Prosiding Perlemuan dan Presentasi llmiahP3TM-BATAN, Yogyakarla 14 -15Juli 1999 Buku II 119

EFEKTIVITAS TBP, D2EHPA, DAN CAMPURAN TBP-D2EHPATERHADAP PEMISAHAN U DAN Mo

Dwi Biyantoro, MV Purwani, Paul Pujiono, Tri HandiniP3TM-Batan, .Tl. Babarsari Katak Pas 1008, Yagyakarta 55010

ABSTRAK

EFEKTIVITAS TBP, DzEHPA, DAN CAMPURAN TBP-DzEHPA TERHADAP PEMISAHAN UDAN Mo. Telah dilakukan proses ekstraksi untuk memisahkan uranium (U) dari Molibdenum(Mo) memakai metoda ekstraksi cair-cair. Pada penelitian ini dicoba berbagai ekstraktan sepertiTBP, D2EHPA, dan campuran TBP-D2EHPA dengan pengencer kerosen. Umpan yang dipakaiadalah larutan campuran U dan Mo dalam asam nitrat. Pada proses ekstraksi yangmengandung 20.000 ppm U dan 100 ppm Mo suasana 6 M HNO3 dapat memberikan nilaifaktor pisah antara U dan Modan recovery U relatif paling baik adalah menggunakan 30% TBP-70% kerosen. Pada kondisi ini diperoleh faktor pisah U/Mo = 1.280,89 dan recovery U =

99,14%.

ABSTRACT

THE EFFECTIVITIES OF TBP, D2EHPA, AND TBP-D2EHPA MIXTURE ON THESEPARA TION OF U AND Mo. The extraction process to separate uranium (U) frommolibdenum (Mo) by using liquid-liquid extraction method has been done. In this researchseveral extractant such as TBP, D2EHPA, and the mixture of TBP-D2EHPA with a kerosene asdiluent were used. The feed used was the mixture of uranium and molibdenum solution in nitricacid. At the extraction process which contained 20,000 ppm of U and 100 ppm of Mo in 6 M ofHNO3 resulted value of sepation factor between U, Mo and recovery of U was relatively the bestusing 30% TBP -70% kerosene. At this condition showed that the separion factor of U/Mo was1,280.89 and recovery of U was 99.14%.

PENDAHULUAN Salah satu teknologi pemisahan uraniumdan molibdenum yang biasa dilakukan adalahteknologi teknik ekstraksi cair-cair. Teknikpemisahan ini sangat terkenal dan sering dikerjakankarena sederhana, cepat, mempunyai ruang lingkupyang luas (dapat dipakai untuk memisahkanberbagai logam), dapat memberikan faktorpemisahan yang tinggi serta dapat dipakai untukmemisahkan ion-ion logam dari kadar rendahsampai kadar tinggi(4).

DI- (2-ethylhexyl)-phosphoric acid(DzEHP A), tributil fosfat (TBP), dan tri octyl amine(TOA) adalah ekstraktan yang Qapat dipakai untukekstraksi logam uranium dan logam-logam yanglain. Sebagai pengencer dapat dipakai pelarutorganik dodekan, kerosen atau toluen. Untukmemisahkan uranium dari ion-ion logam basil belahdapat dilakukan di dalam larutan asam nitrat, asamklorida, asam sulfat, dan asam asetaiS).

Pemisahan uranium dari pengotomya telahbanyak dilakukan diantaranya dengan prosespengendapan, proses ekstraksi baik ekstraksi cair-cair maupun dengan memakai teknik membranemulsi.

D alam reaktor nuklir pembelahan inti uraniumakan menghasilkan netron daD nuklida basil

belah yang mempunyai nomor massa 72 sampai 161dengan nomor atom 30 sampai 65, daD salah satubasil belah adalah molibdenum (Mo). Pengolahanlimbah uranium atau uranium basil produksi radioisotop maupun dari bahan bakar bekas perludilakukan untuk memisahkan uranium daripengotor-pengotomya yang salah satunya adalahmolibdenum (Mo). Adanya pengotor ini tidakdiinginkan dalam proses-proses selanjutnya karenaunsur molibdenum yang dapat membentuk senyawafluorida yang mudah menguap daD dalam instalasipengkayaan secara difusi gas dapat menimbulkankerusakan lapisan difusi, sehingga perlu dilakukanusaha untuk mendapatkan basil uranium kadarnuklir(I.2).

Menurut Zulfakhri, dkk., pada limbahproses penyediaan Mo, uranium berada dalamcampuran asam nitrat dan sulfat. Limbah ini jugamempunyai radio nuklida aktif dari pengotor basilbelah (Cs, Zr, Nb, Ce, Pr, Ru, Rh)(3).

ISSN 0216-3128Teknologi ProsesDwi Biyantoro, dkk

Peralatan yang digunakan adalah magneticstirrer, pengaduk, neraca analitik, peralatan gelas,dan AAS.

Metoda

a. Larutan umpan yang mengandung campuranuranium 20.000 ppm dan Mo 100 ppmdiekstraksi masing-masing memakai ekstraktan30% TBP-kerosen perbandingan volum = 1 : 1,dengan variasi keasaman umpan daTi 0,5, 1,2,3sampai 9 M HNO3. Campuran diaduk padakecepatan dan waktu tertentu sampai terjadikeseimbangan, kemudian didiamkan sampaiterpisah antara rasa air dan rasa organik.Selanjutnya kedua rasa dipisahkan. Rafmat yangberupa rasa air daTi hasi1 ekstraksi dianalisissecara kuantitatif kadar logam U dan Mo nyadengan memakai AAS.

b. Pekerjaan a. diulangi dengan memakaiekstraktan D2EHPA-kerosen dengan kondisiseperti di atas pada berbagai keasaman asamnitrat.

c. Seperti pekerjaan a. dicoba memakai ekstraktancampuran TBP- D2EHPA-kerosen.

d. Dari percobaan yang dilakukan a. sampai c. akandiperoleh molaritas asam nitrat yang optimumyang memberikan faktor pisah (FP) dan recoveryuntuk U yang terbesar. Selanjutnya kondisi inidipakai pada ekstraksi dengan variasikonsentrasi ekstraktan dan ekstraksi denganvariasi umpan U dan Mo.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Variasi Molaritas HNO3

Pada penelitian proses ekstraksi cair-cairini dipelajari pengaruh berbagai ~kstraktan yangdicoba memakai TBP, D2EHP A, dan campuranTBP-D2EHPA, dilakukan dengan tujuan berapajumlah uranium (U) dan pengotor molibdenum (Mo)yang dapat terpisahkan agar memperkecil jumlahuranium sebelum dilimbahkan.

Pada proses ekstraksi akan terbentukkomplek yang dapat berupa kation atau anion yangakan berasosiasi dengan kation atau anion lainsehingga dihasilkan komplek yang tidak bermuatan.Komplek ini akan terekstrak ke dalam rasa organiksehingga akan terdistribusi ke dalam rasa organikdan rasa air. Kelrtrutannya ditentukan oleh sifatkomplek logamnya. Apabila komplek mengandunggugus organik yang berukuran besar makakelarutannya akan lebih besar dalam rasa organik.

Reaksi uranium dengan tributil fosfatmelalui mekanisme solvasi dapat :

2 (RO)3Po- (0) + 2 HNO3 <=:> 2 (RO)3POH(0) + 2 NO3- 1)

[UO2(H20)6]2+ + 2 (RO)3POH (0) <=:> 2 H30+ +

[UO2(H20)4((RO)3PO)2] (0) 2)

Reaksi antara uranium dan D2EHP A pada keasamanrendah mengikuti reaksi pertukaran kation dapatditulis sebagai berikut :

UOi+ (a) + 2 (HR)2 (0) <=:> UO2R4H20 (0) + 2 H+ (a) 3)

Dalam rasa organik kemungkinan akanterjadi interaksi antara zat terlarut dengan ekstraktanyang akan berpengaruh pada konsentrasi komplekdalam rasa organik yang kemudian akanmempengaruhi efisiensi zat terlarut. Apabilakonsentrasi ekstraktan diperbesar, maka dapatterjadi polimerisasi secara cepat sehinggamenurunkan efisiensi zat terlarut.

Pada penelitian ini dilakukan variasiekstraktan, molaritas asam nitrat, prosen ekstraktan,dan konsentrasi umPan pada proses ekstraksi. Dariparameter yang dipelajari dapat dicari nilai koefisiendistribusi (Kd) yaitu rasio konsentrasi logam dalamrasa organik dengan konsentrasi logam dalam rasaair setelah mencapai keseimbangan. Untuk melihatkeberhasilan daTi proses pemisahan antara U danMo dapat dilihat nilai basil faktor pisah yaituperbandingan antara Kdu terhadap KdMo dan jugarecovery U yaitu perbandingan U yang terambildalam rasa organik dibandingkan dengan U mula-mula dalam umpan.

Tabell. Pengaruh molaritas asam nitrat terhadapKdu, KdMo, Faktor pisah U/Mo, danRecovery U. Ektraksi campuran uranium= 20.000 ppm dan Mo = 100 ppm

menggunakan ekstraktan 30% TBP -70%kerosen.

-ecoveryHNO3 U, (%)

(M)

~~~~

-1R-MM

LQ~!iJJl

U275217219185180175172186776958

92 I 71.73 I 0,09 I 797,00 I 98,62

J!!fL1~,~I~I~.RJ~

90 190.33 I 0.11 I 821.18 I 98,90

~

~ I ::::Q;Q[:: f1lOO;1T I ~

~~I~l1,m,-~~9,-1Q

TATA KERJA92 1113.281 0.09 11.258.671 99,1292

~~- -~ --~-

Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan adalah UOZ(NO3)Z6HzO, larutan Mo dalam air, TBP, D2EHPA,kerosin, HNO3, dan aquades.

90 124,77 I 0,10 I 225,20 I 96,1290 f 19;-gg-f-0.11 1180.70 I 95.21

Dwi Biyantoro, dkkISSN 0216-3128 Teknologi Proses

Prosiding Pertemuan den Presentasi IImiahP3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999 Buku II 121

Dari tabel I di atas tampak bahwa pactaekstraksi menggunakan TBP 30% pengaruhmolaritas asam nitrat besar pengaruhnya terhadapbasil ekstraksi yang diperoleh. Semakin tinggikonsentrasi asam nitrat sampai konsentrasi 6 M,koefisien distribusi uranium makin tinggi. Di ataskonsentrasi ini sudah tampak menurun. Hal inidimungkinkan disebabkan pembentukan komplekpacta konsentrasi di atas 6 M HNO3 sudah agakkurang. Untuk ekstraksi Mo pacta kondisisberapapun yang dicoba tidak menunjukkanperubahan yang berarati. Pacta kondisi ini diperolehFP U/Mo = 1.280,89 daD recovery U = 99,14 %.

Tabel2. Pengaruh molaritas asam nitrat terhadapKdu, KdMo, Faktor pisah U/Mo, daDRecovery U. Kadar campuran U = 20.000ppm dan Mo = 100 ppm menggunakan

ekstraktan 5% D2EHPA -95% kerosen.

KoefisienDistribusi

FaktorHNO3 p'sah Recovery(M) Kd Mo FplU/MO U, (%)

Dari tabel 3 di atas tampak bahwa padaekstraksi menggunakan campuran ekstraktan TBP30% dan D2EHPA 5%, molaritas asam nitratberpengaruh terhadap hasil ekstraksi yang diperoleh.Semakin tinggi konsentrasi asam nitrat, makasemakin sedikit uranium yang tertarik ke dalam rasaorganik. Pemakaian campuran ekstraktan inimemberikan pengaruh gabungan terhadapkemampuan menarik uranium ke dalam rasaorganik. Hasil relatif baik pada konsentrasi asamnitrat 4 M, karena dapat memberikan faktor pisahU/Mo tertinggi yaitu 130,04. Di atas konsentrasi inisudah tampak menurun. Pada kondisi ini diperolehrecovery U = 96,76 %.

Dari data tabel 1, 2, dan 3 ditunjukkanbahwa pada ekstraksi menggunakan ekstraktan 30%TBP -70% kerosen (tabel 1) tampak bahwamolaritas asam nitrat yang optimum yaitu pada 6 M.Pada kondisi ini diperoleh faktor pisah U/Motertinggi yaitu 1.280,89.

Variasi ProseD EkstraktaDTabel4. pengaruh konsentrasi TBP-kerosen

terhadap Kdu, KdMo, Faktor pisah U/Mo,dan Recovery U. Ekstraksi campuranuranium = 20.000 ppm dan Mo = 100 ppmdalam suasana molaritas HNO3 = 6 M.

~I

3.274 ~- I 5,11! 0,18 1~,39 I 83.631..0 -r 3]~_1 69 -rS,§8 I O~S _l 12,40 I 84,812:01- 5-,-529 I 68 I 2.62-1-0,47 1-s:57

I

35,2917.74

Dari label 4 di atas tampak bahwakonsentrasi ekstraktan TBP sangat berpengaruhterhadap koefisien distribusi, faktor pisah, maupunrecovery uranium. Pada konsentrasi ekstraktan yangrendah sampai 20% TBP uranium yang beradadalam rasa rafmat masih cukup tinggi. Demikianpula di atas 40% TBP, uranium yang berada dalamrasa rafmat sedikit terjadi peningkatan. Kondisioptimum yang baik diperoleh pada TBP = 30%,karena dapat memberikan nilai faktor pisah U/Moclan recovery U relatif paling baik.

Dari data label 2 ditunjukkan bahwa padaekstraksi menggunakan campuran ekstraktanD2EHP A -kerogen, tampak bahwa pada berbagaimolaritas yang dicoba faktor pisah yang diperolehrendah sekali, sehingga tidak dilanjutkan denganparameter yang lain. Sedangkan pada penyajianlabel 3 tampak bahwa ekstraksi menggunakancampuran ekstraktan D2EHPA-TBP-kerosen tampakbahwa molaritas asam nitrat yang optimum yaitupada 4 M. Pada kondisi ini diperoleh faktor pisahU/Mo tertinggi yaitu 130,04.

I

4,65 I 74,89-

1~.56 I 87,16~~ 1,436r75 _1~2.93rO.33_1- 39, 18-1-92.~-3,0 949

647541~47S

~

~6,0

ISSN 0216-3128Teknologi ProsesDwi Biyantoro, dkk

_'_0, 54 I Q.49

Tabel 5. Pengaruh konsentrasi ekstraktanD2EHPA-TBP-kerosen terhadap Kdu,KdMo, Faktor pisah U/Mo, dan RecoveryU. Ekstraksi campuran uranium = 20.000ppm dan Mo = 100 ppm dalam suasanamolaritas HNO3 = 4 M.

memberikan nilai koefisien distribusi uraniumpaling besar. Dengan meningkatnya konsentrasiuranium di atas 20.000 ppm menunjukkan basilkoefisien distribusi uranium yang menurun danberakibat pula menurunkan faktor pisah antara Udan Mo. Hal ini dimungkinkan disebabkan karenakemampuan tributil fosfat mengikat U sudahoptimal. Di atas konsentrasi ini sudah tidakmenguntungkan lagi, karena recovery U semakinmenurun.

Tabel7. Pengaruh konsentrasi umpan terhadapKdu, KdMo, Faktor pisah U/Mo, danRecovery U. Ekstraksi campuran U =20.000 ppm sampai 70.000 ppm dan Mo =100 ppm dalam suasana molaritas HNO3 =4 M menggunakan 5% D2EHPA-30%TBP-65% kerosen.

Dari tabel 5 di atas tampak bahwacampuran ekstraktan D2EHP A clan TBPberpengaruh terhadap koeflSien distribusi, faktorpisah, maupun recovery uranium. Pada konsentrasiD2EHP A semakin besar maka semakin keciluranium yang berada dalam rasa rafmat. Demikianpula terlihat bahwa pengaruh D2EHP A terhadapMo, semakin tinggi konsentrasi D2EHP A semakinkecil Mo yang berada dalam rasa rafmat, karenasemakin kuat menarik Mo kedalam rasa organik.Kondisi optimum diperoleh pada pemakaiancampuran ekstraktan D2EHPA = 5% clan TBP =30% karena dapat memberikan nilai basil faktorpisah yang optimum.

30.000 I 2.094 I 73 113.33 I 0,34 I, 39,201-s9:5340.000 I 21«~1~1~1- 44,26 I~~

I

50.000 1~~lj_5"40L.0,38 .I 40,53 I 84.76 I

I

60.000 I 4.000 I 65 114,00 1 0.541 25,92 ~~J

I

70.000 r5JiSi:1~-1~861 Q,~I~J!

Dari tabel 7 dapat dilihat bahwa padaumpan 20.000 ppm U dan 100 ppm Mo memberikanbasil pemisahan antara U terbadap Mo paling besardan dapat memberikan nilai recovery uranium relatifpaling tinggi. Pada konsentrasi U 10.000 ppmsampai 20.000 ppm ekstraktan relatif baik untukmengikat U, seperti ditunjukkan pada tabel di atasyaitu dapat memberikan nilai recovery U yangbesar. Akan tetapi pada kondisi ini tidakmemberikan nilai faktor pisah yang optimal.Konsentrasi uranium di atas 20.000 ppmmemberikan basil koefisien distribusi yang menurundan berakibat pula menurunkan faktor pisah antaraU dan Mo. Hal ini dimungkinkan disebabkan karenakemampuan campuran ekstraktan DzEHP A dantributil fosfat mengikat U sudah optimal. Di ataskonsentrasi ini sudah tidak menguntungkan lagi,karena faktor pisah U/Mo dan recovery U semakinmenurun.

Variasi Umpan U

Tabel 6. Pengaruh konsentrasi umpan terhadapKdu, KdMo, Faktor pisah U/Mo, clanRecovery U. Umpan campuran U-Modengan kons. Mo = 100 ppm dalamkondisi HNO3 = 6 M menggunakan 30%TBp. 70% kerosen.

160.000

1~1~1~,~~.~L11§,~I~,~Dari basil penelitian dengan berbagai

ekstraktan yang dicoba dalam suasana umpan asamnitarat yang paling baik memberikan pemisahanantara uranium dan molebdenum menggunakanTBP-kerosen, kemudian campuran TBP-D2EHPA,dan yang terakhir adalah D2EHP A.

I

70.000 I 2.028 1 82 133,521 0.22 I 152,36 I 89,86

Dari label 6 dapat dilihat bahwa padaumpan 10. 000 ppm U sampai 20.000 ppm U dan100 ppm Mo memberikan hasil pemisahan antara Uterhadap Mo relatif paling besar dan dapatmemberikan nilai recovery uranium relatif palingtinggi. Pada konsentrasi U 10.000 ppm ekstraktanTBP relatif paling besar dapat mengikat U, sepertiditunjukkan pada label di atas yaitu dapat

Dwi Biyanltoro, dkkISSN 0216-3128 TeknoloQi Proses

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IlmiahP3TM-BATAN, Yogyakarta 14-15Juli 1999 Buku II 123

KESIMPULAN

Dari hasil percobaan di atas dapatdisimpulkan bahwa pemisahan uranium daripengotor Mo dengan menggunakan teknik ekstraksicair-cair dengan ekstraktan TBP, D2EHP A daDcampuran TBP- D2EHPA relatif paling efektifadalah memakai TBP, karena dapat memberikannilai faktor pisah U/Mo daD recovery relatif palingbesar. Pacta ekstraksi umpan U = 20.000 ppm daDMo = 100 ppm memberikan hasil sebagai berikut,Nilai faktor pisah U/Mo = 1.280,89 ; Recovery U =99,14% pacta molaritas asam nitrat = 6 M.

UCAP AN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih yangsebesar-besarnya kepada Sdri. Suyanti, Suprihati,Sdr. Y. Wasito dan Tri Rusmanto yang telahmembantu melakukan penelitian ini hingga selesai.

DAFTAR PUSTAKA

1. RIDWAN M dkk., Pengantar Ilmu Pengetahuandan Teknologi Nuklir, BATAN., Jakarta. (1978)

2. PURWANTO. A, ISWANI GS.,"PenentuanMo1ibdenum Dalam Uranium Dengan MetodaPo1arografi".' Prosiding PPI PPNY-BATAN,Yogyakarta. (1995).

3. ZULF AKHRI, Dkk., "Pemisahan Uranium daTiLimbah Proses Penyediaan ~o Hasil Belah",Proceedings Seminar gains dan TeknologiNuklir, PPTN-BATAN, Bandung (1997).

4. LADDA, G. S. AND DEGALLESAN, T. E.,"Transport Phenomena in Liquid Extraction",Tata McGraw-Hill Publishing, Co., Ltd., NewDelhi (1976).

5. MOORE, F. L., "Liquid-Liquid Extraction withHigh-Molecu1er-Weight Amines", NAS-NS3101, US Atomic Energy Commission

(1960).6. BENEDICT, M., PIGFORD, T. H., AND LEVI,

H. W., "Nuclear Chemical Engineering", 2ndEdition, McGraw-Hill Book Company, NewYork (1981).

~ Mengapa saudara mencarnpur TBP-D2EHPA,padahal kedua ekstraktan sifat donor elektronnyaharnpir sarna.

~ Untuk ekstraktan D2 EHPA pacta ekstraksi lebihbaik tetapi stripping-nya lebih sulit, mengapadicarnpur?

~ Kenapa umpan orde ppm ~ akan mengacu kemana (PPR)?

Dwi Biyantoro.{.. Mekanisme reaksoi uranium dengan TBP dan

D] EHP A dapat dilihat pada pendahuluan.Mo relatif lebih banyak berada dalam fasaair, sehingga reaksoi yang dominan denganTBP dan D] EHP A adalah Uranium.

.{.. Untuk mengetahui seberapa jauh pengaruhpemisahan dan faktor pisah terhadap U/Mo.

.{.. D] EHP A untuk eksotraksoi baik padakeasaman yang relatif lebih tinggi. Dengandicampur diharapkan memudahkan padawaktu stripping.

.{.. Umpan U dan Mo bisa dilihat pada label 6dan 7. Umpan U orde 10.000 ppm sampaidengan 70.000 ppm, sedangkan Mo di buattetap 100 ppm. Dengan data yang diperolehdapat diaplikasikan pada pengolahan limbah

radioaktif

Dwiretnani~ Penelitian ini adalah penelitian sirnulasi, berapa

perbandingan U dan Mo dalarn larutan yangdisirnulasi, juga konsentrasinya berapa daDkondisi yang lain berapa?

~ Secara teoritis apakah sudah ditinjau lebihdahulu segi keuntungan dan kerugian daTimacarn-macarn ekstraktan yang digunakan.

~ Mengapa tidak dilakukan analisis rase air daDrase organik sehingga bisa dihitung neracamassanya? Berapa volume umpan yangdigunakan?

Dwi Biyantoro.{.. Benar, bahwa penelitian ini adalah

penelitian simulasi. Pada percobaan awaldicoba pada konsentrasi U = 20.000 ppmdan Mo = 100 ppm. Kemudian dicoba padakondisi yang lain dengan memvariasi umpanU daari 10.000 ppm sampai dengan 70.000

ppm..{.. Macam eksotraktan yang dipakai yaitu TBP

dan D] EHP A. Harga D] EHP A lebih mahaldaripada TBP, tetapi pemakaian D] EHPAlebih kecil (sedikit).

.{.. Dengan diketahui hasil analisis U;Mo fasaair, maka kadar U dan Mo dalam fasaorganik dapat dihitung. Neraca massa U;Modalam umpan (diketahui). U; Mo dalam laseair (dari hasil analisis). U; Mo dalam umpan= U; Mo dalam fasa air + U;Mo dalam fasa

TANYA JAWAB

Endang Susiantini)- Bagaimana mekanisme reaksi U-Mo dengan

TBP D2 EHPA-Kerosin?

Owi Biantoro~ Masih ada. Dengan hasil penelitian ini bisa

dimanfaatkan pada pengolahan limbah yangmengandung U dan Mo, sehingga dapatdiketahui berapa jumlah uranium (U) danmolibdenum (Mo) yang dapat terpisahkanagar memperkecil jumlah uranium sebelumdilimbahkan.

organik. Maka ~Mo dalam fasa organik =~Mo dalam umpan -~Mo dalam Fase air.

Imam Dahroni);> Apakah penelitian ini masih acta kelanjutannya

sehingga bisa menghasilkan suatu produk

(barang/jasa) yang dapat disumbangkan bagikemajuan teknologi pemisahan U daDpembangunan IPTEKdi Indonesia.

Teknologi Proses Dwi Biyantoro, dkkISSN 0216-3128