-336,  kerosene,  and  isodecanol. This  research  is  purposed  to  obtain  the  optimum  condition  of  separation  uranium  from thorium  with  solvent  extraction,  where  U  separated  from  Th  as  best  as  it  could  .  The research’s parameters are feed pH, O/A ratio, and extraction time. And the result showed that the optimum condition were 1,5 of pH, 5 of O/A ratio, and 5 minutes of extraction time, and the percentage of U extracted was 100%, but 32,44% of Th also extracted. From the result, it has a conclusion that 67,56% of Th could be separated from U.
Key words : U from Th separation, extraction
Pemisahan Uranium dari Thorium  pada Monasit dengan Metode Ekstraksi Pelarut Alamine. Oleh: Kurnia Trinopiawan, Riesna Prassanti, Sumarni, Rudi Pudjianto

## PENDAHULUAN
Kandungan  unsur-unsur  RE,  U,  Th  dan  PO 4 dalam  bijih  monasit  Bangka  cukup  tinggi, yaitu rare earth (RE) = (50 – 67)%, uranium (U) = (1500-3000) ppm, thorium (Th) = (2,5– 3,6)%,  fosfat  (PO4)  =  (18-30)%.  Penelitian  terdahulu  telah  memperoleh  tahapan  proses pengolahan  monasit  asal  Bangka  yaitu  dekomposisi,  pelarutan  parsiil,  pengendapan (U,Th)OH  pada  pH  6,3,  dan  pengendapan  RE(OH) 3 pada  pH  9,8.  Pelarutan  pada  proses tersebut  dilakukan  secara  parsiil  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% [1] . Pada residu (U,Th,RE)OH atau sisa dari pemisahan RE masih terdapat RE sebesar 38%.
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 pemisahan U dari Th dari campuran tersebut.
Ada beberapa metode untuk memisahkan U dari Th, antara lain dengan ekstraksi pelarut, penukar ion, pengendapan, dan lain-lain. Pada penelitian ini difokuskan pemisahan U dari Th dengan menggunakan metode ekstraksi pelarut, dimana pelarut organik atau ekstraktan yang digunakan adalah Alamine-336 atau tri-octyl-amine dengan kerosin dan isodekanol.
Uranium  dalam  larutan  dapat  berbentuk  kompleks  netral,  anion,  maupun  kation. Berdasarkan hal tersebut, pelarut organik dibagi menjadi 3 (tiga) kategori. Kategori pertama adalah  ether,  trialkyl  phospate,  dan  trialkyl  phospine  oxide  yang  mengekstrak  kompleks netral.  Kategori  kedua  adalah  alkyl  amine  yang  mengekstrak  kompleks  anion.  Dan kategori ketiga  adalah  alkyl  ortho-phosporic  acid  dan  alkyl  pyro-phosporic  acid  yang  mengekstrak kation [2] .
Uranium  maupun  thorium  terlarut  dalam  asam  sulfat  berbentuk  kompleks  anion,  yaitu UO 2 (SO 4 ) 3 4- atau  UO 2 (SO 4 ) 3 2- ,  dan  Th(SO 4 ) 3 2- .  Uranil  sulfat  terekstrak  sangat  baik  dengan Alamine-336 yang merupakan jenis amine tersier dengan berat molekul 388 – 391, sedangkan thorium  sulfat  tidak  banyak  terekstrak.  Thorium  sulfat  lebih  baik  diekstrak  dengan  jenis amine  primer  atau  sekunder [3] .  Penggunaan  amine  sebagai  pelarut  pada  proses  ekstraksi dibatasi oleh berat molekulnya. Hanya amine dengan berat molekul 250 sampai dengan 600 yang  dapat  digunakan,  karena  apabila  di  bawah  250  amine  akan  mudah  larut  dalam  air, sedangkan amine dengan berat molekul lebih dari 600 kelarutannya pada fase organik sangat rendah [4] .
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menentukan  kondisi  optimal  dari  ekstraksi,  dimana  U terpisah dari Th semaksimal mungkin.
Reaksi kimia yang terjadi pada ekstraksi U adalah sebagai berikut [3] :
      org 2 4 2 3 4 2 org 3 SO NH R 2 SO H N R 2                           2 4 org 4 3 4 2 4 3 - 4 3 4 2 org 2 4 2 3 SO 2 SO UO NH R SO O U SO NH R Atau
Volume XXXII No. 155, Mei 2011 : 47 - 52
                     2 4 org 2 2 4 2 2 3 - 2 3 4 2 org 2 4 2 3 SO 2 SO UO NH R SO O U SO NH R
Beberapa  hal  yang  mempengaruhi  proses  ekstraksi  antara  lain  jenis  dan  komposisi ekstraktan,  pH  dan  kandungan  zat  terlarut  pada  larutan  umpan,  perbandingan  O/A,  waktu ekstraksi,  dan  lan-lain.  Untuk  penelitian  ini  difokuskan  pada  pengaruh  pH  umpan, perbandingan O/A, dan waktu ekstraksi.

## TATA KERJA
Bahan :  monasit  Bangka,  NaOH,  HCl,  NH 4 OH,  H 2 SO 4 ,  air,  Alamine-336  ( tri-octyl- amine ), kerosin, isodekanol, dan bahan kimia analisis.
Alat :  magnetik  stirer,  pH  meter, vacum  filter ,  corong  pemisah, stop  watch ,  peralatan gelas, dan spektrofotometer.

## Tata Kerja
1. 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/parsiil 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), dan dilakukan filtrasi untuk memisahkan residu yang tidak terlarut, sehingga didapatkan larutan uranium,  thorium, dan RE klorida. Pengendapan U dan Th dilakukan dengan reagen NH 4 OH pada pH 6,3. Endapan yang diperoleh  dilarutkan  dengan  H 2 SO 4 pekat  (residu  :  H 2 SO 4 pekat  =  1  :  1),  dan  terbentuk  larutan yang keruh, sehingga dilakukan pengenceran hingga larutan tidak keruh.
2. Proses ekstraksi
a. Pengaruh pH umpan
Ekstraktan  yang  digunakan  adalah  campuran Alamine-336,  kerosin,  dan  isodekanol dengan perbandingan 5:93:2. Larutan (U, Th, RE)Sulfat dan ekstraktan dimasukkan ke  dalam  gelas  beaker  dengan  perbandingan  O/A  =  2.  Setelah  itu  diaduk  selama  5 menit,  lalu  dilakukan  pemisahan  organik  dari  aqueous  dengan  corong  pemisah. Aqueos atau rafinat yang diperoleh kemudian dianalisa kadar U, Th, dan RE. Hal ini dilakukan  berulang  kali  dengan  variasi  pH  larutan  (U,  Th,  RE)Sulfat,  yaitu  pH  0; 0,22; 0,5; 1; 1,5; 2; dan 2,5.
b. Pengaruh perbandingan O/A.
Larutan umpan dilakukan ekstraksi dengan variasi perbandingan O/A 1; 2; 3; 4; dan 5 untuk mencari perbandingan O/A optimal. Larutan (U,Th,RE)Sulfat dan ekstraktan dimasukkan  ke  dalam  gelas  beaker,  lalu  diaduk  selama  5  menit.  Larutan aqueous dipisahkan untuk dianalisa kadar U, Th, dan RE.
c. Pengaruh waktu ekstraksi.
pH  umpan  dan  perbandingan  O/A  optimal  yang  diperoleh  dari  percobaan  pertama dan  kedua  digunakan  untuk  menentukan  waktu  optimal  ekstraksi  dengan  variasi waktu  ekstraksi  1;  3;  4;  5;  7;  dan  9  menit.  Larutan  aqueous  dipisahkan  untuk dianalisa kadar U, Th, dan RE.
Pemisahan Uranium dari Thorium  pada Monasit dengan Metode Ekstraksi Pelarut Alamine. Oleh: Kurnia Trinopiawan, Riesna Prassanti, Sumarni, Rudi Pudjianto

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Hasil
Pengaruh pH umpan pada ekstraksi larutan (U,Th,RE)Sulfat. Kondisi ekstraksi: perbandingan O/A = 2; waktu ekstraksi 5 menit; suhu kamar (Gambar 1).
0 0,22 0,5 1 1,5 2 2,5 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 U Th RE pH umpan % t e re ks tra k
Gambar 1. Grafik unsur yang terekstrak dengan variasi pH umpan
Pengaruh perbandingan O/A pada ekstraksi larutan (U,Th,RE)Sulfat. Kondisi ekstraksi: pH umpan = 1,5 ; waktu ekstraksi 5 menit ; suhu kamar (Gambar 2).
1 2 3 4 5 6 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 U Th RE O/A % te re ks tra k
Gambar 2. Grafik unsur yang terekstrak dengan variasi perbandingan O/A
Volume XXXII No. 155, Mei 2011 : 47 - 52
Pengaruh waktu pada ekstraksi larutan (U,Th,RE)Sulfat. Kondisi ekstraksi: pH umpan = 1,5 ; perbandingan O/A = 5 ; suhu kamar (Gambar 3).
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 U Th RE Waktu Ekstraksi (menit) % t e re ks tra k
Gambar 3. Grafik unsur yang terekstrak dengan variasi waktu ekstreaksi

## Pembahasan
Dari  Gambar  1  terlihat  bahwa  semakin  rendah  pH  larutan  atau  semakin  tinggi  konsentrasi asam sulfat, maka U yang terekstrak semakin sedikit. Hal ini dikarenakan semakin banyaknya ion HSO 4 - yang terbentuk, sesuai persamaan reaksi:
    H SO H SO H - 4 4 2
Dalam  proses  ekstraksi,  ion  HSO 4 - akan  mengganggu  karena  ion  ini  akan  berkompetisi dengan  uranil  sulfat  untuk  bereaksi  dengan  amine,  sehingga  amine  akan  tidak  maksimal mengekstrak kompleks uranil sulfat [5] . Berdasarkan data yang diperoleh, diambil pH 1,5 sebagai pH umpan yang optimal, dengan persen terekstrak U = 95,20% dan Th = 19,93%.
Perbandingan  O/A  berpengaruh  langsung  terhadap  proses  ekstraksi,  karena  kapasitas ekstraktan  meningkat  seiring  dengan  bertambahnya  volume  ekstraktan.  Hal  ini  terlihat  pada Gambar 2, dimana U terekstrak akan lebih banyak pada perbandingan O/A yang lebih besar. Dari data yang diperoleh, ditemukan bahwa U mulai terekstrak seluruhnya pada perbandingan O/A = 5 dengan Th yang ikut terekstrak sebesar 18,86%.
Dari penelitian ekstraksi dengan parameter waktu, diperoleh data yang menunjukkan  bahwa semakin lama waktu ekstraksi, maka kontak antara larutan umpan dengan ekstraktan akan semakin lama pula sehingga U yang terdistribusi dari fase larutan ke fase organik semakin banyak [4] . Pada Gambar 3 terlihat U terekstrak mencapai 100% mulai menit ke-5, dengan Th yang ikut terekstrak sebesar 32,44%.
Dari  ketiga  parameter  penelitian,  diperoleh  kondisi  optimal  pemisahan  U  dari  Th  sebagai berikut : pH umpan 1,5, perbandingan O/A = 5, dan waktu ekstraksi 5 menit. Pada kondisi optimal tersebut,  Th  ikut  terekstrak  bersama  U  dengan  kecenderungan  yang  hampir  sama,  dimana  U terekstrak maksimal dan Th ikut terekstrak sebanyak 32,44%, sedangkan RE terekstrak tidak lebih dari  3%. Alamine-336  atau  tri-octyl-amine  merupakan  amine  tersier,  dimana  sangat  baik  dalam
Pemisahan Uranium dari Thorium  pada Monasit dengan Metode Ekstraksi Pelarut Alamine. Oleh: Kurnia Trinopiawan, Riesna Prassanti, Sumarni, Rudi Pudjianto
mengekstrak  U  tetapi  Th  juga  masih  dimungkinkan  untuk  ikut  terekstrak  walaupun  tidak  terlalu signifikan persentase terekstraknya dibanding U [3] .

## KESIMPULAN
Dari hasil penelitian, kondisi optimal pemisahan U dari Th dengan metode ekstraksi diperoleh pada pH umpan 1,5, perbandingan O/A = 5, dan waktu ekstraksi 5 menit, dimana persen terekstrak U  sebesar  100%  tetapi  Th  ikut  terekstrak  32,44%.  Disimpulkan  bahwa  pada  kondisi  optimal tersebut, Th dapat terpisah dari U sebesar 67,56%.

## DAFTAR PUSTAKA
1. HAFNI  L.N.,  SOROT  S.,  B.  SOETOPO,  Peningkatan  Efisiensi  Produksi  Rare  Earth  Bebas Zat Radioaktif Dari Hasil Samping Penambangan Timah, PPGN-BATAN, 2009.
2. JOHN  W.  CLEGG,  DENNIS  D.  FOLEY,  “Uranium  Ore  Processing”,  Addison-Wesley Publishing Company, Reading, Massachusetts, USA, 1958.
3. J.M.W. Mackenzie, Dr., "Uranium Solvent Extraction Using Tertiary Amines", Uranium  Ore Yellow Cake Seminar, Melbourne, Australia, 1997.
4. F. HABASHI, “Principles of Extractive Metallurgy”, Volume 2 Hydrometallurgy,  Gordon & Breach, Science Publishers, Inc., New York, USA, 1980.
5. TOROWATI,  dkk.,  “Pemungutan  Uranium  dalam  Limbah  Radioaktif  Cair  Menggunakan Ekstraktan Tri Oktil Amin (TOA)”, Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2006, ISSN 0854-5561, 2006.